在宇宙學(xué)話題中，最容易讓人困惑的問題莫過于：宇宙的年齡只有 138 億年，光速又是宇宙中最快的速度（每秒約 30 萬公里），按常理我們能看到的最遠(yuǎn)距離應(yīng)該是 138 億光年（光在 138 億年里走過的路程），可為什么科學(xué)界公認(rèn)的 “可觀測宇宙直徑” 高達(dá) 930 億光年（半徑 465 億光年）？

其實(shí)答案的關(guān)鍵，在于我們混淆了兩個(gè)完全不同的 “距離概念”：光行距離（回溯距離） 和共動(dòng)距離（現(xiàn)在的距離） 。我們當(dāng)下觀測到的所有宇宙天體，其 “光行距離” 絕不會(huì)超過 138 億光年 —— 因?yàn)橛钪嬷淮嬖诹?138 億年，光線最多只能傳播 138 億光年；但這些天體 “現(xiàn)在的實(shí)際距離”，卻因?yàn)橛钪媾蛎浂h(yuǎn)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)值?？捎^測宇宙的 465 億光年半徑，正是指這個(gè) “現(xiàn)在的實(shí)際距離”，它是一個(gè)基于科學(xué)理論測算的理論值，而非人類已經(jīng)直接觀測到的距離。

要理解這個(gè)矛盾，首先要打破一個(gè)常識(shí)認(rèn)知：宇宙膨脹不是星系在宇宙空間里 “奔跑遠(yuǎn)離”，而是宇宙時(shí)空本身在 “拉伸膨脹”。就像把葡萄干嵌在一塊正在發(fā)酵的面團(tuán)里，當(dāng)面團(tuán)逐漸變大時(shí)，葡萄干并沒有主動(dòng)移動(dòng)，而是隨著面團(tuán)的膨脹被被動(dòng)地相互推開。這里的面團(tuán)就是宇宙時(shí)空，葡萄干就是各個(gè)星系。

這個(gè)區(qū)別至關(guān)重要：星系的運(yùn)動(dòng)速度受相對(duì)論限制，不能超過光速；但時(shí)空本身的膨脹速度，卻沒有這個(gè)限制。

哈勃定律告訴我們，宇宙的膨脹速度與距離成正比，距離越遠(yuǎn)的星系，被時(shí)空拉伸而遠(yuǎn)離我們的速度越快。目前科學(xué)界測量的哈勃常數(shù)約為 70 公里 / 秒 / 百萬秒差距（1 百萬秒差距約等于 326 萬光年），這個(gè)數(shù)值意味著：每距離我們 326 萬光年，星系的退行速度就增加 70 公里 / 秒。以此推算，當(dāng)距離達(dá)到約 140 億光年時(shí)，星系的退行速度就會(huì)超過光速 —— 但這并不是星系本身的運(yùn)動(dòng)速度超過了光速，而是時(shí)空拉伸的速度讓它們 “看起來” 在超光速遠(yuǎn)離。

舉個(gè)具體的例子：假設(shè)一個(gè)星系在 138 億年前發(fā)出了一束光，這束光開始向地球傳播。在這 138 億年里，光一直在以每秒 30 萬公里的速度穿越宇宙時(shí)空，但與此同時(shí)，這束光所經(jīng)過的時(shí)空本身也在不斷膨脹拉伸。就像一個(gè)人在一條不斷延長的傳送帶上行走，他本身的行走速度是固定的，但傳送帶的拉伸讓他到達(dá)終點(diǎn)的距離大大增加。當(dāng)這束光終于抵達(dá)地球時(shí)，發(fā)射它的那個(gè)星系，已經(jīng)被時(shí)空膨脹推到了 465 億光年之外 —— 這就是該星系現(xiàn)在的 “共動(dòng)距離”，也是可觀測宇宙半徑的由來。

要徹底理清這個(gè)問題，我們需要明確三個(gè)宇宙學(xué)中核心的距離概念：

1. 光行時(shí)間：指光線從天體發(fā)出后，傳播到地球所花費(fèi)的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間直接對(duì)應(yīng)我們觀測到的 “距離”—— 比如我們說某個(gè)星系距離 134 億光年，本質(zhì)上是指這束光花了 134 億年才到達(dá)地球，這個(gè) 134 億光年就是 “光行距離”，它等于光行時(shí)間乘以光速（134 億年 ×9.46 萬億公里 / 年≈1.27×102?公里）。
2. 回溯時(shí)間：指我們觀測到的天體 “是什么時(shí)候的樣子”。由于光線傳播需要時(shí)間，我們看到的天體永遠(yuǎn)不是它現(xiàn)在的樣子，而是它發(fā)出光線時(shí)的樣子。回溯時(shí)間與光行時(shí)間數(shù)值相等，比如光行時(shí)間 134 億年，意味著我們看到的是這個(gè)星系 134 億年前的樣子，回溯時(shí)間就是 134 億年。對(duì)于宇宙中最古老的光 —— 宇宙微波背景輻射，它的光行時(shí)間和回溯時(shí)間都是約 138 億年，這也對(duì)應(yīng)了宇宙的年齡。
3. 共動(dòng)距離：指天體在 “現(xiàn)在這個(gè)時(shí)刻” 的實(shí)際距離，是扣除了宇宙膨脹影響后，天體相對(duì)于我們的真實(shí)距離。這個(gè)距離需要通過觀測天體的光譜紅移來測算 —— 當(dāng)星系遠(yuǎn)離我們時(shí)，它發(fā)出的光會(huì)被時(shí)空拉伸，波長變長，表現(xiàn)為光譜向紅端移動(dòng)（紅移效應(yīng)），紅移值越大，說明退行速度越快，距離越遠(yuǎn)。

