宇宙会膨胀成什么样子？

cdixeji

问：“我对科学书中关于宇宙膨胀有些不理解。我看过的每一本科学书中都把宇宙定义为“一切”，如果宇宙膨胀，那它会膨胀到什么地步呢？它会膨胀到“更大的宇宙吗”。我不理解的是，红色光谱表明物体在离我们远去，但这是移动，不是膨胀对吧？如果你能帮我理解这一点，我会非常感激你的，谢谢你的宝贵时间。”

答：这是一个非常好的问题，要给出一个满意的答案可不容易！我第一次尝试着去回答这个问题之后，很多人依旧不理解，给我们发来了后续的问题，所以我决定再回答一下。这一次的回答会更全面。问题的解释在下文。但是，如果你只想要一个简单的答案的话，我会告诉你，如果宇宙是无限大的，那么答案非常简单——它不会扩展到任何地方。
相反的，在宇宙中，正在发生的是每一对星系之前的每个距离，都正在被“拉伸”，但宇宙的总体大小，从开始时的无限大，随着时间的推移继续保持无限大，所以宇宙的大小是不会改变的，因此它不会膨胀到任何地方。另一方面，如果宇宙有“有限的大小”，那么说宇宙正在扩展到“宇宙之外”的东西可能是合理的。然而，因为根据定义，我们被困在构成我们宇宙的空间内，并且无法观察它外面的东西，这不再是一个可以非常科学地回答的问题。所以，如果有的话，我们的确不知道宇宙正膨胀到哪儿。

现在，对于那些想要更全面讨论的人：
首先，让我从“膨胀”说起，“膨胀”并不是描述宇宙正在发生的事情的最佳词，虽然我们经常使用这个词。我认为这个词选择导致了很多不必要的混淆已经是一个难题！宇宙正在做的更准确的词可能是“伸展”。
至少对我来说，“膨胀”和“拉伸”之间的区别在于，“正膨胀的宇宙”让人想起一个图像，其中有一些星系漂浮在太空中，所有星系都从某个中心点开始，以非常快的速度远离那一点。因此，星系的集合（我们称之为“宇宙”）正在扩大，所以我们提出会提出“宇宙在膨胀到什么地步”这样的问题也是非常正常的。
然而，现在的宇宙理论告诉我们，这不是我们应该想到的画面。相反，星系在某种意义上是静止的 - 它们不像球在空中移动那样穿过太空。星系们只是在那里。然而，随着时间的推移，星系们之间的空间正在“伸展”，这就像你拿一块橡胶拉它的两侧时会发生的样子一样。虽然星系根本没有穿过太空，但随着时间的推移它们会相互远离，因为它们之间的空间已经被拉伸了。

当然，在日常生活中，并不认为空间是能够伸展的东西。对我们来说，空间似乎就像存在的东西，所有东西存在在宇宙中。但根据爱因斯坦的广义相对论，空间并不像我们的常识告诉我们的那么简单。如果我们想要了解宇宙运作的实际方式，我们需要找到一些方法将爱因斯坦的思想融入我们的心理图像，并将空间想象成一个更复杂的实体，能够做“弯曲”和“伸展”之类的事情。
为了帮助我们想象这一点，很多人提出了宇宙的类比，把空间更具体化。举个例子，我上文提到了一张橡胶（或有时是气球）的类比。不过，我最喜欢的比喻是将宇宙想象成一块巨大的面团。面团中嵌入了很多葡萄干，到处都有。面团代表空间，葡萄干代表星系。（据我所知，这个类比最初是由马丁·加德纳在他1962年出版的“Relativity for the Million”一书中提出的。）我们不知道面团在这一点上有多大 - 我们所知道的是它非常大，然后我们坐在里面的某个葡萄干上，离“边缘”很远，“边缘”不可能对我们或我们看到的东西有什么影响。
现在，有人将面团放入烤箱，它开始膨胀。葡萄干们彼此分开，但相对于面团，葡萄干是没有移动的 - 在葡萄干附近从一开始就面团颗粒挨着葡萄干的面包颗粒依旧是相同的。这就是我的意思，当我说宇宙膨胀时星系并没有真正穿过太空——在这里，葡萄干没有穿过面团，但葡萄干之间的距离仍然越来越大。

