光速最快是有適用範圍的

相對論告訴我們，能量與資訊的傳遞速度最快也無法超過光速，言外之意，不攜帶能量與資訊的一些現象是有可能超光速傳播的，比如電磁波相速、量子糾纏等，簡單介紹下：

1、電磁波相速

電磁波相速是指電磁波的相位速度，可以理解成電磁波形狀傳播的速度，我們可以把電磁波想象成水波，其中隆起的部分就相當於電磁波中的“波包”，通常電磁波由許多諧波疊加而成，所以波包也可以看做是局域性的“波群”，因此波包就有相速度與群速度的概念，其中搭載資訊的部分是波群，在電磁波的傳遞過程中，相速度是大於群速度的，這就像擰螺絲一樣，螺絲前進的速度是群速度，旋轉速度是相速度，雖然螺絲擰的很快，但是螺絲總體前進很慢。

2、量子糾纏

量子糾纏是指兩個或者兩個以上的粒子組成的系統互相產生影響作用的現象，而且只要粒子處於糾纏狀態，不管將它們分隔多遠，都能瞬間感應到，愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”，以目前的科學水平無法測量出量子之間的“糾纏速度”，但是肯定是遠超光速的（也有理論認為，處於糾纏狀態的量子是從高維空間“抄近路”來影響彼此，速度並沒有超光速，不過這也只是一種假設而已），量子糾纏雖然很神奇，但是卻無法用來傳遞資訊，處於糾纏狀態的兩個粒子，一旦我們測量其中一個粒子的狀態，它們就會塌縮到各自的本徵態。

1929年美國天文學家E.P.哈勃研究發現，宇宙中的星系處於互相退離中，而且距離越遠退離速度越快。隨著觀測技術的發展，這種星系之間互相遠離的現象被證明，並且測得了具體的引數，這就是哈勃常數，在今天哈勃常數值大約為67.80±0.77(km/s)/Mpc，它表示每增加三百萬光年的距離，星系退離地球的速度就增加67.8公里每秒，按此推算，大約位於一百四十多億光年外的星系，其退離速度已經達到光速，所以對於題目來說，並非所有的星系都處於超光速退離中，在此時此刻，只有一百四十多億光年外的星系才會超光速退離。

現在我們知道，星系退離其實是宇宙膨脹的結果，雖然在極遠處星系退離的速度可以超過光速，但是我們無法用這種效果來傳遞資訊與能量，要理解這種空間的膨脹效果，我們可以想象一下日常生活中的氣球，把氣球上的兩個點想象成宇宙中的兩個星系，隨著氣球的漲大，這兩個點之間的距離也會越來越遠，所以星系退離本質上是空間的膨脹變化，而並非星系本身的運動，也就是說空間膨脹是可以超光速的，但空間膨脹現象本身並不能傳遞資訊與能量，它只是一種自然現象而已，並不違反光速極限原理。

對於本題來說，首先我們要知道光速極限原理是指資訊與能量的傳播速度不能超過光速，並非所有事物都無法超過光速，比如空間膨脹就是一種超光速現象，由空間膨脹造成的星系超光速退離現象並不違反光速極限原理。

“光速是最快的速度”這句話是很多人經常說的，但這句話本身就有問題的。為什麼這麼呢？

我們初中學數學都有幾何題，三角形內角和是180度對很多人來說都是真理。但實際上，這裡是有個前提的，那就是在平面內的三角形的內角和是180度，如果不是在平面內，這個角度就不是180度。球面上的三角形內角和就要大於180度；而馬鞍形面上的三角形內角和就要小於180度。

所以，限定條件本身很重要。對於光速來說也是如此，光速的限定是對物質、資訊、能量的傳遞，這是透過相對論的基礎假設光速不變原理推匯出來的。實際上，在宇宙中，存在著大量超光速情況，只是這些情況，沒有傳遞資訊，更不是物質和能量的傳遞。

