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網(wǎng)友提問(wèn)李淼在微博：剛才聽(tīng)了一個(gè)科普節目，說(shuō)宇宙在大爆炸后百萬(wàn)分之一秒就膨脹到太陽(yáng)系那么大，大爆炸后一秒已經(jīng)膨脹到幾光年大了，這讓我覺(jué)得很奇怪，難道大爆炸的速度是可以超光速的嗎，而且還超了那么多？想聽(tīng)您解釋這到底是怎么回事。謝謝。
很多人會(huì )問(wèn)這個(gè)問(wèn)題。
先澄清你在問(wèn)題中的一句話(huà)：“宇宙在大爆炸后百萬(wàn)分之一秒就膨脹到太陽(yáng)系那么大，大爆炸后一秒已經(jīng)膨脹到幾光年大了?！?/p>
這句話(huà)未必正確，也未必不正確。
因為我們并不確定宇宙在大爆炸剛剛開(kāi)始的時(shí)候，宇宙中的能量密度到底有多大。一般的看法是，宇宙大爆炸剛發(fā)生的時(shí)候，宇宙中的能量密度大約是每立方厘米10的86次方克，這個(gè)密度太巨大，無(wú)法直觀(guān)化。珠穆朗瑪峰有多重？大約也就是10的17次方克，地球呢？大約是6乘10的27次方克。太陽(yáng)的質(zhì)量不過(guò)也“只是”10的33次方克。
愛(ài)因斯坦的理論告訴我們，宇宙膨脹的速度與能量密度有關(guān)，能量密度越大，膨脹的速度就越高。當宇宙能量密度大到上一段說(shuō)的那個(gè)密度時(shí)，宇宙在千萬(wàn)億分之一秒時(shí)已經(jīng)有太陽(yáng)系那么大了。（太陽(yáng)系多大也是一個(gè)問(wèn)題，這里我們假設太陽(yáng)系就是從太陽(yáng)到地球這么大，也就是說(shuō)，半徑是1.5億公里，當然，如果將太陽(yáng)系算到奧爾特星云，那就大多了。）
所以，你聽(tīng)來(lái)的那句話(huà)并不嚴謹。
按照現有的觀(guān)點(diǎn)，宇宙大爆炸那一刻的能量密度可以低一些，但最低不能低過(guò)每立方厘米10的30次方克。假如宇宙的起始密度是這樣的，那么，千分之一秒后，宇宙就會(huì )有太陽(yáng)系那么大。
無(wú)論如何，宇宙都會(huì )在開(kāi)始的時(shí)候瘋狂地生長(cháng)。
即使長(cháng)大到太陽(yáng)系這么大只需要千分之一秒，成長(cháng)的速度也遠遠超過(guò)光速。
所以，你的問(wèn)題仍然成立。
這到底是怎么回事呢？要弄懂這一點(diǎn)并不難，但我們必須接受愛(ài)因斯坦的第二個(gè)理論，即廣義相對論。
愛(ài)因斯坦有兩個(gè)理論，一個(gè)是狹義相對論，一個(gè)是廣義相對論。我們熟悉的禁忌“光速不能被超越”是狹義相對論里的。
在狹義相對論中，并不存在萬(wàn)有引力，所以，時(shí)間和空間盡管可以“互相轉變”，但相對來(lái)說(shuō)是固定的，一旦你選定一個(gè)空間做參照（比如說(shuō)你搭建一個(gè)水泥框架），這個(gè)參照永恒不變。
但這個(gè)假定在萬(wàn)有引力參合進(jìn)來(lái)的時(shí)候就不再成立了，你并不能搭建一個(gè)永恒不變的水泥框架，整個(gè)宇宙就是這么一個(gè)情況。你可以搭建一個(gè)小小的水泥框架，這個(gè)是可以的，而且，在這個(gè)小小的水泥框架里面光速也確實(shí)是最大的速度。但是，時(shí)間長(cháng)了，你的水泥框架就會(huì )變形，也就是說(shuō)，宇宙一直在膨脹，當水泥框架比較大的時(shí)候，你就不能拿水泥框架的一頭物體運動(dòng)的速度來(lái)和另一個(gè)來(lái)對比。
簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)，萬(wàn)有引力導致時(shí)間和空間彎曲，當彎曲程度比較大的時(shí)候，光速不變、光速最大這種說(shuō)法就不再適用了。
我們都知道，空間中的能量密度越大，時(shí)間空間彎曲得就越厲害，你的“水泥框架”保持不變型的時(shí)間就越短，而且你搭建的水泥框架必須很小“光速不變和最大”這個(gè)斷言才成立。
所以，在宇宙中，離我們越遠的物體看上去離去的速度就越高，超越了一定距離這個(gè)物體離去的速度就超光速了，這和相依相對論不矛盾，因為它不再適用了。
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