問：“我對科學書中關于宇宙膨脹有些不理解。我看過的每一本科學書中都把宇宙定義為“一切”，如果宇宙膨脹，那它會膨脹到什么地步呢？它會膨脹到“更大的宇宙嗎”。我不理解的是，紅色光譜表明物體在離我們遠去，但這是移動，不是膨脹對吧？如果你能幫我理解這一點，我會非常感激你的，謝謝你的寶貴時間。”
答：這是一個非常好的問題，要給出一個滿意的答案可不容易！我第一次嘗試著去回答這個問題之后，很多人依舊不理解，給我們發來了后續的問題，所以我決定再回答一下。這一次的回答會更全面。問題的解釋在下文。但是，如果你只想要一個簡單的答案的話，我會告訴你，如果宇宙是無限大的，那么答案非常簡單——它不會擴展到任何地方。
相反的，在宇宙中，正在發生的是每一對星系之前的每個距離，都正在被“拉伸”，但宇宙的總體大小，從開始時的無限大，隨著時間的推移繼續保持無限大，所以宇宙的大小是不會改變的，因此它不會膨脹到任何地方。另一方面，如果宇宙有“有限的大小”，那么說宇宙正在擴展到“宇宙之外”的東西可能是合理的。然而，因為根據定義，我們被困在構成我們宇宙的空間內，并且無法觀察它外面的東西，這不再是一個可以非常科學地回答的問題。所以，如果有的話，我們的確不知道宇宙正膨脹到哪兒。
現在，對于那些想要更全面討論的人：
首先，讓我從“膨脹”說起，“膨脹”并不是描述宇宙正在發生的事情的最佳詞，雖然我們經常使用這個詞。我認為這個詞選擇導致了很多不必要的混淆已經是一個難題！宇宙正在做的更準確的詞可能是“伸展”。
至少對我來說，“膨脹”和“拉伸”之間的區別在于，“正膨脹的宇宙”讓人想起一個圖像，其中有一些星系漂浮在太空中，所有星系都從某個中心點開始，以非常快的速度遠離那一點。因此，星系的集合（我們稱之為“宇宙”）正在擴大，所以我們提出會提出“宇宙在膨脹到什么地步”這樣的問題也是非常正常的。
然而，現在的宇宙理論告訴我們，這不是我們應該想到的畫面。相反，星系在某種意義上是靜止的 – 它們不像球在空中移動那樣穿過太空。星系們只是在那里。然而，隨著時間的推移，星系們之間的空間正在“伸展”，這就像你拿一塊橡膠拉它的兩側時會發生的樣子一樣。雖然星系根本沒有穿過太空，但隨著時間的推移它們會相互遠離，因為它們之間的空間已經被拉伸了。
當然，在日常生活中，并不認為空間是能夠伸展的東西。對我們來說，空間似乎就像存在的東西，所有東西存在在宇宙中。但根據愛因斯坦的廣義相對論，空間并不像我們的常識告訴我們的那么簡單。如果我們想要了解宇宙運作的實際方式，我們需要找到一些方法將愛因斯坦的思想融入我們的心理圖像，并將空間想象成一個更復雜的實體，能夠做“彎曲”和“伸展”之類的事情。
為了幫助我們想象這一點，很多人提出了宇宙的類比，把空間更具體化。舉個例子，我上文提到了一張橡膠（或有時是氣球）的類比。不過，我最喜歡的比喻是將宇宙想象成一塊巨大的面團。面團中嵌入了很多葡萄干，到處都有。面團代表空間，葡萄干代表星系。（據我所知，這個類比最初是由馬丁·加德納在他1962年出版的“Relativity for the Million”一書中提出的。）我們不知道面團在這一點上有多大 – 我們所知道的是它非常大，然后我們坐在里面的某個葡萄干上，離“邊緣”很遠，“邊緣”不可能對我們或我們看到的東西有什么影響。
現在，有人將面團放入烤箱，它開始膨脹。葡萄干們彼此分開，但相對于面團，葡萄干是沒有移動的 – 在葡萄干附近從一開始就面團顆粒挨著葡萄干的面包顆粒依舊是相同的。這就是我的意思，當我說宇宙膨脹時星系并沒有真正穿過太空——在這里，葡萄干沒有穿過面團，但葡萄干之間的距離仍然越來越大。
我想讓你想象一張宇宙的新畫面，實際上，與舊的圖片有很大的不同，在舊畫面中，星系都在遠離中心的某個點。我們在舊畫面中看起來很簡單的許多概念和定義現在要復雜得多。例如：
兩個星系之間的距離是多少？
在舊畫面中，理論上這是一個容易回答的問題（雖然不一定在實踐中！）。只需給自己一個巨大的卷尺并把它固定到一個遙遠的星系，然后回到我們的銀河系并緊緊抓住。當星系移動時，它將拉動卷尺，當卷尺松開時，你就能夠很輕松地讀取距離……十億光年，一億五十億光年，二十億光等等。
然而，在我們對宇宙的新畫面中，隨著葡萄干和面團的出現，隨著宇宙膨脹，卷尺根本不會放松，因為星系實際上并沒有相互移動！相反，它將在整個時間內讀取10億光年。你可以毫無理由地說，星系之間的距離并沒有隨著時間的推移而改變。然而，當你把卷尺帶回來時，你會注意到一些不一樣的東西; 由于宇宙空間的拉伸，你的卷尺也會拉伸，如果你將它與你整個時間放在口袋里的相同卷尺相比較，你會發現它上面的所有刻度是之前刻度的兩倍遠。用口袋里的卷尺作為參考，你現在可以說這個星系距離我們20億光年遠，即使第一個卷尺說它距離我們還有10億光年。
