如果宇宙在擴展，我們也在擴展嗎？

擴大空間的結構意味著，銀河系越遠，它離開我們的速度就越快。毫無疑問，各個相關對象之間的間隔增加了；我們可以衡量的 但是這個空間本身中的相關對象呢？（插圖：美國國家航空航天局（NASA），哥達太空飛行中心）

上個世紀最革命性的發現之一是，宇宙是靜止不變的，而是在積極擴展的事實。大約138億年前，在炎熱的大爆炸的最早階段，我們可觀測的宇宙不超過一個城市街區，或者一個足球的大小。今天，它在各個方向上延伸了超過460億光年。如果宇宙正在膨脹，這對其中的物體意味著什麼？星系正在擴展嗎？恆星，行星，人甚至原子本身如何？

這些問題的答案可能令人驚訝。

儘管我們考慮時空概念時，這取決於特定的「框架」，但過分簡化了空間，因此通常將空間渲染為三維網格。實際上，時空會因物質和能量的存在而發生扭曲，距離不是固定的，而是隨著宇宙的擴張或收縮而發展的。（插圖：REUNMEDIA /故事塊）

當愛因斯坦首次提出相對論時，它永遠改變了我們對時空的理解。空間不是像3D網格那樣固定的，任意兩點之間的距離通常保持一致。同樣，時間不是連續而均勻的現象，您可以依靠它來同步手錶，移動任何地方並確保手錶顯示與其他手錶相同的東西。現在我們將空間和時間視為相對的：空間中的運動會影響時間中的運動，反之亦然。

這是狹義相對論的主要思想，它被迫放棄了``絕對空間''和``絕對時間''的舊思想，取而代之的是時空概念。根據愛因斯坦定律，當您相對於另一個觀察者在太空中移動時，您的時鐘似乎以不同的方式運行。相對論對所有觀察者都非常有用，無論是靜止還是運動，並且代表著從牛頓的原始運動定律理解我們的宇宙的巨大飛躍。

由兩個反射鏡之間的光子反射形成的光鍾將確定任何觀察者的時間。儘管兩位觀察者可能在時間上存在分歧，但他們同意物理學定律和宇宙常數，例如光速。固定的觀察者會看到時間在正常運行，但是在太空中快速移動的觀察者的時鐘要比靜止的觀察者慢。（插圖：JOHN D. NORTON）

但是，這個想法雖然很聰明，卻沒有引力。古老的牛頓引力圖固有地與距離和時間的絕對概念聯繫在一起，與時空的概念不相容。愛因斯坦花了十多年的時間在他的引力世界中找到了位置，使它從特殊理論過渡到廣義相對論：將物質和能量納入方程。

物質和能量的存在代替了狹義相對論的平坦時空，而是使空間和時間成為動態物體。宇宙不再必須是靜態的；它可以擴展或收縮。物質和能量告訴時空如何彎曲，彎曲的時空決定了物質和能量的移動方式。

地球繞太陽的引力運動與看不見的引力無關，但可以通過地球自由落入太陽主導的彎曲空間這一事實來更好地描述。兩點之間的最短距離不是直線，而是測地線：由時空的引力變形定義的曲線。（插圖：LIGO / T. PYLE）

這種關係最早是在100多年前提出的，並已通過大量的實驗和觀察得到了證實，並且所有這些證據都毫無疑問地證實了愛因斯坦的理論。廣義相對論不僅適用於我們在地球和太陽系其他部分上發現的引力，而且適用於覆蓋我們自身的巨大宇宙尺度：星系，星系團，甚至整個宇宙。

最後一部分尤其令人著迷：如果我們採用一個（平均）均勻地充滿物質和/或能量（包括不同形式的物質和/或能量的組合）的宇宙，那麼該宇宙必須膨脹或收縮。它不能保持靜態狀態超過一秒鐘。1922年，亞歷山大·弗裡德曼（Alexander Friedman）通過從愛因斯坦的理論衍生出弗裡德曼方程式（即控制宇宙膨脹的方程式）來證明這一點。

第二年，埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）測量了到仙女座星系的距離，確定了這個「螺旋星雲」實際上是一個獨立的獨立星系，遠遠超出了銀河系。隨後，測量到大量星系的距離，並測量從它們發出的光。幾乎所有地方的科學家都發現了以下內容。

1. 銀河越遠，它的光越紅。
2. 即使距離較遙遠的星系中的恆星平均而言比我們在鄰近星系中看到的恆星更藍，也可以肯定這一點。
3. 對此的解釋與這樣的想法是一致的，即由於宇宙膨脹，與我們自己的銀河中發出的頻率和波長相同的頻率和波長的銀河正在向紅色移動。

諸如「疲倦的光」之類的其他解釋與觀察結果不一致，僅保留了包括不斷擴展的宇宙在內的解釋。綜上所述，這個結論是無法避免的：宇宙本身正在膨脹，並且這種膨脹負責觀察到的從遠處發出的光的紅移。