宇宙膨脹的速度，為什麼會大於光速？

宇宙膨脹理論，是科學家根據接收到河外星系光線光譜的特征推斷出來的。其實在太空望遠鏡發明之前，人類對宇宙的認知，基本是處於靜態宇宙的判斷，即雖然也有星體的運行，但是宇宙的總體空間尺度並不會發生實質性變化，認為宇宙空間是無邊無際的，星體的運行無非是在這個無限的空間中的內部運動而已。

愛因斯坦接過牛頓萬有引力的接力棒，對維持宇宙運行規律的引力來源進行了深入闡述，認為質量引發了時空彎曲，所有物體都圍繞因質量產生的時空扭曲測地線進行運行，同時為了清除引力對靜態宇宙的影響，刻意在廣義相對論的引力場方程中加入了宇宙常數這個概念。

然而，哈勃通過長期的天文觀測，發現的結果與傳統的認知產生了格格不入的現象，那就是河外星系傳送到地球的光線，在光譜表達上有向紅端移動的趨勢，而且距離越遠，紅移現象越明顯。根據光譜的多普勒效應，當觀測目標遠離觀測者時，在觀測者看來的光譜中，呈現的是光線頻率減小、波長增大，反之則是目標靠近，光線頻率變大、波長減小。那麼，通過這個原理，哈勃確認了河外星系正在遠離地球的結論，而且距離地球越遠的星系，其遠離速度為越快。

這一現象讓愛因斯坦非常震動，在親眼目睹了哈勃的觀測結果後，不得不推倒了引力場方程中的限制條件，將宇宙常數從中刪除，也就是說否定了靜態宇宙的觀點，說明宇宙是處於不斷擴張、有界無邊的狀態。而根據哈勃的研究，目標星系相對於地球的退行速度，與二者之間的距離成正比，這個比率是個常量，後來的人們將其定義為哈勃常數。在2013年時，歐洲太空局利用普朗克衛星，精確測算出哈勃常數值為67.80±0.77(km/s)/Mpc，這個數值代表的是在距離地球100萬秒差距（326萬光年）處，星系遠離地球的速度平均為每秒68公里左右。

根據哈勃常數，我們可以很輕松算出，在距離地球約144億光年處，現在目標星系的退行速度將達到光速，自現在起，來源於這個區域以外的光線將無法再到達地球。而考慮到宇宙膨脹的歷史，我們可以觀測到來自465億光年處的光線，也就是說在那裡的光線，原本可以用144億年的時間到達，只是由於空間的膨脹，拉大了光線所行經的路程，對應所需的傳播時間被放大了。

因此，我們常說的宇宙膨脹速度大於光速，是有先決條件的，那就是以地球為觀測中心，在判斷距離地球144億光年以外空間膨脹時所得出的結論。這裡有幾點需要說明一下，第一是這個宇宙的膨脹過程是空間的膨脹，並不攜帶任何資訊，所以可以超光速。

第二，空間的膨脹速度是以觀測點為中心，進行的速度疊加，這個過程可以與吹氣球相類比，吹氣球時，我們可以近似地把氣球上相隔同樣距離兩點的遠離速度確定為一個恒定值，比如相對速度為a，那麼以一個點為中心，與它相鄰的點遠離速度為a，與隔著一個點的第二個點的遠離速度為2a，以此類推，隔的點越多，遠離中心點的速度就越快。宇宙膨脹也是一樣，雖然以地球為中心，我們觀測144億光年外的星系遠離速度超越了光速，但是如果在144億光年處的星體看來，它周圍144億光年以內的星體遠離速度並沒有那麼快，在那個點將重新確定一個可觀測宇宙範圍。

第三，關於宇宙膨脹的驅動力問題。通過科學家們長期的觀測研究，認為宇宙現有組成中，暗能量和暗物質占據了絕大部分的比例，其中暗物質和萬有引力推進星系的吸引聚集，暗能量推進星體間發生排斥，在宇宙大爆炸60億年之後，暗能量逐漸占據了統治地位，推進宇宙加速膨脹。不過這個由暗能量驅動的演化過程，與宇宙尺度和物質分布密度有直接關係，當宇宙尺度在百萬秒差距即326萬光年以內，以及星際物質分布比較集中的區域，還是以萬有引力和暗物質提供的吸引力量為主。

從以上分析我們可以看出，恒星發出的光線能否到達另一顆恒星，與宇宙膨脹速度超過光速沒有必然的因果關係，只是其中衍生出來的假設性推論問題。

宇宙膨脹的超光速，並不是每個區域都是這樣的膨脹速度，需要以一個觀測中心為參照系，然後在144億光年外的目標，其遠離這個觀測中心的速度才有可能超光速。因此，如果對於兩個現在相距144億光年或者更遠的恒星來說，當然都無法接收到彼此發出的光線。而在此距離以內理論上都是可以的，而且，從一個星系來說，其尺度也就是幾十萬光年，其中又分布著幾百幾千億顆恒星，每顆恒星在這樣的尺度下，萬有引力還是占據主導地位，宇宙膨脹在星系內部甚至相鄰的星系間，都不會產生太大的影響，幾乎可以忽略不計。