上個世紀(jì)最具革命性的發(fā)現(xiàn)之一是，宇宙并非永遠(yuǎn)靜止不變，而是在不斷膨脹。大約138億年前，在炙熱大爆炸的最初階段，我們可觀測的宇宙可能只有一個足球那么小。到今天，它向四面八方延伸超過460億光年。如果宇宙在膨脹，那么人類是否會跟著膨脹？

這是一個深刻的問題，它的答案可能不是你所期望的。

當(dāng)愛因斯坦第一次提出他的相對論時，它永遠(yuǎn)地改變了我們對空間和時間的看法。空間不像三維網(wǎng)格那樣是固定的，時間也不是一個持續(xù)流動的實(shí)體。相反，我們體驗(yàn)空間和時間是相對的：你在空間中的運(yùn)動影響你在時間中的運(yùn)動，反之亦然。

這是狹義相對論的核心思想，它使我們拋棄了“絕對空間”和“絕對時間”的舊觀念，取而代之的是時空概念。無論觀察者處于靜止還是處于運(yùn)動狀態(tài)，狹義相對論都能完美地發(fā)揮作用，它代表了理解宇宙的巨大飛躍，超越了牛頓最初的運(yùn)動定律。

但狹義相對論卻不包括引力。愛因斯坦花了十多年時間才把引力納入其中，把我們從狹義相對論帶入廣義相對論。與狹義相對論中的平坦時空不同，物質(zhì)和能量的存在使得時空成為動態(tài)實(shí)體。宇宙不再是靜態(tài)的，它可以膨脹或收縮，這取決于其中的物質(zhì)。物質(zhì)和能量告訴時空如何彎曲，彎曲的時空又決定了物質(zhì)和能量如何運(yùn)動。

愛因斯坦的理論于100多年前首次提出，經(jīng)過了一系列大量的實(shí)驗(yàn)和觀察，得到了驗(yàn)證。廣義相對論不僅適用于我們的太陽系，還適用于星系、星系團(tuán)，甚至適用于整個宇宙本身。

從愛因斯坦的方程中，我們可以知道宇宙不能保持靜止?fàn)顟B(tài)。1922年，亞歷山大·弗里德曼證明了這一點(diǎn)，他從愛因斯坦的理論中推導(dǎo)出弗里德曼方程，這是一個支配宇宙膨脹的方程。

就在第二年，埃德溫·哈勃測量了到仙女座的距離，確定了這個“螺旋星云”實(shí)際上遠(yuǎn)在銀河系之外。隨后，他測量了大量星系的距離，同時獨(dú)立地獲得了來自它們的光的測量值。他發(fā)現(xiàn)，星系越遠(yuǎn)，發(fā)出的光就越紅。宇宙本身正在膨脹，而這種膨脹是觀察到的來自遙遠(yuǎn)地方的光的紅移的原因。

根據(jù)我們的測量，宇宙的膨脹速率(目前仍有爭議)大約是70公里/秒/Mpc，這意味著每隔一百萬秒差距，我們就會看到一個星系以70公里/秒的速度后退。一百萬秒差距大約相當(dāng)于330萬光年，如果我們把它縮小到12700公里的地球大小，我們預(yù)計地球會以每秒0.1毫米的速度膨脹。

但是，我們的詳細(xì)測量表明，至少在地球上，物體不會膨脹。LIGO引力波探測器對小于質(zhì)子寬度0.1%的距離變化很敏感。量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)可以測量原子的性質(zhì)，精確到十億分之一，而且可以比較幾十年甚至一個世紀(jì)的精確測量結(jié)果。最后的結(jié)果是，地球和它上面的原子都不會發(fā)生膨脹。

與宇宙膨脹相反的是引力，它能使系統(tǒng)產(chǎn)生聚攏。對于任何約束系統(tǒng)，引力所產(chǎn)生的動力比膨脹的宇宙所能產(chǎn)生的動力更大。你會經(jīng)常聽到物理學(xué)家說：只有邊界物體之間的空間才會膨脹，對于被束縛的物體本身，起作用的力壓倒了宇宙的動力學(xué)，因此膨脹被克服了。