摘要：这可能感觉像是脑筋急转弯，但宇宙被认为是宇宙中的一切。在膨胀的宇宙中，没有锅。只是面团。即使有一个平底锅，它也是宇宙的一部分，因此它会随着平底锅而膨胀。

宇宙在不断膨胀，但科学家们如何看待它膨胀成什么？

宇宙中到处都是恒星、星系和行星——它每天都在膨胀。 （图片来源：ESA/Webb、NASA & CSA、A. Adamo（斯德哥尔摩大学）和 FEAST JWST 团队））

宇宙的膨胀在某些方面是相似的。但这个类比搞错了一件事——当面团膨胀到烤盘中时，宇宙没有任何东西可以膨胀。它只是扩展到自己。

这可能感觉像是脑筋急转弯，但宇宙被认为是宇宙中的一切。在膨胀的宇宙中，没有锅。只是面团。即使有一个平底锅，它也是宇宙的一部分，因此它会随着平底锅而膨胀。

即使对于我这个研究宇宙多年的物理学和天文学教学教授来说，这些想法也很难理解。你在日常生活中不会经历这样的事情。这就像问北极以北更远的方向是什么。

另一种思考宇宙膨胀的方法是思考其他星系是如何从我们的银河系中移开的。科学家们知道宇宙正在膨胀，因为他们可以在其他星系远离我们的星系时追踪它们。他们使用其他星系远离我们的速度来定义膨胀。这个定义允许他们想象扩展，而不需要扩展到什么。

宇宙像烤松饼一样膨胀。空间中的物体距离更远，它们之间的空间更大。（图片来源：芝加哥大学创意公司）

宇宙始于 138 亿年前的大爆炸。大爆炸将宇宙的起源描述为一个极其密集、热的奇点。这个小点突然经历了一个叫做膨胀的快速膨胀，宇宙中的每个地方都向外膨胀。但 Big Bang 这个名字具有误导性。顾名思义，那并不是一次巨大的爆炸，而是宇宙迅速膨胀的时期。

然后宇宙迅速凝结和冷却，它开始制造物质和光。最终，它演变成我们今天所知道的宇宙。

我们的宇宙不是静态的，可以膨胀或收缩的观点是由物理学家亚历山大·弗里德曼 （Alexander Friedman） 于 1922 年首次发表的。他用数学证实了宇宙正在膨胀。

虽然弗里德曼证明了宇宙正在膨胀，至少在某些地方是这样，但埃德温·哈勃 （Edwin Hubble） 更深入地研究了膨胀率。许多其他科学家证实，其他星系正在远离银河系，但在 1929 年，哈勃发表了他的著名论文，证实了整个宇宙都在膨胀，而且膨胀的速度正在增加。

这一发现继续困扰着天体物理学家。什么现象可以让宇宙克服引力，使其保持在一起，同时又通过将宇宙中的物体拉开来膨胀？最重要的是，它的扩张速度随着时间的推移而加快。

许多科学家使用一种称为膨胀漏斗的视觉效果来描述自宇宙大爆炸以来宇宙膨胀是如何加速的。想象一个宽边的深漏斗。漏斗的左侧 — 窄端 — 代表宇宙的开始。当您向右移动时，您正在时间上向前移动。圆锥体扩大代表宇宙的膨胀。

膨胀漏斗直观地显示了宇宙的膨胀速率如何随着时间的推移而增加。漏斗的左侧是大爆炸，从那时起，宇宙以越来越快的速度膨胀。（图片来源：NASA）

科学家们还无法直接测量导致这种加速膨胀的能量来自哪里。他们无法检测到或测量它。因为他们看不到或直接测量这种类型的能量，所以他们称之为暗能量。

根据研究人员的模型，暗能量一定是宇宙中最常见的能量形式，约占宇宙总能量的 68%。构成地球、太阳和我们能看到的一切的日常物质的能量仅占所有能量的 5% 左右。

暗物质和暗能量构成了宇宙的大部分。（图片来源：Green Bank Observatory， CC BY-NC-ND)

那么，扩张漏斗之外是什么呢？

科学家们没有证据表明我们已知的宇宙之外有任何事物。然而，有些人预测可能会有多个宇宙。一个包含多个宇宙的模型可以解决科学家在当前宇宙模型中遇到的一些问题。

我们当前物理学的一个主要问题是，研究人员无法将量子力学（描述物理学如何在非常小的尺度上工作）与引力（支配大规模物理学）结合起来。

物质在小尺度上的行为规则取决于概率和量子化或固定的能量。在此比例下，对象可以出现和弹出。物质可以表现为波。量子世界与我们看待世界的方式非常不同。

在大尺度上，物理学家称之为经典力学，物体的行为符合我们期望的日常行为。对象未被量化，可以具有连续的能量。对象不会突然出现和消失。

量子世界的行为有点像电灯开关，其中能量只有一个开关选项。我们看到并与之交互的世界就像一个调光开关，允许所有级别的能量。

但是，当研究人员试图在量子水平上研究引力时，他们遇到了问题。在小尺度上，物理学家不得不假设引力是量子化的。但他们中的许多人进行的研究并不支持这种观点。

让这些理论一起工作的一种方法是多元宇宙理论。有许多理论超越了我们当前的宇宙来解释引力和量子世界是如何协同工作的。一些领先的理论包括弦理论、布兰恩宇宙学、环量子理论等。

无论如何，宇宙将继续膨胀，银河系和大多数其他星系之间的距离会随着时间的推移而变长。

来源：老孙的科学讲堂