正如你所看到的，這張宇宙新圖景中的“距離”的概念比舊畫面中的復雜程度要復雜一些！目前尚不清楚整個宇宙是否真正在“膨脹” ，我們真正測量的是每對星系之間的空間拉伸。（注意的是，我們可能必須有一把“假想的”卷尺，其原子實際上并沒有被分子間力量保持在一起，以便上述場景實際上按照描述進行。）在這張宇宙的新畫面中，比舊畫面更復雜！目前尚不清楚整個宇宙是否真正“膨脹” – 我們真正測量的是每對星系之間的空間拉伸。（注意，我們可能必須有一個“假想的”卷尺，卷尺的原子間沒有作用力，以保證上述情景能夠發生。）
（順便說一句，這個卷尺的類比與于光實際在星系之間傳播時非常相似。當光從一個星系發出并穿過太空進入另一個星系時，在它穿越太空的過程中它也將被拉長，使其具有更長的波長，從而使其顏色更加朝向光譜的紅端。這使我們在看遙遠的星系時會看到紅移光，并且根據這些紅移的測量結果，我們估測到我們到這些星系的距離。）
宇宙的中心在哪里？
在那張舊畫面中，我們很容易知道哪里是宇宙的中心 – 就是那個所有星系都在遠離的那一個點。然而，在新的圖片中，這些并不是那么清晰。要牢記于心的一點是，星系實際上并沒有彼此遠離 ，它們“坐著不動”！讓我們回到面團那個比喻 ， 當然，你可以想象，即使面團真的很大，在她之中也有一些點也就是幾何中心。但這個定義并不是很有用。由于面團代表了我們生活的空間，我們無法看到面團的“外部”，沒辦法了解面團的整個形狀并找出找到它的中心。所以，如果你被困在面團內，除了面團以外你看不到任何東西，你如果離面團的“邊緣”非常遠，你看不到它，它也不會影響到你，那么注意到你所處位置，和實際在整個面團的幾何中心點的話，有什么區別呢？答案是沒有區別，絕對沒有區別。“宇宙中心”失去了所有意義，所以我們甚至都沒有想到它。
事實上，我們可以再進一步想象，中心根本就不存在！怎么樣？好吧，如果面團不止是很大很大，而是無限大的 ，你可以永遠走在一條直線上，永不走不到頭。在這種情況下，真的沒有宇宙的中心。可以定義中心的唯一方法是標記它的邊緣，找到邊緣的中點。因此，如果宇宙是無限大的而且沒有邊緣，那么它也沒有中心，也沒有理論層面。
宇宙膨脹到哪兒？
最后，我們可以回到最初的問題。在我們對宇宙的舊畫面中，雖然不盡人意，但答案很簡單。構成宇宙的星系集合正在穿越太空; 因此，宇宙正在擴展到包含自己在內的更大的空間；在我們的新畫面中，星系只是遍布在一個面團的葡萄干們 – 它們的存在與宇宙膨脹的問題在很大程度上無關。我們真正關心的是面團，以及它是否有邊緣。
如果面團確實有一個邊界，那么問面團擴展到“邊界”之外的界限這個問題是非常合理的。但對于我們的宇宙來說，這是一個非常復雜的問題！面團的邊緣代表了空間的“邊界”。講道理，我們存在于空間內，無法離開它！因此，我們沒有方法可以觀察或測量在我們之外的東西，除非它會影響到我們目前不了解的方面。其實，想象去空間的“終點”這個想法真的很奇怪。你能舉個例子，它會是什么樣子嗎？這些是我們無法給出科學答案的問題，所以簡單的答案就是我們不知道！我們所知道的是基于我們目前對理論宇宙學的理解，宇宙沒有邊界。它要么是無限的，要么以某種方式包住自己的周圍的空間。根據觀察，似乎宇宙的確有邊界，我們知道邊界離我們太遠，以至于我們目前根本看不到它，它對我們也沒有任何影響。
哈勃的另一張影像，顯示嬰兒星系形成的附近，這意味著在宇宙學的時間尺度上經常發生。這顯示宇宙中新星系的形成仍在發生。
如果宇宙真的是無限的，那么最開始問題的答案就是宇宙不會有任何膨脹。無限大這個問題很復雜，但可以通過一個簡單數學類比。想象一下，你有一組數字：1,2,3…一直到無窮大。然后你將這組中每個數字乘以2，這樣你現在有2,4,6..一直到無窮大。列表中相鄰數字之間的距離已經“拉伸”（現在是2而不是1），但是你能說所有數字的總范圍已經“膨脹”了嗎？開始數字到無窮大，和變化后的數字也是到無窮大。可以說總大小是不變的！如果這些數字代表無限宇宙中星系之間的距離，這是一個非常好的類比，為什么宇宙即使是在“拉伸”，卻不一定會“膨脹”。
最后，我應該指出，宇宙中的所有東西都不會像遙遠星系之間的空間那樣“拉伸”或“擴展”。例如，你和我沒有膨脹，地球沒有膨脹，太陽沒有膨脹，甚至整個銀河系也沒有膨脹。這是因為在這些相對較小的尺度上，宇宙伸展力被其他力量所影響（即星系的引力，太陽的引力，地球的引力以及將人體固定在一起的原子力）。只有當我們在宇宙中看到足夠遠的距離時，宇宙伸展才會在局部引力和其他力量的影響之上變得明顯，這些力量往往會將事物結合在一起。（就像我在上文舉的“卷尺”的例子，你放在口袋里的卷尺不會拉伸，而兩個星系之間的卷尺確實會拉長，希望能更好的幫你理解這一部分。）
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. Dave Rothstein- curious.astro.cornell
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