如果宇宙在膨胀，为什么我总是找不到停车位？|宇宙|引力|恒星|星系|爱因斯坦|相对论|膨胀

在加州大学圣克鲁斯分校，我的一位教授同事有件特别的 T 恤，上面印着一个既搞怪又深刻的问题：“如果宇宙在膨胀，为什么我总是找不到停车位？”这个问题的答案凸显了宇宙膨胀的另一个关键方面：引力抵消了空间的膨胀。

▲图1 很难找到停车位的停车场。

根据广义相对论，质量会使时空弯曲，将物体拉向彼此。对于我们所处的三维空间，可以用二维的橡胶膜来类比想象：放在膜上的物体会造成凹陷，从而将膜上的其他物体吸引过来。在二维的膜上，弯曲发生在看不见的第三维度，而在三维空间中，弯曲发生在看不见的第四维度。但最终的效果是相同的——引力使物体的运动轨迹向质量中心弯曲。

图2描绘了一个星系周围橡皮膜般的时空。远处的时空在膨胀，但是当接近图中央的星系时，星系的质量会抵消宇宙膨胀。因此，每个星系周围都存在一个“束缚区”（坠积区），在这个区域内，它的引力影响使时空收缩成静态的、受束缚的区域。这个区域内的物质不再受膨胀或收缩影响，而是以稳定的方式运行。

▲图2 局部引力对抗宇宙膨胀。星系位于时空的“势阱”内，其引力吸引着周围的物质。与此同时，在非常大的尺度上，宇宙正在膨胀。在这两者之间，存在一个回缩半径，超出此半径的时空在膨胀，而此半径以内的时空在收缩。靠近星系时，会进入引力的束缚区。我们看到的周围所有事物，包括夜空中的星星以及像仙女星系和麦哲伦云这样的近邻星系，都在一个名为“本星系群” 的束缚区内。本星系群脱离了宇宙膨胀的影响，因此不遵循哈勃 - 勒梅特定律。必须前往数百万光年之外，远远超过近邻星系的距离，才能抵达真正的膨胀区。

我们肉眼可见的一切都位于束缚区内。这一切包括地球、太阳系、银河系中的恒星，以及像仙女星系和麦哲伦星云这样的近邻星系，当然也包括我们身体内的原子，甚至是停车位，这些东西都没有因为宇宙膨胀而膨胀。要看到宇宙的膨胀，必须着眼于数百万光年这样宏大的尺度，这就是为什么我们直到 20 世纪初才发现这一点，因为我们需要建造足够强大的望远镜来观测深空。

▲图3加速扩张的宇宙。

如果将哈勃 - 勒梅特定律向外推演，最终退行速度会超过光速，这不是违反了爱因斯坦的相对论吗？该理论将光速规定为宇宙的速度极限。事实证明，两者并不矛盾。相对论中有一些细则经常被忽略：爱因斯坦得出的速度极限只适用于在同一个参考系中相对运动的物体。对遥远的星系而言，它们处于因空间膨胀而远离我们的不同参考系中。因此，非常遥远的星系确实能以超光速退行，而不违反爱因斯坦的“法令”。但问题是，无论观测用的望远镜有多强大，我们都永远无法看到这些以超光速退行的星系（它们也永远无法看到我们），因为它们的光无法到达我们这里。这样的星系位于宇宙视界之外，宇宙视界即从大爆炸以来光有足够时间抵达的最远边界，这个边界定义了人类理论上能观测到的宇宙范围，对应着可观测宇宙的半径。

我们的可观测宇宙有一个中心，就是我们自身！但这并不代表人类是特殊的，因为宇宙中任何位置的观测者对应的可观测宇宙都是以自己为中心的。但是整个宇宙有一个真正的中心吗？目前尚不可知。如果整个宇宙的大小是有限的，那么它确实必须有一个中心，但这个中心可能远在我们的可观测宇宙之外，而且无法确定这个中心是否具备特殊性。因此，把大爆炸想象成发生在一个特定的地点是没有用的——它同时发生在我们整个宇宙的每一个地方。大爆炸不是空间中的一个点，而是时间中的一个时刻。