那星系退行是咋回事呢？

這要從哈勃說起，是他最早發現的星系退行的現象，應該叫做紅移現象。這是因為我們觀測天體利用的是電磁波。

它們發出的電磁波到達地球，然後被我們觀測到。如果哈勃對一些天體持續觀測，就會發現他接收到的電磁波正在像紅段移動，也就是說電磁波被拉長了。

實際上，我們現在對於紅移這種現象已經習以為常，因為有很多因素都會引起紅移的現象。比如說，強大的引力場就會導致紅移。

那星系的紅移是什麼引起的呢？當時，哈勃是比較中立的態度，他並沒有指向任何理論。不過，紅移很明顯地說明了一點，那就是天體朝著遠離地球的方向移動，也被我們稱為退行。所以，紅移是退行引起的。

但是星系退行真的就是星系在動麼？其實星系退行有兩種可能，一種是星系在動，一種是宇宙空間在動。我們不能一上來就判斷是星系在動。這就好比，如果你在一個機場的直梯上面，你是一個天體，電梯可以看成是宇宙的空間，如果電梯動起來，對於地面參考者來說，就好像你在動一樣。當然，也可以是電梯不動，真的是你在動。

那具體是哪一種呢？我們可以來思考一下，物質之間存在著引力，而且引力場沒有範圍，也就是說，按照引力理論，宇宙中的物質應該是相互吸引的，而不是相互遠離，但在實際的觀測中，科學家發現，這個星系退行有個特點，那就是在大尺度上，各個方向同時的退行，我們可以往極限去思考，就是星系退行的趨勢是所有的星系都在遠離你。這就好比，一個氣球上點滿小點，每個點都代表一個星系，宇宙的膨脹就是把氣球吹大，所以每個星系都在遠離你。

所以，這是不符合引力理論的預言，一定存在一個東西迫使星系彼此遠離，首先可以肯定不可能是星系之間存在斥力，星系自己跑了，只能是宇宙空間的膨脹效應，也就是說，剛才那個氣球的例子，實際上氣球表面就是宇宙空間，氣球的表面在膨脹，看起來就好像是星系在退行。如果是這樣的，也就能解釋觀測到的星系發出的電磁波為什麼會往紅段移動了。

所以，星系退行的本質是宇宙空間的膨脹效應，那星系超光速退行其實就可以轉換成宇宙空間膨脹能不能超光速？

還記得上文提到的前提條件麼？光速是極限速度是對於物質、資訊、能量來說的，空間其實是不會受到光速的限制的，也就是說，空間的膨脹是可以超光速的。

那你可能要問了，那距離我們多遠的星系會以超光速退行呢？

這裡就要用到哈勃常數，最新的測定值是67.15，這個意思是每增加100萬秒差距，膨脹速度就會增加67.15公里/秒，（多說一句，一百萬秒差距是326萬光年），然後我們透過計算就可以知道，距離我們145.6億光年開外的星系正在超光速退行。

最後，我們來總結一下，光速是極限速度是對資訊、物質、能量而言的，而星系退行的本質是宇宙空間的膨脹，空間是不受到光速限制的，因為它並不能傳遞資訊，也不是物質和能量。因此，宇宙膨脹其實是可以超光速的。

光速不是最快的嗎？為什麼星系以超過光速的速度遠離我們？

一、宇宙正在膨脹？

從宇宙大爆炸論開始，宇宙誕生的過程就一直備受質疑，當然在上世紀七十年代形容宇宙誕生並不是爆炸論，而是暴漲論，兩者似乎沒有差別，但前者更容易貼近普通大眾！比較諷刺的是“大爆炸”這個形容詞還是一位反對宇宙暴漲論的反對者譏諷之語，但事與願違，宇宙大爆炸實在過於貼切，一時間風靡全球！