我想让你想象一张宇宙的新画面，实际上，与旧的图片有很大的不同，在旧画面中，星系都在远离中心的某个点。我们在旧画面中看起来很简单的许多概念和定义现在要复杂得多。例如：
两个星系之间的距离是多少？



在旧画面中，理论上这是一个容易回答的问题（虽然不一定在实践中！）。只需给自己一个巨大的卷尺并把它固定到一个遥远的星系，然后回到我们的银河系并紧紧抓住。当星系移动时，它将拉动卷尺，当卷尺松开时，你就能够很轻松地读取距离......十亿光年，一亿五十亿光年，二十亿光等等。
然而，在我们对宇宙的新画面中，随着葡萄干和面团的出现，随着宇宙膨胀，卷尺根本不会放松，因为星系实际上并没有相互移动！相反，它将在整个时间内读取10亿光年。你可以毫无理由地说，星系之间的距离并没有随着时间的推移而改变。然而，当你把卷尺带回来时，你会注意到一些不一样的东西; 由于宇宙空间的拉伸，你的卷尺也会拉伸，如果你将它与你整个时间放在口袋里的相同卷尺相比较，你会发现它上面的所有刻度是之前刻度的两倍远。用口袋里的卷尺作为参考，你现在可以说这个星系距离我们20亿光年远，即使第一个卷尺说它距离我们还有10亿光年。

正如你所看到的，这张宇宙新图景中的“距离”的概念比旧画面中的复杂程度要复杂一些！目前尚不清楚整个宇宙是否真正在“膨胀” ，我们真正测量的是每对星系之间的空间拉伸。（注意的是，我们可能必须有一把“假想的”卷尺，其原子实际上并没有被分子间力量保持在一起，以便上述场景实际上按照描述进行。）在这张宇宙的新画面中，比旧画面更复杂！目前尚不清楚整个宇宙是否真正“膨胀” - 我们真正测量的是每对星系之间的空间拉伸。（注意，我们可能必须有一个“假想的”卷尺，卷尺的原子间没有作用力，以保证上述情景能够发生。）

（顺便说一句，这个卷尺的类比与于光实际在星系之间传播时非常相似。当光从一个星系发出并穿过太空进入另一个星系时，在它穿越太空的过程中它也将被拉长，使其具有更长的波长，从而使其颜色更加朝向光谱的红端。这使我们在看遥远的星系时会看到红移光，并且根据这些红移的测量结果，我们估测到我们到这些星系的距离。）
宇宙的中心在哪里？



在那张旧画面中，我们很容易知道哪里是宇宙的中心 - 就是那个所有星系都在远离的那一个点。然而，在新的图片中，这些并不是那么清晰。要牢记于心的一点是，星系实际上并没有彼此远离 ，它们“坐着不动”！让我们回到面团那个比喻 ， 当然，你可以想象，即使面团真的很大，在她之中也有一些点也就是几何中心。但这个定义并不是很有用。由于面团代表了我们生活的空间，我们无法看到面团的“外部”，没办法了解面团的整个形状并找出找到它的中心。所以，如果你被困在面团内，除了面团以外你看不到任何东西，你如果离面团的“边缘”非常远，你看不到它，它也不会影响到你，那么注意到你所处位置，和实际在整个面团的几何中心点的话，有什么区别呢？答案是没有区别，绝对没有区别。“宇宙中心”失去了所有意义，所以我们甚至都没有想到它。
事实上，我们可以再进一步想象，中心根本就不存在！怎么样？好吧，如果面团不止是很大很大，而是无限大的 ，你可以永远走在一条直线上，永不走不到头。在这种情况下，真的没有宇宙的中心。可以定义中心的唯一方法是标记它的边缘，找到边缘的中点。因此，如果宇宙是无限大的而且没有边缘，那么它也没有中心，也没有理论层面。
宇宙膨胀到哪儿？



