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大爆炸和相对论矛盾了？

我们知道，20世纪出现了物理学的两大新支柱，分别是量子力学和相对论。在相对论的基础假设中，有一条是光速不变原理。如果我们通过推导，就会发现光速是我们这个宇宙中物质、信息、能量传播得最快速度。

可是，我们也应该有听说过，宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸，按照这个说法，我们能观测到的宇宙范围应该是以138亿光年为半径的球状空间。可事实呢？

可观测宇宙的大小是以465亿光年为半径的球状空间，这足足多出了300多光年，那是不是和相对论矛盾了？那到底是相对论错了，还是宇宙大爆炸理论错了？

膨胀效应

事实上，大爆炸理论没有问题，相对论也没有问题，两者也不矛盾。这究竟是咋回事呢？这事要从宇宙大爆炸说起。按照目前的理论和观测结果来看，宇宙确实是起源于138亿年前的一次大爆炸。

大爆炸之后，宇宙发生了剧烈的膨胀。随着空间的膨胀，温度也在逐渐下降。这里我们就要注意了，宇宙空间其实是在膨胀的，而且光速又是一定的。那这会得到一个什么结果呢？

光速乘以时间就是光跑过的距离，如果从宇宙大爆炸开始，光就从A点出发，前往B点，那照理说，它应该会跑过138亿光年的距离。可是由于空间在膨胀，所以，光其实不只是跑了这段距离。我们需要把宇宙膨胀效应考虑进去。

不过，这里还会有一个问题。宇宙并不是一开始就是透明的。具体来说是这样的，由于早期的宇宙温度很高，整个宇宙呈现的是等离子态，光子其实就被束缚在其中，而没有办法在宇宙中正常的传播。这样类似的情况现在也在太阳当中发生的。传播到地球上的光子是8分20秒之前，从太阳表面出发的。

但事实上，这个光子是在太阳内核通过氢核聚变产生的。它产生后，并不是直接抵达太阳表面。这是因为太阳内部也是等离子态，它也被束缚在了其中，碰碰撞撞才勉强能够串出来，科学家经过计算发现，这个过程平均大概需要14万年。也就是说，这个光子是大概14万年前产生的，8分20秒前才到达太阳表面，然后花了8分20秒的时间抵达地球。

而宇宙是在大爆炸之后38万年，温度才降到了3000多度，才不再是等离子态。此时，光子开始在宇宙中传播。因此，我们需要加上的膨胀效应应该是宇宙大爆炸之后38万年到现在的。这样算下来，可观测宇宙的半径就应该是461亿光年。

引力波&引力波

但是461亿光年和465亿光年还是差了4亿光年，这个误差是从哪里来的呢？

其实就出在了最初的38万年。我们目前的观测手段几乎就是利用电磁相互作用。说白了，就是观测到电磁波（光子），这和我们看东西是一个原理。我们通过电磁相互作用确实只能看到半径461亿光年的范围。

可是宇宙中存在着四大作用，分别是强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、引力相互作用。

其中强相互作用和弱相互作用的范围很小，是属于原子层面的作用力。因此，如果我们能够还能利用的仅仅只剩下引力了。好在引力也确实是有办法的，那就是引力波。刚好引力波是不会因为等离子态而被束缚的，换句换说，当宇宙大爆炸开始那一刻，引力波就在宇宙中传播了。

如果我们能够接收到最早的引力波，也就可以弥补上缺失的“最初的38万年”。当然，对于引力波，我们也还是需要把膨胀效应考虑进去的。于是，我们就发现“最初的38万年”所对应的距离就是4亿光年，加上之前的461亿光年，就可以得到465亿光年为半径的可观测宇宙空间。所以，你应该也发现了，可观测宇宙的范围其实是一个理想范围，这里假设了人类可以观测到原初引力波，而我们目前其实是做不到的。

其实不仅仅是引力波，还有一种粒子也可以帮助我们了解“最早的38万年”，这个粒子就是中微子。

中微子是电中性的，穿透力极其强，它在宇宙中传播1光年的距离，只有50%的概率会和这条路径上的物质发生反应。我们的身体一直都有中微子穿过，而我们却不得而知，这些中微子主要来自于太阳。

因此，如果我们能够捕捉到宇宙“最早的38万年”内产生的中微子，我们也可以了解到这个时期都发生了什么。

总结

由于宇宙是在发生膨胀的，因此，在计算可观测宇宙时，还需要把膨胀效应考虑进去。于是，我们就可以得到461亿光年的结果。而宇宙最早的情况，我们可以利用引力波和中微子来观测，同样这也需要考虑宇宙膨胀效应，就可以得到4亿光年，加起来就可以得到465亿光年的可观测宇宙范围。所以，大爆炸理论和相对论是不矛盾的。