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根据相对论,接近光速飞行的宇宙飞船上 超大质量黑洞的第一宇宙速度可能等于光速

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【根据相对论,接近光速飞行的宇宙飞船上 超大质量黑洞的第一宇宙速度可能等于光速】本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
宇宙中存在着大量的宇宙岛，我们能观测到的数量估计为2万亿个 。最近的河外宇宙岛离银河系只有几万光年，最远的河外宇宙岛位于上百亿光年之外 。在这些宇宙岛中，它们的光谱大都显示出红移，而且距离越远红移值越大 。这意味着河外宇宙岛都在远去，而且距离越远，远离速度越快 。
如果河外宇宙岛离银河系足够远，它们的退行速度甚至可以超过光速 。然而，爱因斯坦的相对论又指出，任何速度都不可能超过光速 。那么，宇宙岛的退行速度是怎么超光速的呢？为何这样的超光速又没有与相对论相违背呢？
狭义相对论：光速怎么不可超越？
相对论是大家喜欢谈论的一个话题，但这个理论很容易被误解 。宇宙中确实存一个终极速度，那就是真空光速c 。而且一旦物体有静止质量，光速都不可能达到，更不用说超光速，只有静止质量为零的东西才能以光速运动 。
需要注意的是，我们通常在谈论速度时，都是指物体相对于局域静止空间的速度 。但如果两个物体处于不同的空间坐标，在谈论速度时就需要注意一个关键的因素——时空本身的曲率和演化，这是广义相对论所讨论的范畴 。
狭义相对论的适用范围是静态且没有曲率的平坦空间，但在现实中，宇宙中充满了物质和能量 。在物质和能量存在的情况下，时空结构会随着随时间而变化，导致空间位置发生了变化 。
在诸如太阳这样的大质量天体周围，空间会被弯曲，处在这种弯曲空间中的物体就会加速靠近该大质量天体，从而表现出引力效应，这就是广义相对论对引力的解释 。即使物体没有相对于空间结构本身存在运动，它也会随着空间结构的变化而发生运动 。空间就像一条传送带，即便传送带上的物体是不动的，但运动的传送带会带着上面的物体一起运动 。
广义相对论：宇宙岛可以超光速退行
根据广义相对论，在一个各向同性且均匀的宇宙中，时空想要保持静态是不可能的，宇宙要么在坍缩，要么在膨胀 。但爱因斯坦一开始不允许这样的事情发生，他在这个理论中引入了宇宙学常数，以维持时空静态 。
在20世纪20年代，哈勃对宇宙岛的光谱做了详尽研究 。结果发现，宇宙中的宇宙岛并不是一半蓝移一半红移，而是几乎都在红移，只有银河系附近的少数宇宙岛出现蓝移，这表明宇宙岛基本上都在远离银河系 。
根据多普勒效应，光源在逐渐远离而去时，光的波长会变长，这会导致出现红移 。不过，宇宙岛的红移并非是狭义相对论的那种局域运动引起的，因为还有一个更主要的规律，这会让宇宙岛以超光速退行 。
哈勃定律
宇宙岛不仅大都在退行，而去退行速度（v）还会随着距离（D）的增加而线性增加，这个关系如今被称为哈勃定律，比例系数被称为哈勃常数（H0） 。
唯一能够解释哈勃定律的事实是空间自身正在膨胀 。如果把气球表面比作空间结构，气球上的点比作空间中的宇宙岛 。那么，当气球膨胀时，气球上的点就会随之被互相推开 。无论从哪个点看来，其他点都在退行，而且距离越远的点退行速度越快 。因此，只要距离足够远，宇宙岛之间的空间在单位时间内膨胀足够多，就会导致宇宙岛之间以超光速退行 。
空间膨胀速度有多快？
目前，哈勃常数的测量值大概为70千米/秒/百万秒差距 。百万秒差距是天文学上所使用的长度单位，1百万秒差距表示326万光年 。哈勃常数表明，如果两个宇宙岛的距离为326万光年，那么，空间膨胀会让它们以70千米/秒的速度互相远离，其他距离以此类推 。
照此来算，当两个宇宙岛的距离达到140亿光年之时，空间膨胀会让它们互相分开的速度达到光速 。如果距离超过140亿光年，宇宙岛的退行速度就会大于光速 。值得再次强调的是，这并不是宇宙岛在空间中真的以超光速运动，而是由空间结构的膨胀所引起的，这与相对论中的速度概念完全不是一回事 。
由于宇宙不断膨胀，我们所能观测到的最远宇宙岛GN-z11现在已经退行到了320亿光年之外，它目前的退行速度是光速的2.3倍，这是目前已知退行速度最快的宇宙岛 。它现在发出的光永远也无法抵达地球，所以我们不可能观测到现在的GN-z11 。
即便未来能够制造出非常先进的天文望远镜，观测到最为遥远的宇宙，但绝大多数宇宙岛都无法被我们观测到 。未来，我们只能观测到现在距离银河系不超过140亿光年的宇宙岛，因为它们目前发出的光经过足够长的时间之后，最后还能到达地球 。

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