科學(xué)界正是通過紅移值來計(jì)算共動(dòng)距離的。比如人類目前觀測到的最遠(yuǎn)星系 GN-z11，它的光行距離和回溯時(shí)間都是 134 億光年（意味著它在 134 億年前發(fā)出的光現(xiàn)在才到達(dá)地球），但通過其紅移值（z≈11.09）測算，它現(xiàn)在的共動(dòng)距離已經(jīng)達(dá)到了 320 億光年。而宇宙中最早的光 —— 宇宙微波背景輻射，其紅移值高達(dá) z≈1089，對(duì)應(yīng)的共動(dòng)距離就是 465 億光年，這也是可觀測宇宙半徑的核心依據(jù)。

要理解可觀測宇宙的邊界，就必須提到宇宙微波背景輻射（CMBR）—— 它被稱為宇宙大爆炸的 “余暉”，是我們能觀測到的最古老的光，也是可觀測宇宙的 “邊緣”。

很多人以為宇宙大爆炸發(fā)生后，光線就立刻產(chǎn)生了，但事實(shí)并非如此。在宇宙大爆炸后的前 38 萬年里，宇宙處于一種高溫、高密度的等離子體狀態(tài)，電子和質(zhì)子緊密結(jié)合在一起，形成了不透光的 “宇宙湯”。此時(shí)，光子根本無法自由傳播，只能在粒子之間不斷碰撞、散射，就像在濃霧中穿行一樣。直到宇宙膨脹到一定程度，溫度降至

約 3000K，電子和質(zhì)子才結(jié)合形成中性氫原子，宇宙才變得 “透明”，被禁錮了 38 萬年的光子終于得以掙脫束縛，向宇宙各個(gè)方向傳播 —— 這就是宇宙微波背景輻射的起源，也是宇宙中真正的 “第一縷光”。

這束光在宇宙中傳播了 138 億年，最終抵達(dá)地球。由于宇宙膨脹的拉伸，它的波長從原來的可見光、紅外線，被拉長到了現(xiàn)在的微波波段（波長約 1 毫米），溫度也降至僅 2.725K（接近絕對(duì)零度）。我們觀測到的宇宙微波背景輻射，來自于宇宙大爆炸后 38 萬年的 “最后散射面”—— 這個(gè)面就是可觀測宇宙的邊界，因?yàn)樵谶@之前，宇宙是不透明的，沒有任何光線能傳播出來，我們永遠(yuǎn)無法觀測到比這更早、更遠(yuǎn)的宇宙景象。

而這個(gè) “最后散射面” 的共動(dòng)距離，經(jīng)過科學(xué)家的精確測算，就是 465 億光年。這意味著，宇宙大爆炸后 38 萬年發(fā)出的那束光，其光源（最后散射面）現(xiàn)在已經(jīng)因?yàn)橛钪媾蛎?，位于距離我們 465 億光年的位置 —— 這就是可觀測宇宙半徑的由來，也是 930 億光年可觀測直徑的核心依據(jù)。

需要特別強(qiáng)調(diào)的是，465 億光年的可觀測半徑是一個(gè)理論邊界，人類目前實(shí)際觀測到的最遠(yuǎn)天體，距離遠(yuǎn)沒有這么遠(yuǎn)。