最后，我们可以回到最初的问题。在我们对宇宙的旧画面中，虽然不尽人意，但答案很简单。构成宇宙的星系集合正在穿越太空; 因此，宇宙正在扩展到包含自己在内的更大的空间；在我们的新画面中，星系只是遍布在一个面团的葡萄干们 - 它们的存在与宇宙膨胀的问题在很大程度上无关。我们真正关心的是面团，以及它是否有边缘。
如果面团确实有一个边界，那么问面团扩展到“边界”之外的界限这个问题是非常合理的。但对于我们的宇宙来说，这是一个非常复杂的问题！面团的边缘代表了空间的“边界”。讲道理，我们存在于空间内，无法离开它！因此，我们没有方法可以观察或测量在我们之外的东西，除非它会影响到我们目前不了解的方面。其实，想象去空间的“终点”这个想法真的很奇怪。你能举个例子，它会是什么样子吗？这些是我们无法给出科学答案的问题，所以简单的答案就是我们不知道！我们所知道的是基于我们目前对理论宇宙学的理解，宇宙没有边界。它要么是无限的，要么以某种方式包住自己的周围的空间。根据观察，似乎宇宙的确有边界，我们知道边界离我们太远，以至于我们目前根本看不到它，它对我们也没有任何影响。

哈勃的另一张影像，显示婴儿星系形成的附近，这意味着在宇宙学的时间尺度上经常发生。这显示宇宙中新星系的形成仍在发生。
如果宇宙真的是无限的，那么最开始问题的答案就是宇宙不会有任何膨胀。无限大这个问题很复杂，但可以通过一个简单数学类比。想象一下，你有一组数字：1,2,3…一直到无穷大。然后你将这组中每个数字乘以2，这样你现在有2,4,6..一直到无穷大。列表中相邻数字之间的距离已经“拉伸”（现在是2而不是1），但是你能说所有数字的总范围已经“膨胀”了吗？开始数字到无穷大，和变化后的数字也是到无穷大。可以说总大小是不变的！如果这些数字代表无限宇宙中星系之间的距离，这是一个非常好的类比，为什么宇宙即使是在“拉伸”，却不一定会“膨胀”。

最后，我应该指出，宇宙中的所有东西都不会像遥远星系之间的空间那样“拉伸”或“扩展”。例如，你和我没有膨胀，地球没有膨胀，太阳没有膨胀，甚至整个银河系也没有膨胀。这是因为在这些相对较小的尺度上，宇宙伸展力被其他力量所影响（即星系的引力，太阳的引力，地球的引力以及将人体固定在一起的原子力）。只有当我们在宇宙中看到足够远的距离时，宇宙伸展才会在局部引力和其他力量的影响之上变得明显，这些力量往往会将事物结合在一起。（就像我在上文举的“卷尺”的例子，你放在口袋里的卷尺不会拉伸，而两个星系之间的卷尺确实会拉长，希望能更好的帮你理解这一部分。）
参考资料



1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. Dave Rothstein- curious.astro.cornell
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本文选自：今日头条

YYYLLLYYY888

人类现在就自己怎么来的都没有研究清楚，还宇宙？？

lcd7171

可否理解为，上帝放了一颗爆竹，爆竹爆炸，爆炸持续的过程很短很短，但对人类来说，持续了上万亿年（对上帝来说也就是一瞬间），爆竹的爆炸产生了宇宙，爆炸的火星就是各个星系，每个火星更是由无数个小小小小火星组成，这些小小小小小火星就是恒星，小小小小小火星里有很多很多很多很多很多的尘埃，其中一粒尘埃就是我们的地球。爆炸后空气急剧周围扩散，产生了很多很多的真空，这些真空就是黑洞。宇宙外也许还有无数个上帝，而某个上帝再放个爆竹就会再产生另外一个宇宙。至于那些无数个上帝的生存载体是什么，恐怕就是上帝的上帝才能解释了。我不信仰上帝，我只是打个比方，在宏观世界里，人类也许就是尘埃里的一个细菌。这是宏观世界。
反过来说微观世界。我今天放了一个爆竹，爆竹爆炸，产生了无数的火星，火星里有更多的小小小小小火星，每个小小小小小火星里含有上亿粒泥土碎屑，每粒泥土碎屑上N有个细菌，其中有的细菌在想：我们外面的世界是什么？

lgy_103

一句话解释，宇宙是时间与空间的无限延伸

akmpswv

就问你宇宙外面是什么？外面还有多大？