哈勃紅移

遙遠星系的退行速度與距離成正比，哈勃透過十數年對遙遠星系觀測發現，在觀測範圍內，退行速度與紅移保持基本良好的線性關係，即越遠的位置紅移值越大！

當然發生紅移的可能性有兩個，一個是天體在遠離，而這就是天體發出的光發生紅移的原因，因為天體的移動將光波長拉伸，我們看到的就是頻率降低波長變長的光線，從光譜上來觀測，就是整體朝著低頻端移動，而可見光在低頻表現為紅色，因此這就是紅移的來源，反之則是藍移！

而另一個可能就是天體不動而空間在移動，或者空間+天體都在移動，我是天體在動還是空間在動，在大部分時候我們可以觀測器橫向移動的分量來判斷天體的運動方式，如果只是遠離或者靠近地球則比較難判斷，不過有一個比較有趣的現象，我們觀測到所有遙遠的天體都是遠離的，即使作為天體運動而宇宙不動的觀點支持者，也不得不認為這有些詭異，但宇宙的膨脹可以完美的解釋這個疑問！

宇宙微波背景輻射（CMB）

這是宇宙暴漲時期遺留輻射的最好解釋，暴漲初期，天體尚未形成，只有緻密高溫的原初等離子體，待宇宙冷卻到某個溫度時質子和電子結合形成中性氫原子，宇宙逐漸晴朗，在“光子脫耦”後開始自由傳播，但隨著空間膨脹，光子波長被拉長，能量變得更低，而宇宙微波背景輻射就在“最後的散射面”處形成！

我們的宇宙躲不開宇宙微波背景輻射的包圍，它有一些不均，但分佈是全向的！

原初元素丰度

指得是在宇宙從暴漲開始後約3分鐘時，原初的核聚變停止，因此可以從宇宙大爆炸模型中推算出此時的各種元素丰度，和觀測到的早期天體的元素丰度對比，兩者一致性比較高！

至少到現在為止，宇宙大爆炸理論依然宇宙誕生最合適的理論，因為無論是哪一種宇宙誕生的理論都繞不過去這三個坎，也許未來會有更合適的理論來解釋宇宙誕生，但仍然要面對這幾個因素！

二、宇宙正以多快的速度在膨脹？

從哈勃總結出宇宙正在膨脹的結論以來，膨脹的速度測定一直都是大家津津樂道的話題，因為從最初時的550千米/秒/百萬秒差距，到2013年時普朗克衛星測定的67.8千米/秒/百萬秒差距的值居然差了將近8倍，當然您不要認為科學猶如兒戲，因為觀測技術不斷進步，不斷加入修正引數，自我糾錯也是科學必備素質！但哈勃常數卻從來都沒有一個統一值，因為以不同的參考與測量方法，會得出一個相差比較大的數值！

67.8千米/秒/百萬秒差距釋義：在每隔百萬秒差距（326萬光年）的距離上，宇宙膨脹的速度增加67.8千米/秒

1、ΛCDM測量模型

利用蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應進行的X光高紅移群以及微波波長的觀測，與宇宙微波背景輻射各向異性的量度和光學調查對比，測定哈勃常數值約為67千米/秒/百萬秒差距

2、哈勃關鍵計劃測定

2001年5月，卡內基天文臺的Wendy L. Freedman博士主導下，利用哈勃空間望遠鏡進行了一次最為精確的光學測量，確定哈勃常數的值為：72±8 千米/秒/百萬秒差距。

3、威爾金森微波各向異性探測器WMAP的資料

以最高精度的宇宙微波背景輻射為標準，在2008年時測定的哈勃常數值為71.9 +2.6 −2.7 /千米/秒/百萬秒差距（上限 +2.6，下限−2.7 ）！

4、錢德拉X射線天文臺的觀測

2006年9約，馬歇爾太空飛行中心利用錢德拉X射線觀測衛星的資料，精確測得資料是77千米/秒/百萬秒差距，誤差為±15%！

可能資料有點不一，因為參考的物件不一樣，都可能存在一些誤差，但這並不妨礙宇宙正在膨脹，那麼宇宙在哪個位置膨脹速度將超過光速呢？我們取值普朗克衛星的觀測資料67.8千米/S/百萬秒差距！

