在我們居住的宇宙裏，所有事物都按照既有的物理法則運作，這些法則構成了我們所理解的科學，它們是支配宇宙的根本規則。
這些規則中的一條雖然被廣泛接受，我們有時仍舊會對它表示懷疑，並且我們對挑戰這種基礎性規則持開放態度。
這條法則是由愛因斯坦在一百年前提出的，即：宇宙中有一個速度的極限，也就是光速，在真空中光速是299,792,458米/秒。
在物理學界，我們認為所有無質素的粒子在真空中的速度都應當等於光速，目前已知符合這一條件的粒子包括光子、膠子和重力子。
任何質素非零的粒子都無法達到光速，即使是質素最輕的微中子（質素僅為1.1eV，比質素第二輕的電子（5.11×10^5eV）輕了近50萬倍），其速度在真空中也無法達到光速。
那麽，為何宇宙的時空能以超過光速的速度膨脹呢？為何有些巨大的星系從我們這裏遠離的速度也超過了光速？
這似乎與光速不可超越的基本規律相矛盾？接下來讓我們探討這個問題。
尺縮效應
1905年，愛因斯坦提出了革命性的狹義相對論，這改變了我們對原時空的理解，比如尺縮效應和時間膨脹效應。
這兩種效應的奇異程度堪比魔法，狹義相對論的誕生基於愛因斯坦對光速的深入思考，並提出了三個基本假設，這些也構成了狹義相對論的基石。
1、無論你身處何地，無論你處於何種狀態，光速在你眼中始終是不變的。
2、無論你在何處，無論你如何運動，你觀測到的物理規律始終如一。
3、光的傳播不需要任何介質，只需要有時間和空間。
這些基本假設中最讓人困惑的是光速恒定原則，這個原理與我們日常生活的經驗相悖，速度疊加原理在我們的日常生活中是常見的。
比如，兩輛相向或同向行駛的車輛，它們之間的速度是疊加的；或者你在單車上向前扔一個球，對於地面上的觀察者來說，球的速度會加上單車的速度。
但光速並非如此，它對於任何事物都保持一致的速度。
邁克爾遜幹涉儀的基本原理圖
這個現象對我們來說幾乎無法理解，但早在1881年，科學家艾拔·邁克爾遜和愛德華·莫立已透過實驗手段證明了光速恒定。
實驗的基本原理是制造一個幹涉儀，在光源處發射一束光，光透過分束器後分為兩束垂直的相幹光，這兩束光擁有相同的波長。
這兩束光經過相同的傳播距離反射回來後，會產生新的幹涉圖案。關鍵點在於，如果一束光的速度發生改變，則相對於另一束光會出現滯後。
當兩束光相遇時，幹涉條紋會發生變化。但實驗結果表明，即便地球在宇宙中以約30公裏/秒的速度繞太陽執行，幹涉條紋依舊未發生變化。
這表明不管光的哪個分量，其速度都不會因地球的快速運動而改變，仍然保持光速。這證明光速恒定不是愛因斯坦憑空想象的，而是實驗結果。盡管光速不符合簡單的速度疊加原理，但相對於光速的運動，我們仍可以觀察到光的紅移和藍移現象。
1916年，愛因斯坦的一項重大成就是將重力納入相對論，重新定義了我們對宇宙時空結構的理解，此前我們使用牛頓的重力理論解釋萬物。
但出現了一些問題，如在大質素天體或高能量環境下牛頓重力理論的不準確性，以及解釋光線彎曲現象的困難，而廣義相對論的出現解決了這些問題，牛頓重力成為相對論重力的一個近似。
廣義相對論將重力解釋為質素/能量對宇宙時空造成的彎曲，這種彎曲的時空影響著宇宙萬物的運動。水星軌域的異常進動以及1919年愛丁頓對日食的觀測證實了廣義相對論的正確性。
新的重力理論和時空觀念讓我們認識到我們所處的宇宙並非精致不變，它要麽在重力作用下收縮，要麽在膨脹，總之愛因斯坦描述的宇宙是一個動態的宇宙。
事實上，早在1924年，天文學家已經觀測到宇宙中的星系與我們之間的距離及其發出的星光紅移之間存在密切關系，雖然這些星系在宇宙中都在相對運動，但沒有絕對靜止的物體，這種相對速度僅為每秒幾千公裏。
而我們觀測到的星光紅移量遠超星系相對運動帶來的紅移效果。並且我們發現，這些星系距我們越遠，其紅移量越大。
根據愛因斯坦的理論，科學家們迅速意識到我們處於一個加速膨脹的宇宙中，星系的退行速度隨著距離的增加而增大，是因為整個宇宙的時空在加速膨脹。
這種現象可以比作蒸麪包時面團中的葡萄乾，面團膨脹時葡萄乾會彼此遠離，其中最遠的葡萄乾似乎移動得更快。
但這並非因為葡萄乾或星系本身在移動，它們認為自己一直處於靜止狀態，而是整個面團或時空在擴張。
舉個例子，假如你現在住在上海，而另一個人住在北京，即便你們一年內都沒有離開各自的城市，如果地球在膨脹，你們也會感覺對方在遠離自己。
星系的情況也是這樣。宇宙中的早期星系形成於宇宙誕生後的數億年內，它們發出的光線自那時起就開始向外傳播。
這些光線經過了長達130億年甚至更長的旅程才到達地球。當這些光線最初被星系發射時，可能處於紫外線波段，但由於空間的擴張，這些光線已被拉長到紅外線波段。
透過測量紅移值，我們得出星系正以超過光速的速度加速遠離我們的結論。
但實際上，這些星系並沒有物理上的移動，它們相對於空間的速度可能只有光速的2%，甚至更低。
我們通常說光速是宇宙中的極限速度，意味著任何物體相對於空間的運動速度都不能超過光速。但這一法則並不限制空間本身，空間的膨脹速度沒有上限，並且它不違反因果律，也不傳遞任何資訊。
最重要的是，空間的膨脹並不是我們通常認為的物體速度，而是距離單位變化率，單位是km/s/mpc，更類似於一個頻率。
由於空間的加速膨脹，盡管宇宙的年齡僅為138億年，我們現在能看到的星系或宇宙的邊界已經達到了461光年的距離。
