膨胀的空间结构意味着星系离我们越远，其远离我们的速度就越快。 　　地球邻近的时空受太阳和其它天体引力影响而发生弯曲，它是构成可观测宇宙较大区域的一部分，在这个体积范围内，空间结构出现膨胀。 我们并未观测到空间的真实结构，仅是宇宙物质和辐射。 图中顶部是宇宙物质，中部是放射线，底部是宇宙膨胀过程中不断变化的宇宙常数。 　　图中是室女座超星系团中各种星系群聚集在一起，在较大范围内，宇宙是均匀的，但是当你观察星系或者星团时，超密度和低密度的区域占据主导，而宇宙则显得非常不均匀。

　　新浪科技讯 北京时间8月2日消息，据国外媒体报道，自上世纪30年代，科学家就知道宇宙开始膨胀，但是我们是否也随之一起膨胀，这是科学家经常提及的问题。通常人们的自我意识会认为宇宙不会膨胀，而是宇宙任何事物逐渐收缩，我们如何区分其间的差异性呢？

　　如果宇宙处于膨胀之中，那么我们是否也会膨胀呢？目前，专门研究量子引力和高能物理的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）撰文对这一观点进行深入分析。他指出，采用数学方法或许是最佳解答方案，但是该问题很难通过一系列方程式进行解答，因此这是一个概念性问题。

　　萨宾指出，理解宇宙膨胀的第一条线索是空间-时间广义相对论，而不是空间广义相对论，正如1908年科学家赫尔曼·明科夫斯基（Herman Minkowski）所说的：“从今以后，空间就是空间，时间就是时间，只有两者保持一个独立现实体，否则它们将在阴影中逐渐消失。”

　　第二条线索是必须从科学测量角度进行解答，至少原则上是这样的。我们无法观测空间，也无法观测空间-时间之间的关系，我们仅能观察空间-时间如何影响物质和辐射，我们通过探测器能够进行测量。

　　第三条线索是广义相对论中的“相对性”，这意味着每位观测者可以选择自己所描述的空间-时间关系，虽然每个观察者的计算结果都不相同，但他们会得出相同的结论。

　　基于以上三条重要线索，将使我们更深入地洞悉宇宙膨胀状况。宇宙学家采用“弗里德曼·罗伯森·沃克模型（该模型以发明者命名）”描述宇宙，基本假设是空间充满物质和辐射，它们在每个区域和方向都具有相同密度。正如术语所描述的，它具有均匀和等向性，这种假设被称为“宇宙原理”。

　　虽然该宇宙理论最初仅是一个貌似真实的假设，同时也获得了证据支持。在大比例尺度上，物质确实分布在宇宙每个区域。但很明显的是，在较短距离范围，例如：银河系内部，银河系是一个盘状结构，多数质量聚集在中心隆起部分，这些物质质量并非均匀分布。因此“弗里德曼·罗伯森·沃克模型”并不适用描述此类星系。

　　这是一个关键点，如果忽视它，将会混淆宇宙膨胀的起源论，描述宇宙膨胀的广义相对论方案可以解释爱因斯坦方程式，但它仅适用于较大的宇宙空间。但是描述星系的方法是不同的，一种方法认为宇宙不会膨胀，宇宙并非不知不觉地膨胀，而是根本不会膨胀。完整描述宇宙膨胀的解决方案是——在非膨胀星系之间膨胀空间。目前基于其数学复杂性，该解决方案仅是通过计算机模拟获得的结果。

　　你可能会问，达到怎样的距离会出现宇宙膨胀？当宇宙平均体积非常大，物质的自吸引引力弱于膨胀牵引力，对于原子核，宇宙平均体积越大，其平均密度就越小；但是只有超越了星系簇等级的范围，才会出现膨胀。在非常短的距离，当核作用力和电磁作用力并未中立时，它们也会对引力牵引产生作用，这样可以安全保护原子和分子，不会被宇宙膨胀撕碎。

　　但事实是这样的，我所讲的都依赖于一种“自然方法”，能够分割空间成为空间-时间。宇宙微波背景辐射（CMB）将帮助我们实现，分割空间和时间的方法仅有一个，宇宙微波背景辐射在所有方向上都保持相同性。分割之后，研究人员仍能采集到时间标签，但是分割已完成。

　　打破科学家赫尔曼·明科夫斯基所提及空间和时间统一性的方法是一种“空间切片法”，的确，这非常像切面包片，每一个切片都间隔一定的时间。科学家有许多方法切片面包片，也会有更多的方法切割空间-时间，依据霍森菲尔德所提及的第三条线索，这种情况是完全被允许的。

　　霍森菲尔德指出，物理学家选择切片法的理由通常是通过巧妙地“切片”，能够使计算很大程度地简单化，但是如果你真的坚持，一些“宇宙切片”将证实空间不发生膨胀。然而，这些切片会变得非常棘手：很难对它们进行解释，并做出计算。对于这样的切片，例如：随着时间的推移将你推至太空，这完全不是凭直觉完成的。

　　事实上，你可以在地球周围的空间-时间范围内完成，你可以分割空间-时间，从而使人类周围的空间保持平坦，尽管如此，这种分割很难实现，并且没有任何意义。这种情况下存在第二条线索的关联性，我们真的不必讨论空间如何开始，正如你坚持宇宙不会膨胀的空间定义，但是你可以想像，将定义的空间想像为一座城市，例如：美国布鲁克林市，它发生膨胀。假设一个街道长1英里，第二天膨胀会使街道变成2英里，下个星期这个街道会变成10英里，以此类推，很明显这种假设很愚蠢，是没有意义的。

　　但是目前研究人员可以借助测量手段，例如：在一个固定高度，在两个街道末端进行激光束反射测距，或者使用原子钟测量两次激光束反弹之间的时间间隔。你将发现时间间隔总是相同的。

　　原子钟依赖于恒定不变的原子跃迁频率，与重心引力相比，原子内部的引力可以完全忽略不计，它比重心引力低大约40个数量级，固定在一定高度可避免地球引力所造成的引力红移。不管研究人员使用哪个坐标，总能发现相同和清晰的测量结果：激光反弹的时间间隔是相同的。

　　在宇宙学中，这将有助于弄清我们所测量的事物，我们不测量星系之间的空间大小，那我们怎么做呢？我们测量了遥远星系的光线，结果表明它们存在有条不紊的红移。一个简单的方法可以描述这一过程，使用空间-时间分割可使计算和解释变得更加简单，有用于描述星系之间膨胀的空间。

　　因此，这个答案非常简单：随着宇宙膨胀，宇宙中任何束缚物质都不会发生膨胀。来自遥远星系的光线朝向红端移动，意味着那些遥远星系逐渐远离我们地球。如果我们使用空间-时间分割法，宇宙物质仍保持静止状态，之后宇宙物质密度减少，这可以不援引广义相对论进行解释。（叶倾城）