L=光速/哈勃常數×百萬秒差距=14421.71418億光年外宇宙膨脹的速度為光速，之外則將超過光速！

三、宇宙膨脹上限與光速有關係嗎？

我們知道宇宙中速度的上限是光速，但這並不是無條件的，因為有三個前置因素：

1、資訊無法超過光速

2、物質專遞無法超過光速

3、能量傳遞無法超過光速

這幾個限制把我們所能想象的一切空間都給堵死了，無論怎麼去扒光速的漏洞，都會被這三個前提所堵上！但上帝關上了所有們和窗戶的同時，給我們打開了一扇空間膨脹的門，它不傳遞資訊，也不傳遞物質，更不傳遞能量，它的膨脹不受光速限制，它存在於我們周圍，但卻需要頂尖的空間控制技術才能達到！不過宇宙卻由於暗能量的作用下一直在膨脹中！

但這只是現象，我們還未了解到其中的本質，空間是一種什麼樣的結構，它又是如何無限膨脹而並不被撕裂？可能這是我們所難以理解的地方，愛因斯坦的廣義相對論可以解釋空間扭曲與無限扭曲到極點的黑洞，但卻不能描述膨脹的空間是怎麼來的，因為這需要引入負能量的概念，而暗能量就是在這種條件用背宇宙膨脹這口黑鍋的！

宇宙正趨向於無限，這是天文學家測量的結果，但根據我們技術手段卻只能觀測有限宇宙的一部分，不得不說整個宇宙對人類都是”惡意“的！但如果不是這樣，黑洞洞的宇宙又如何吸引大家的注意呢？

遙遠星系的退行速度的確是超光速

1929年，美國天文學家哈勃發現河外星系正在退行，且退行速度V與距地距離D成簡單的線性關係，即V=H0D，其中H0為哈勃常數，2018年最新測定大小為73.52千米/秒/百萬秒差距，這個常數的意思就是每相距326萬光年，星系的退行速度就增加73.52千米。這就是著名的哈勃定律。這一重大發現為宇宙大爆炸理論提供了最有力和最直接的證據，人們普遍認為宇宙就是由“奇點”爆炸而來，現在的膨脹就是爆炸的繼續，根據哈勃定律計算可知，大約距地132.9億光年的宇宙空間，膨脹的速度就超過光速了。132.9億光年外的遙遠星系發出的光永遠到不了我們地球，因為那個地方的空間膨脹速度相對於地球已經超過光速了。記住是空間在膨脹，並不是星系在膨脹。以上就是題目中所說的，星系遠離我們的速度超過光速的由來。

不管是相對論中，還是愛因斯坦本人，從沒有直接說過光速是最快的，只說光速是不變的，並以此作為相對論的一個基本原理――光速不變原理。所謂光速不變原理是指光在真空中的傳播速度（299792458米/秒）對於任何參考系來說都是不變的，與光源和觀察者的運動狀態無關。也就是說，無論這個參考系速度有多快，哪怕是299792457米/秒的速度，光對於它來說仍然是光速，光速是個“水漲船高”式的不變。換句話說，任何速度都不能超過它，所以人們又把這個原理稱為光速限制原理。從對這個原理的理解上，結論應該是：光速是宇宙中最快的速度，它不是簡單的30萬千米/秒，宇宙中並不存在絕對的時空和參考系。

這個結論在人們發現量子糾纏和宇宙膨脹以前是被廣泛認可的，且沒有任何附加條件。直到人們發現量子糾纏和宇宙空間的膨脹的速度是“超光速”的以後，人們開始這樣描述光速限制原理：任何靜質量不為0的物體的運動速度，或者說傳遞資訊和能量的速度不能超過光速。言下之意就是，不傳遞資訊和能量的速度，或者靜質量為0的物體的速度可以超過光速，比如人們對宇宙空間的膨脹超光速解釋為它只是產生“虛空”，並沒有資訊傳遞。自宇宙大爆炸以來，宇宙一直在加速膨脹，宇宙中的星系隨著空間一起膨脹，一起超光速，又怎麼會是靜質量為0？又怎麼會是沒有能量傳遞？這種超光速顯然並不屬於這些情況。

