宇宙膨胀为何超过光速？

我们知道，根据狭义相对论，真空中的光速C是任何物体运动的极限值。但是事实上，广义相对论中，光速也是任何物体运动的极限值。

那么既然如此，广义相对论中的“广”字体现在哪里呢？

广义相对论在推导过程中使用了“等效原理”。引力场的局部和做加速运动的惯性系完全等价。因为惯性系要服从狭义相对论，所以广义相对论中，光速仍然是万物运动的极限。

广义相对论解决狭义相对论没办法解决的几个问题：
第一，描述了大质量物体对于时空曲率的影响。
第二，解释了大质量星体在燃烧完以后溃缩为黑洞的过程。
第三，描述了宇宙的诞生与演化过程。

大质量物体对时空曲率的影响，表现为让通过附近的光线弯曲，弯曲的光线可以绕开前面的遮挡物，使后面的物体被看见；光线在离开引力场的时候，频率会降低，产生红移现象；由于星体的旋转会对周围的时空产生拖曳效应。目前的科学实验，都在极高的精度上验证了上述广义相对论的推论。

根据广义相对论，空间必须依赖于物质的存在而存在。因为物质之间的联系以光速为界，所以物质对于空间的影响也以光速为界。当两个黑洞合并的时候，一部分能量会以引力波的形式向太空中释放。因为引力波是由于时空弯曲产生的涟漪，所以引力波的速度也是光速。美国激光引力波天文台对多起双黑洞合并事件进行了测量，证实了引力波的传播速度是光速。

1929年，美国天文学家哈勃发现了惊人的现象！
哈勃在用望远镜观测宇宙空间中星系的时候发现：在遥远的宇宙空间，所有的星系都在做远离地球的径向运动，星系相对于地球的运动速度，等于星系、地球之间的距离乘以一个常数。这个常数被称为哈勃常数，为72公里每秒/百万秒差距，相当于0.022米每秒/光年。

在一光年的尺度上，这个速度非常的微小，但是只要乘以足够长的距离，这个数字就会扩张的非常大。我们一般说，可观测的宇宙半径是450亿光年。在450亿光年外的星系，飞离地球的速度相当于光速的两倍。我们看到的这些星系的影像，实际上是138亿年前发出的。也就是说宇宙边缘现在是什么样子，我们人类永远也不知道。

广义相对论描述的宇宙大爆炸，与真实的宇宙扩张有出入。我们所处的三维空间的宇宙附着在一个高维度的超球体宇宙上。

在银河系中能够找到的最古老的恒星大概是136亿岁，而宇宙中第1颗恒星被点亮的时间，大约在宇宙诞生以后2亿年。所以我们这样反推宇宙的年龄是138亿岁。因为宇宙现在是在不停的扩张，所以把时间轴回滚到138亿年前，按照正常的推论，它应该压缩成一个点。这个点就是宇宙大爆炸的起点。

广义相对论描述的宇宙大爆炸，是物质的大爆炸。就像一个普通的炸弹那样的爆炸。按照广义相对论，空间的扩张依赖于物质的扩张。然而实际上并不是这样。但是现在，观察到的现象可以认为：空间可以脱离物质单独存在，宇宙的扩张就是真空在不断生长的过程。

广义相对论描述的是：物质的运动规律，在任何坐标下运动规律的不变性。

宇宙给爱因斯坦出的难题：空间在成长，坐标轴在不断拉伸。
这个拉伸的速度就等于哈勃常数，一光年的尺度，一天可以延长1.9公里。

从表面上看这是物理的困境，更深层次的意义上是数学的困境。因为从数学诞生第1天开始，函数的坐标轴就是静止的。这说明我们的宇宙存在着更深层次的规律：宇宙即在维度上分层，又在逻辑上分层。

纵观人类的文明发展史，所有的科学研究都要在哲学原理基础上才能展开。在经典物理学里面，还有一个隐含的原理：定域性原理。

定域性原理是指：物质的运动只受周围的物质影响。这个原理，屏蔽了外星人干扰人类物理实验的可能性。定域性原理在量子力学里面被量子纠缠所打破，但是在宏观物体的运动中仍然适用。

这也说明宏观世界和微观世界之间的区别不只是能量的连续与否，还有物理学原理的适用性问题。定域性原理的适用性范围问题，宇宙的超光速膨胀问题，不仅仅是爱因斯坦的难题，也是哲学家和数学家的难题。