1. 最遠(yuǎn)的星系：GN-z11：這是目前人類確認(rèn)的最遠(yuǎn)星系，其光行距離為 134 億光年，回溯時(shí)間為 134 億年 —— 這意味著它形成于宇宙大爆炸后僅 4 億年，是一個(gè)非常年輕的星系。它的共動(dòng)距離雖然達(dá)到了 320 億光年，但我們觀測到的只是它 134 億年前的樣子，要想看到它現(xiàn)在的樣子，還需要再等 186 億年（320 億光年 - 134 億光年 = 186 億光年，對(duì)應(yīng)光行時(shí)間 186 億年）。但到那時(shí)，由于宇宙還在持續(xù)膨脹，它的共動(dòng)距離會(huì)變得更遠(yuǎn)，我們看到的依然是它過去的樣子。
2. 最遠(yuǎn)的恒星：MACS J1149 Lensed Star 1（昵稱 “伊卡洛斯”）：這顆恒星的光行距離約 90 億光年，是人類目前觀測到的最遠(yuǎn)恒星。由于恒星的體積遠(yuǎn)小于星系，亮度也相對(duì)較弱，在如此遙遠(yuǎn)的距離上，直接觀測幾乎不可能?？茖W(xué)家之所以能發(fā)現(xiàn)它，是因?yàn)樗『梦挥谝粋€(gè)巨大星系團(tuán)的后方，星系團(tuán)的強(qiáng)大引力形成了 “引力透鏡效應(yīng)”，就像一個(gè)宇宙級(jí)的放大鏡，將這顆恒星的光線放大了數(shù)千倍，才讓我們得以觀測到。
3. 為什么看不到 138 億光年的星系？：有人可能會(huì)問，宇宙微波背景輻射的光行距離是 138 億光年，為什么我們看不到 138 億年前的星系？因?yàn)樵谟钪娲蟊ê蟮那皫變|年里，星系還沒有形成。宇宙的結(jié)構(gòu)形成是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程：大爆炸后 38 萬年宇宙透明化，此后的數(shù)百萬年里，宇宙中只有中性氫氣體；直到大爆炸后約 1 億 - 5 億年，第一批恒星（第三星族星）才開始形成；再經(jīng)過數(shù)億年的演化，恒星聚集形成星系。因此，在宇宙微波背景輻射對(duì)應(yīng)的 138 億年前（大爆炸后 38 萬年），根本沒有星系存在，自然也就無法觀測到。

很多人會(huì)好奇，可觀測宇宙之外是什么？答案是：我們永遠(yuǎn)無法知道。因?yàn)榭捎^測宇宙的邊界，本質(zhì)上是 “因果視界”—— 超過這個(gè)邊界的宇宙區(qū)域，其發(fā)出的光線永遠(yuǎn)無法到達(dá)地球，我們與這些區(qū)域之間沒有任何因果聯(lián)系，它們的存在與否，對(duì)我們來說沒有任何影響。

除了可觀測宇宙的 “未來視界”（即現(xiàn)在距離我們超過 465 億光年的區(qū)域，其光線永遠(yuǎn)無法到達(dá)地球），還有一個(gè) “過去視界”—— 即宇宙大爆炸后 38 萬年之前的時(shí)期，由于宇宙不透明，沒有光線能傳播出來，我們也永遠(yuǎn)無法觀測到那個(gè)時(shí)期的宇宙景象。這兩個(gè)視界共同構(gòu)成了人類認(rèn)知的宇宙邊界，而視界之外的宇宙到底有多大、是什么樣子，目前的科學(xué)無法回答，也可能永遠(yuǎn)無法回答。

回到最初的問題：宇宙只有 138 億歲，為什么可觀測直徑能達(dá)到 930 億光年？核心答案有三點(diǎn)：

1. 可觀測宇宙的 930 億光年直徑，是 “現(xiàn)在的實(shí)際距離”（共動(dòng)距離），而非 “光線傳播的距離”（光行距離） 。我們觀測到的最遠(yuǎn)光線（宇宙微波背景輻射），其光行距離是 138 億光年，但由于宇宙膨脹，這束光的光源現(xiàn)在已經(jīng)距離我們 465 億光年，因此可觀測宇宙半徑為 465 億光年，直徑 930 億光年。
2. 宇宙膨脹是時(shí)空本身的拉伸，不受光速限制 。星系的退行速度超過光速，是時(shí)空拉伸的結(jié)果，而非星系本身的運(yùn)動(dòng)速度超過光速，這并不違背相對(duì)論。
3. 我們觀測到的所有天體，都是它們 “過去的樣子” 。光行時(shí)間等于回溯時(shí)間，我們永遠(yuǎn)無法看到天體現(xiàn)在的樣子，只能通過紅移值測算它們現(xiàn)在的實(shí)際距離（共動(dòng)距離）。

簡單來說，可觀測宇宙的 930 億光年直徑，是科學(xué)理論與觀測數(shù)據(jù)結(jié)合的產(chǎn)物：通過宇宙微波背景輻射的紅移測量，確定了宇宙的年齡和膨脹速率；再根據(jù)哈勃定律、廣義相對(duì)論等理論，測算出宇宙大爆炸后第一縷光的光源現(xiàn)在的實(shí)際距離，從而得出可觀測宇宙的范圍。它不是一個(gè)憑空想象的數(shù)值，而是人類對(duì)宇宙認(rèn)知的結(jié)晶，背后蘊(yùn)含著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)邏輯和豐富的觀測證據(jù)。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，比如詹姆斯?韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的升空，我們能觀測到的宇宙會(huì)越來越遠(yuǎn)、越來越清晰，對(duì)哈勃常數(shù)、宇宙膨脹速率的測量也會(huì)越來越精確，可觀測宇宙的范圍測算也可能會(huì)有細(xì)微調(diào)整。但無論如何，“宇宙年齡 138 億年” 與 “可觀測直徑 930 億光年” 的矛盾，本質(zhì)上是概念誤解造成的，一旦理清了 “光行距離” 和 “共動(dòng)距離” 的區(qū)別，理解了宇宙膨脹的本質(zhì)，這個(gè)看似矛盾的問題就會(huì)迎刃而解。