還有的解釋說，宇宙空間是光的傳播背景，光速再快也是在時空背景的運動，因此光速限制原理管不了傳播背景自身的運動等等。因為這種解釋顯然認為宇宙中存在絕對的空間，進而否定了時空的相對性。人們不禁要問，超光速膨脹空間發出的光對於我們來說還是不是光速？科學家們認為，有些遙遠空間裡的星系發出的光永遠到達不了我們，這說明了這些光對於我們的速度小於0，這實際上已經和光速不變原理相違背了，說到底就是認為光速不是宇宙中最快的速度。

光速不變原理應該是一個普適原理。雖然我們永遠看不到一些遙遠星系發出的光，但這些光對於我們來說仍然是光速，以我們地球為參考系，觀察到這些光傳播的速度並沒有減小，只是光傳播的距離增加了，同一時間增加的距離大於光傳播的距離，因此光永遠到不了地球。由上面的分析可知：宇宙空間膨脹運動並不是通常意義上物質的運動，所謂的宇宙空間膨脹速度也並不是通常意義上物質的運動速度，這種速度並不能用距離除以時間來表達，因為並不存在物體移動了多少距離的問題，換個說法，就是時空自身無法衡量自身的變化，也不能把這時增加的空間看作距離，只能看做一個整體。這種“速度”並不能與任何物體的運動速度相比，當然更不能與光速比大小。所以從這個意義上說，還是光速最快。所謂的星系膨脹超光速只不過是在地球觀察者看來，增加的空間物質“大於”光的傳播距離；而對於光自身來說，不管宇宙膨脹出多少空間，都等於0，因為光是沒有時間和空間的，光經過1光年和930億光年是一樣的，都不需要一點時間，也沒有一點空間的感覺，宇宙膨脹出的空間是相對的。

綜上，光速不變原理是個普適性原理，它的精髓就是光速是最快的。所謂的星系超光速遠離我們，實際上並不能算超光速，這種“速度”不能和光速相比；另一方面膨脹出的空間是相對的，對於我們是大尺度膨脹，而對於光卻並沒有不同。

在我們的宇宙空間中，資訊的傳遞速度不能超過光速，有靜止質量的物體不能達到光速

以上就是廣義相對論對闡明的“宇宙規則”，然而上個世紀初美國天文學家埃德溫.哈勃卻發現我們的宇宙處於膨脹之中，這導致遠方的星系也在飛速遠離我們，後來更是發現星系的退行速度超過了光速。

然而真的是星系超過光速運動嗎？

愛因斯坦相對論真的錯了嗎？

事實並非如此，因為哈勃發現的是“宇宙空間超光速膨脹”，而相對論限制的是“宇宙空間內的物體運動速度和資訊傳遞速度”。

我們的宇宙可以不太恰當的理解成一個正在膨脹的氣球，星系就是氣球上的小點，所以隨著氣球的不斷膨脹小點之間的距離也會不斷增加，這樣看起來就好像是小點自身再向後退一樣，但其實只是因為氣球在膨脹。

再舉一個不太恰當的例子，我們宇宙中的星系就好像是火車上的人，是火車本身的運動讓人獲得了非常快的速度，而人本身是無法跑的和火車一樣快的，因此星系退行其實是由宇宙空間膨脹帶來的錯覺，星系本身其實並沒有移動只不過是空間膨脹帶著它移動了。

宇宙大爆炸以來我們的空間一直都在超光速膨脹之中，相對論只是限制了空間之內的物體運動速度和資訊傳遞速度，但是對空間本身卻沒有什麼限制，因此在一些科幻小說中“曲速泡”和“蟲洞”都成為了可以讓飛船無視光速限制的好辦法 。

