大爆炸理论是普遍认可的宇宙诞生及演化发展的宇宙理论。在理论中空间和时间与固定量的能量和物质，随着宇宙的扩大越来越密集。最初的暴涨扩张之后，宇宙逐渐冷却，希格斯场随宇宙诞生而随即存在充斥着整个宇宙空间并赋予一切粒子和物体其基本属性——质量，并允许第一批亚原子粒子形成再简单原子。巨大的尘埃云层后合并，通过重力形成星系、恒星、和一切今天你能看到的和未曾看到的。
图片：哈勃深场/NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI) （CC BY-SA 3.0）
根据哈勃定律和众多天文理论及观测证明，宇宙正在膨胀是一个公知的事实，宇宙的诞生并无中心，或者说所有地方都是中心（是不是很矛盾？其实不然、如果觉得矛盾说明你还没有理解）。举个例子：像一个膨胀的葡萄干蛋糕，但无限的葡萄干蛋糕填补所有空间的所有方向。则葡萄干是星系。根据大爆炸理论和空间维度理论我们可以知到：宇宙是有限而无边界的（这样概述或许很多人不能理解、当然你不能理解是正常的、你理解说明你知道的还蛮多）
对一个问题解释的是：如果一切东西（是宏观物体不指微观）大小都是星系的两倍。星系，房子，你和我，统治者，我们从来没有注意到。我可能是一个高大的巨人，但如果房间是同样巨大的，所以我们只能看到大小的相对差异。（由此可知道物体与物体之间的宇宙空间空间是相当宽广的）。
这张照片显示宇宙了137亿年前的温度波动（颜色显示出了差异）这与星系等成长有相应关系。版权：美国宇航局/ WMAP科学团队，WMAP宇宙背景辐射图像（2012）（CC BY-SA 3.0）
当科学家们说宇宙正在膨胀扩大时，并不意味着它的“居民”（恒星、中子星、行星等等）也正在膨胀。葡萄并干不会随蛋糕而增长。想象一下：蛋糕面糊奶油充满了葡萄干，当你第一次把蛋糕放在烤箱里时，他们互相挤压，但到了完成的时候，每口只有一颗葡萄干、这是一个很好的比喻，但他又提出了另一个问题：我们如何知道葡萄干不会缩小？（如何知道恒星、中子星、行星等等不会随宇宙膨胀而缩小？）
另一个问题是：如果星系之间的距离是固定的，那么除了那些距离以外的一切东西都变小了吗？或者在宇宙之间的某个地方，当我们收缩一点的时候，宇宙会增长一点。对于这个问题，我们应该将临界点放在相对于收缩的尺度还是增长的尺度之间？
从根本上讲：宇宙的膨胀扩张是通过将时空中的尺度长度与时间流逝长短的一个比值来描述的，有时称为宇宙尺度因子。随着时间的流逝，这一比发生了变化：空间规模每秒都在增加。但是由于这个比的关系，长度除以时间，是一个速度，假设我们认为空间是固定的，所有的速度都会减慢。
插图：Illustration by Sandbox Studio, Chicago
如果每个物体，从粒子到行星，突然减速，会发生什么？？行星会落在靠近太阳的地方，因为他们减少的角动量。同样电子就会接近原子核。分子键会缩短等等，每一个被力束缚的系统都会收缩，而不连接的或独立无关的系统之间的距离将保持不变
另外如果粒子的速度是独立的，但一切都均匀膨胀时会发生什么？会像在微波里盘棉花糖吗？电子和行星轨道将收缩到原始尺度，如从微波炉中取出的棉花糖，但它们之间的间隙不会。
不管我们如何解释基础理论，我们都有相同的系统场景：约束系统之间的距离相对于这些系统的大小而增加。但这不应该是一个惊喜，因为我们谈论的是同一物理理论的两种不同的方式，这是一个角度的问题。（物理学家Jim Pivarski解释了宇宙空间的扩展方式。Symmetry Magazine A joint Fermilab/SLAC publication）
宇宙尺度因子-名词解析： 相对膨胀的宇宙参数化的无量纲比例因子 displaystyle。也被称为宇宙尺度因子或有时罗伯森沃克比例因子，这是一个关键的参数，Friedmann方程在早期阶段大爆炸，大部分的能量以辐射的形式，和辐射是宇宙膨胀的影响占主导地位。后来随着冷却从膨胀作用的质量和辐射的变化，宇宙进入了一个新的时代。
这张图可观测宇宙空间中显示了地球在宇宙中的位置。图片作者：Andrew Z. Colvin（CC BY-SA 3.0）
最近的研究结果表明：我们已经进入了一个暗能量占主导地位的时代，但质量和辐射作用的是最重要的为，了解早期宇宙。使用无量纲因子来描述宇宙的膨胀，有效能量密度的辐射和规模不同。这导致了一个辐射为主的时代在非常早期的宇宙而过渡到一个物质主导的时代在以后的时间里，随后从大约50亿年前暗能量占主导的地位。
原文作者：Jim Pivarski
编译：光量子，审校：博科园
发表于 2018-1-1 19:42
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