【專欄】宇宙系列二：宇宙膨脹有多快

文/王至劭（台聯政策顧問、台灣教授協會會員）

關心天文的都知道，宇宙是在不斷膨脹當中，離得比較近的看不出明顯的膨脹，離得遠的，尤其是接近宇宙邊緣的地方(對地球的立場來說)，膨脹的速度大約為光速的3倍，即使我們發明了可以接近光速的高速飛船，永遠到不了太遠的地方，太遠的地方宇宙膨脹速度超過光速，永遠也追不上，我這篇文章就是試圖要告訴讀者，宇宙膨脹到底有多快？

我們要先做個說明，不曉得各位有沒有種過西瓜，西瓜長到直徑20公分左右，裏面就會有籽，顏色很淡、很小，當它長到直徑40公分左右，子就會變黑、變大，肉變甜，我們就來看西瓜的籽(圖一)。

假設我們的位置在中心附近A籽地方，假設和B籽原本的距離是1公分，長到了40公分長度的時候假設要30天，它是整個瓜一起膨脹，B籽距離會變成兩公分，但在西瓜邊緣的地方，C籽的距離本來是10公分，成熟後變為20公分。換句話說，在這30天當中，對A籽來講，B籽距離前進了1公分，C籽距離前進10公分。

宇宙也一樣，它是整個膨脹的，離得越遠的地方膨脹速度越快，那它的膨脹速度到底有多快呢？我們就說「100萬秒差距」遠處膨脹速度大約為每秒70公里，那麽1秒差距是是多遠？我們現在就來計算一下：

秒差距（英語：parsec，符號為pc）是一個宇宙距離尺度，用以測量太陽系以外天體距離的單位。1秒差距約為3.26光年、206,265天文單位位，接近31兆公里。秒差距的原理使用了視差與三角學，其定義為「1天文單位（AU）的對角為1角秒的距離」。離太陽最近的恆星比鄰星，距離大約為1.3秒差距（4.2光年）。絕大多數位於距太陽500秒差距(1630光年)內的恆星，可以在夜空中以肉眼看見。

秒差距最早於1913年，由英國天文學家赫伯特·霍爾·特納提出。其英語名稱為一個混成詞，由「1角秒（arcsecond）的視差（parallax）」組合而來。

接著我們看圖二和圖三，這兩個三角形是相似三角形，其張開角度皆為1角秒。

接著運用三角型相似原理，做以下的計算：

我們得到一秒差等於3.26光年。因為天文的距離皆非常遠，我們常用100萬秒差(Mpc)為單位，即326.16萬光年。根據哈伯常數的意義，每增加一個百萬秒差的空間，星系遠離我們的速度就增加70公里／秒。光速是每秒30萬公里，300,000÷70=約4286倍。即326.16萬光年的4286倍的地方，其膨脹速度約等於光速，即約139億光年的地方是以光速在遠離我們。我們用光速追過去，那兒的星星以光速遠離，怎麼追距離都一樣、永遠追不上。事實上，宇宙的壽命也是這樣算出來的。目前科學家大多認為宇宙的壽命約138億年。或許有人會問：「那麼138億年之前宇宙在哪裡？」科學家也回答不出來，只好說：「這之前時間沒開始、沒定義，這樣問沒有意義！」

宇宙膨脹只發生在沒有強大重力束縛的巨大空間，太陽系、銀河系內部天體有強大的重力，所以空間不會擴張。

附註一：

我家以前是我小時候種西瓜，種幾棵而已，我會知道這些事是因為西瓜常在成長過程就被小動物吃掉一部份，裡面狀況就露出來了。五十幾年前我小時候，在田邊看過野兔在跑、常有美麗田雞。父親青少年時期，鄰居們合抓過山貓(石虎)，奶奶說她年輕時老鷹(黑鳶)很多，小雞一不小心就被抓走。

附註二：

宇宙學還有很多未知，如以上70公里/秒(百萬秒差)到底是66、70、75？其實根本也沒定論，這是嚴重齟齬。甚至，科學家相信，宇宙膨脹係數不是固定的，膨脹會越來越快。這些都有待年輕學子繼續研究！

附註三：
角秒、角分是角度單位，秒差、秒差距是距離單位，不要搞混！