宇宙年龄140亿年，宽度却有920亿光年

“宇宙的年龄只有140多亿年，直径却有920亿光年，这不是一个明显的悖论吗？”

在你的这个问题中，“宇宙年龄只有140多亿年”和“宇宙直径有920亿光年”这两个表述都不正确。实际上，宇宙的年龄是不到140亿年的，目前无论天文学理论还是多个项目的综合观测结果均显示宇宙的年龄在137亿-138亿年之间，这个“年龄”指的是以奇点爆炸开始至今所经历的时间。

至于“宇宙直径有920亿光年”，姑且不说正确的数据应该是约为930亿光年，就“宇宙直径”这个描述就是错的，这一点我们后文详谈。

关于宇宙的实际年龄

NASA的威尔金森微波各向异性探测器的观测结果表明奇点大爆炸发生在距今137.3 ± 1.2亿年前，这意味着宇宙的年龄在136.1亿-138.5亿年之间。

2013年，欧空局（ESA）的普朗克寻天者卫星的观测结果将这个范围缩小到了137.98±0.37亿年前，2015年，该数据再次更新，被精确到了137.87±0.02亿年前。

普朗克巡天者 | 模型

也就是说，目前天文学家公布的最精确的宇宙年龄为137.85亿-137.89亿年之间。

当然，我们暴力地四舍五入一下，将宇宙年龄描述为140亿年似乎也没太大问题，但绝对不能描述为“140多亿年”，因为这样就把小于140亿年变成大于140亿年了。这就如同你可以把一个29岁零11个月的人说成30岁，但不能说成30多岁一样。

关于宇宙的直径

我们经常看见有人说宇宙的直径约为930亿光年，但事实上930亿光年指的是可观测宇宙（Observable universe）的直径，这与宇宙的直径是有本质区别的，不能混为一谈。

“可观测宇宙”指的是一个以观测者作为中心向外扩展而成的球状空间，若以人类为观测者，则可观测宇宙是以地球为中心向外扩展而成的一个球状空间，该空间边缘的任意一点与地球之间的距离都为465亿光年。

还有一种描述方式是，从地球的任意方向到可观测宇宙的边缘距离均为大约465亿光年——单从这一点来说，就已经不能把930亿光年视为宇宙的直径了，否则地球岂不就是宇宙的中心了？

对于这个问题，最好的理解方式是当你位于海洋中时，最多只能看见一片以你为中心的圆形范围内的物体，超过这个范围的物体会因为处于海平面以下而无法被你看见，于是你就可以把这个范围称之为“可观测海洋”，它虽然有一个具体的直径，但这个直径并不是海洋的尺寸。

可观测海洋存在的原因是由于地球是球形，而可观测宇宙存在的原因，是由于只有位于这个球体空间以内的物体发出的微波辐射有足够的时间到达地球，从而使我们理论上能探测到它们。

上图便是可观测宇宙的模拟全图，由于相对它的尺度而言，地球乃至银河系都过于渺小，因而一般将室女座超星系团定义为中心。

930亿光年的数据从何而来？

众所周知，光不是瞬时传播而是具有速度的，它每年只能前进一光年，因此许多人都自然而然地想到了，当我们观察一个距离地球50亿光年的天体时，看见的其实是它50亿年前的模样，这是由于它发出的光需要50亿年才能到达地球。

但不少人都忽略了另一个更重要的问题——当我们发现某个新的天体，并测量出它与地球的距离为50亿光年时，这个距离同样是它50亿年前与地球的距离，由于宇宙在膨胀，它现在与地球的距离已远远大于50亿光年了。

那么问题来了，我们究竟看见了一个多远的玩意儿？

你可能习惯性地认为我们看见的是距离50亿光年的天体，但是在天文学领域，这就意味着我们探测到了一个实际距离远远大于50亿光年的天体。

事实上，由于光速和宇宙年龄的限制，目前在地球上最远也就只能探测到距离我们大约138亿光年的天体，然而通过红移及宇宙学公式来进行计算，便能得出它目前与地球的实际距离应当为465亿光年。

这便是可观测宇宙的直径为930亿光年的由来，同时也不难想到这个范围是动态的，在未来会随着时间的推移而不断扩大。至于超过这个范围的天体，由于宇宙极其遥远的部分相对于地球的膨胀速度大于光速，从而永远无法到达地球，也就永远无法被我们观测到了。

然而，新的问题又出现了：宇宙的年龄只有138亿年，可观测宇宙的半径却达到了465亿光年，看起来宇宙的膨胀速度似乎违反了《狭义相对论》提出的光速最快原理，这又是怎么回事呢？

宇宙为什么能“超光速”膨胀？

事实上，那些遥远的星系相对于地球的退行速度大于光速，是不违反光速最快原理的。因为这些天体尽管看起来是在超光速远离地球，但它们的实际运动速度是远远低于光速的。

这是由于空间在“均匀膨胀”，于是便随着距离的增加而产生了一种叠加效应，致使空间中的任何一个坐标点的实际运动速度虽然全都低于光速，但距离非常远的两个坐标点之间的相对远离速度却远远大于光速。

这种相对叠加效应在任何均匀膨胀的物体上都存在。例如你可以想象一把300毫米的尺子用了1秒钟的时间膨胀了一倍，刻度仍然是300毫米，但实际长度变成了600毫米。这意味着尺子上的所有刻度之间的间隔都增加了1倍，原本每条刻度之间的距离是1毫米，现在每条刻度之间的距离是2毫米了。

也就是说，在尺子膨胀的过程中，每一条刻度两侧的临近刻度，都花1秒钟向远处退行了1毫米，这说明所有刻度的移动速度全都是1毫米/秒。倘若有一个规定是尺子上所有刻度的移动速度都不能大于10毫米/秒，那么这些刻度显然都没有违反这个规定。

但是，尺子的长度毕竟从300毫米变成了600毫米啊，这意味着尺子最左侧的刻度相对于最右侧的刻度而言整整移动了300毫米的距离，它们相对于彼此的退行速度已经达到了300毫米/秒。

换言之，即使尺子的每一条刻度都遵守了速度不能大于10毫米/秒的规定，但整条尺子的长度依然在2秒内增加了300毫米，最外侧的两条刻度之间的相对速度依然达到了300毫米/秒，这就是均匀膨胀的空间体现出来的相对叠加效应。

宇宙就是在这种效应的影响下“超光速”膨胀的，实际上也正是由于观测数据表明不同距离的星系相对于地球体现出了这种效应，我们才有了合理的依据判定宇宙在均匀膨胀。

由此可见，光速最快原理与宇宙超光速膨胀这两者之间并不存在任何悖论。