儘管在我們人類眼裡光速很快，但光速和半徑465億光年的可觀測宇宙相比是非常滿的一個速度，而可觀測宇宙只不過是“大宇宙”的一小部分罷了。

原創思想，可能有運動性的就有速度性的，關於宇宙的膨脹究竟空間是象氣球一樣的膨脹，還是造成出我們的可視性是象看氣球一樣的背景性膨脹了。而使到我們看越離我們越遠的天體其速度就是越遠越快的，照這樣的越遠越快的看法，就是不知比光速還要快多少倍出來了。如果我們的可視性觀察還可以看得更遠的，相信其越遠的星系或星球的速度還會有著更加快的速度而增加出來了。但這樣的快速，又是不是宇宙空間的一種可視性的背景性在膨脹的呢？這個就不知道了。但不知是不是這樣的認為，而下面就交給磚家們繼續的討論吧！

你怎麼知道宇宙還有比光速更快的，比如星系？多普勒效應得最通俗解釋是這樣敘述的：當一火車與我們相向迎面而來，空間被壓縮了，於是就產生了藍移，但當急速駛過後，空間被拉長，於是就產生了紅移。

所謂宇宙遠離我們，我們是根據哈勃觀測的星系紅移測量，而且距離我們越遠的星系，紅移量越大，這就說明了，離我們越遠，星系在加速遠離。

宇宙誕辰了138億年，我們現在看見的130億光年的星系，其實已經不在現在那個位置了，而是脫離了我們光學觀測視線，順便用哈勃紅移推算一下，觀測已經是400億光年外的星系了。

最近發現一件事情，人馬座A*觀測到一個恆星靠近了黑洞也發生了“紅移”現象，為什麼？難道那恆星在遠離我們嗎？那個黑洞明明就在那位置千年不變，恆星為什麼特徵譜線紅移？

週期的倒數就是頻率，頻率乘波長才是光速。也就是說，頻率也是時間物理量。GPS定位就是靠衛星上得銣鍾頻率，但是全部要加相對論修正。

那麼可以幻想一下，遙遠星系遠離我們，究竟是時間計算方式變了還是距離變遠了？以我的理解，黑洞不能一直只進不出，光進去了只不過是走的路徑太長，一時半會兒沒出來，因為黑洞改變了時空。空間是宇宙爆炸賦予我們的產物，而光速是不變的，宇宙最大速度。

你拿把尺子，想象一下就行的事。

假設把尺子在一秒內拉伸一倍，也就是每1cm的刻度之間每秒拉伸1cm。當你站在0刻度，距離1cm刻度的距離為1cm。但是下一秒你和1cm刻度的距離就是2cm，遠離的速度為1cm/s。那麼你距離2cm刻度的距離就是4cm，速度為2cm/s。

尺子只是在勻速的拉伸。但是距離你越遠的刻度，遠離你的速度就越快。

所以所謂的超光速，只是相對於我們的位置而言的，並不是指真實的速度。

首先，光速雖然是人類目前能直接測量到的傳遞速度最快的，但並不是恆定不變的常數。因為在真空中，光僅相對產生它的光源速度恆定；在均勻介質中光也僅相對介質本身（次生光源）速度恆定。但相對光源或介質運動的觀測者會測量到與其運動速度大小與方向有關的、不同的光速；

其次，星系是不是超過光速遠離我們還沒有足夠多的證據能證明。因為目前利用天體紅移量與哈勃定律計算出來的天體退行速度可能存在巨大錯誤。其原因是：天體紅移量中與距離成正比的部分很可能並不是天體退行時產生的多普勒效應，而是星際物質產生的介質效應，就像光纖通訊中的光訊號存在的頻散效應類似。

再者，即使是存在超過目前人們認定的光速運動的天體也不奇怪。因為天體相對地球相距很遙遠時，彼此間的相對運動速度並非由同一萬有引力場制約的。

本人分別設計了採用基線法直接測量光速和利用傾斜星系查明天體紅移量的主因的方法，如果能早日完成此方面的實驗工作，就能證明本人的以上觀點是正確無誤的。