编者按：宇宙在扩张是一个公认的事实，但既然这样为什么我们离太阳的距离还是那么远？为什么银河系行星之间的相对距离也没有变？本文将从宏观和微观两个维度娓娓道来。本文译自 MEDIUM 中作者 Ethan Siegel 原标题为 “Ask Ethan: If the Universe is expanding, why aren’t we?” 的文章。

　　20 世纪最伟大的科学发现之一莫过于宇宙膨胀说：遥远的星系比近处的星辰更快地离我们远去，就好像宇宙本身被拉长放大。从宏观意义上讲，几千万年前起，宇宙中物质和能量的浓度就一直在稀释，并一直持续着这种势头。如果我们能看向足够远的地方就会发现，遥远的星辰仿佛被洪荒之力裹挟，以非常快的速度被越推越远，以至于甚至光速都无法追赶到它们。但这之中难道没有悖论吗 —— Kent Hudson 恰恰在思考这个问题：

　　如果宇宙以超光速在扩张，为什么太阳系中的距离并未发生变化，我们离太阳的距离还是那么远？为什么银河系的行星之间的相对距离也没有变化？

　　Kent 的预感是正确的，这些距离的确没有变化，那么宇宙到底是什么在扩张呢？

　　当牛顿第一个感受到宇宙时，他将其勾勒成一张网状结构，即一个绝对固定的，充满各种混乱物质的实体，在其中各个实体依靠重力相互吸引。但爱因斯坦又发现，这张大网并不是固定的，也不是绝对的，它像布一样拥有褶皱和沟渠，可以被弯曲成其他形状，并随着时间的流逝，其中的物质和能量也在不断进化中。这些物质和能量反过来又决定着这块“布料”扩展成怎样的形状。

　　但如果时空中只有些混乱的物质，它们最终免不了会陨落形成黑洞，产生宇宙大爆炸。显然爱因斯坦并不喜欢这个画面,所以他以宇宙常数的形式增加了一个“固定项”（该能量可以穿越真空区）。一旦有了这额外的一项，所有宇宙中的混乱物质就能够被制服，将宇宙回归稳态，减少重力性的陨落带来的冲击。添加了这一特征后，爱因斯坦就可以将宇宙视为永远处于稳定状态了。

　　但也不是所有人都真心觉得宇宙需要稳定。第一个具体阐述该问题的人是一个叫 Alexander Friedmann的物理学家，他证明了如果你不添加所谓“固定项”，又同时认可宇宙中充满了诸如辐射、流体等动态物质的话，那最终只有两种结果——其一，宇宙在压缩；其二，宇宙在扩张。

　　数学可能能帮我们找出解决方法，但总要立足于具体的宇宙物理形态中才能得出实打实的结论。19 世纪 20 年代， Edwin Hubble 第一个发现了测量其他星系中的行星的方法，通过融合 Vesto Slipher 研究出的证明物体原子特征发生变化的方法， Hubble 得出了惊人的结论：不是所有的相对论都是错的，我们处在宇宙中心，一切都在对称运动中远离我们。或许相对论是对的，Friedmann 也没错，离银河系越远那些星球就消失得越快 —— 此论调一举将宇宙膨胀说从一个想法变成了主导思想。

　　宇宙扩张的形式仿佛有点反直觉，看起来是宇宙平面本身在不断拉伸中，其中物体间的距离被越拉越远。如果一物离另一物越远，其间的“拉伸”就越多，因此它们间的相互远离越快。假使宇宙中的物质均匀分布，则它们的密度会越来越小。

　　但宇宙中并不是均匀分布的，其中有超密区（如星辰分布区），也有稀疏区，之所以会产生这种情况就说明不只是宇宙膨胀在起作用，还有其他作用力也分布其间。微观上，在动物大小的层面，电磁和核力量占主导地位；宏观上，如行星，太阳系和星系中，引力占主导地位。

　　从极为宏观的角度来讲，宇宙的确在膨胀，但别忘了，还是存在微观环境的，在某些环境中膨胀这一力量也许已经被其他力消解了。如处女座集群本身依然受到引力约束；银河系和所有本地的星系团也依然保持在一起，并最终在自己的引力下合并；地球将继续以相同的距离绕太阳运行，地球本身也会保持相同的大小，并且构成其上的所有原子不会扩大。为什么会这样？因为宇宙的膨胀只有在另一种力量：无论是引力、电磁还是核，都没有克服它的时候才会产生影响。如果一些力量能够成功地把一个物体捆绑在一起，即使是不断膨胀的宇宙也无可奈何。

　　所以解释这件事的原因很微妙。宇宙扩张与其说是一种力量，倒不如说是一种速度。 空间在各个层面虽在不断扩大，但其影响是循序渐进的。 在任何两点之间空间都会有一定的扩张速度，但如果这个速度小于两物体间的逃逸速度（如果有力量约束它们），二者间的距离就不会增加。 如果距离没有增加，那么扩张力就没有影响。所以在一个不断膨胀的宇宙中，稳定的，受约束的物体可以永恒地存活下来。 正如物理学家理查德·普赖斯（Richard Price）曾经说过的那样：“你的腰围可能会扩散，但你不能把它归咎于宇宙的膨胀。”

　　只要宇宙的属性可知，这就永远会是事实。虽然暗能量可能存在并导致遥远的星系加速远离我们，但是扩展到固定距离的效应并不会增加。只有在宇宙大爆炸的情况下，这个结论才会改变。