爱因斯坦的相对论从根本上改变了我们对“何时”与“何地”的理解。这个理论指出，时间和空间并非绝对不变，而是相对于观察者而言的。由于所有信号（包括光）的传播速度都是有限的，我们观测到的任何远方事物，其实是它在过去的样子，而非其“现在”的状态。再加上天体间的相对运动和宇宙自身的膨胀，精确确定一个物体当下的位置和时间就变得异常复杂。因此，为了准确回答“它现在在哪里？”以及“我们看到的是多久以前的它？”这类问题，现代科学必须综合考虑信号传播延迟、天体运动和宇宙膨胀这三大因素。
“此时此地”的错觉
在地球上，确定时间和地点似乎很简单。我们有经纬度和海拔来定位，有原子钟来同步时间。我们习惯于认为，我们和地球上任何其他人共享同一个“此时此地”。
然而，这种直觉是错误的。一个多世纪前，爱因斯坦的相对论就证明，时间和空间都不是绝对的。它们对每一个独立的观察者来说都是相对的。对于日常生活，牛顿的经典观念足够用，但对于现代科学的精确测量和遥远的宇宙，我们必须采纳爱因斯坦的革命性思想。
信息传播的速度极限
一个简单的例子是闪电和雷声。我们总是先看到闪电，几秒后才听到雷声。
这并非因为闪电先于雷声产生，而是因为光和声音这两种信号从闪电发生处传播到我们这里需要时间。
事件本身（闪电）在特定的时间和地点发生，但我们只能在它产生的信号到达我们这里时才能感知到它。
- 光：作为一种电磁波，光在真空中的传播速度是宇宙中最快的，约为每秒 30 万公里。
- 声音：作为一种需要介质（如空气）的压力波，声音的传播速度要慢得多，大约为每秒 343 米。
这个核心事实是：任何物理信号的传播速度都是有限的。这意味着，我们永远无法“即时”看到任何事物，只能看到它在信号发出那一刻的样子。
我们眼中皆是过去
由于光速有限，我们观察宇宙中的一切，实际上都是在回顾历史。
- 望向 30 公里外的城市？你看到的是 100 微秒前的它。
- 仰望夜空中的月亮？你看到的是约 1.3 秒前的它。
- 凝视天空中的太阳？你看到的是约 8 分 20 秒前的它。如果太阳刚刚发生了一次耀斑，我们需要等 8 分多钟才能察觉到。
物理学中用光锥来描述这个概念。我们只能感知和被“过去光锥”内的事件所影响。我们永远只能看到事物过去的样子，唯一的例外是我们自己所在的确切位置——真正的“此时此地”。
复杂因素一：天体的相对运动
当我们问“离我们最近的恒星有多远？”时，问题变得更加复杂。这颗星是比邻星，距离我们约 4.24 光年。
这意味着我们现在接收到的光是它在 4.24 年前发出的。但在这段时间里，情况发生了变化：
- 太阳在围绕银河系运动。
- 比邻星也在围绕银河系运动。
- 两者之间存在相对运动。
这就像给一个正在跑动的队友传球，你必须瞄准他即将到达的位置，而不是他现在的位置。同样，当我们观察比邻星时，它现在的位置已经不是我们看到它发光时的那个位置了。在我们接收到光的这 4.24 年里，它可能离我们更近了，也可能更远了。
复杂因素二：宇宙的膨胀
对于更遥远的星系，还有一个更重要的因素：宇宙的膨胀。空间本身在不断伸展。
这好比在一个正在不断变大的足球场上传球。即使球员和球的速度不变，球场本身的膨胀也会影响最终的结果。
这导致了三个不同“距离”概念的产生：
- 初始距离：光线发出时，天体与我们之间的距离。
- 光行时间：光线在宇宙中传播所花费的时间（以年为单位）。
- 当前距离：我们接收到光线时，该天体与我们之间的实际距离。
例如，一个我们看到的光线来自 100 亿年前的天体：
- 它发光时，离我们不到 100 亿光年。
- 光线传播了 100 亿年。
- 今天，当我们看到它时，它与我们的实际距离已经远超 100 亿光年，大约是 160 亿光年，因为空间在这期间一直在膨胀。
因此，当天文学家说一个天体“距离我们 70 亿光年”时，他们通常指的是光行时间为 70 亿年。由于宇宙膨胀，该天体现在的实际距离要远得多。为了准确回答“它现在在哪里”以及“我们看到的是多久以前的它”，我们必须综合考虑信号传播的有限速度、天体间的相对运动以及宇宙的膨胀这所有效应。