宇宙空間膨脹，是等差的還是等比例的?

11-29

昨天睡前，突然想到的三個問題(O_O)？

除了上述問題，還有空間膨脹對光速的影響、宇宙大爆炸是否有一個中心點，那裡的空間膨脹速度接近於零。

感謝陳 @陳昱光的答疑解惑。
他更清楚的表述了我的問題——「我覺得題主的問題換句話具有這樣一個思想：宇宙膨脹的空間是從之前的空間膨脹出來的，還是憑空長出來的？」

確實有這個想法，膨脹的空間是原來的空間拉伸(像拉橡皮筋或者避孕套)，還是從某處冒出來新的空間(像無數小噴泉噴出的水在地面上蔓延)。

目前的兩個答案感覺都沒有理解題意啊……

題主的問題是：假設在之前的宇宙中有兩個尺度，一個長1米，另一個長2米。現在長1米的尺度膨脹成了2米，那麼長2米的尺度是膨脹成了3米（+1）還是4米（*2）。

答案是4米。也就是膨脹是按比例膨脹的。這個問題遠到不了解 Friedman 方程的程度，也跟宇宙膨脹歷史沒有關係，只要理解尺度因子（ $a$ ）和兩個宇宙學距離（物理距離和共動距離）就可以了。

首先物理距離解釋起來既簡單也困難。簡單來講，物理距離就是我們平常感受到的距離。它的定義完全和宇宙學以及引力框架無關。換句話說，如果宇宙中有一把1米長的尺子作為物理距離的標準尺的話，這把尺子就是我們每天都用的經典尺子。它的長度不會隨著宇宙膨脹而改變[1]。

共動距離則是物理學家根據廣義相對論強行定義的。它隨宇宙膨脹的改變而改變。也就是說，如果我有一把測量共動距離的標準尺的話，這把尺子會隨著宇宙膨脹而變長。

聯繫物理距離和共動距離的就是尺度因子（ $a$ ）：物理距離 = 尺度因子 $imes$ 共動距離。

三者之間的關係如下圖所示：

由此可見，宇宙膨脹是等比例膨脹的。

另外還有兩點有趣的問題。一是根據尺度因子的定義，我們現在所處的空間 $a=1$ ，物理距離等於共動距離。但由於宇宙膨脹，所有之前的宇宙皆為 $a<1$ .

二是根據 Robertson-Walker 度規， $a=frac{1}{1+z}$ . 這裡的 $z$ 就是紅移。那麼，在紅移為1的從前的宇宙當中釋放出來的一束光，假設其波長為1米的話，到了我們今天觀測到這一束光，它的波長因為宇宙膨脹變成了2米。這一公式的隱藏了一個定義可以回答你的第二個問題：光速是否隨著宇宙膨脹而改變？答案是否。因為上述公式保證了光速的定義不隨宇宙膨脹而改變。事實上，因為光速是有量綱量（米／秒），討論其是否改變是沒有意義的，因為可以通過改變數綱來使得光速是不隨宇宙膨脹而改變的。[2]

關於第三個問題：宇宙大爆炸是否有中心點的問題。答案是沒有。無論題主你作為觀測者走到哪裡，你測量到的周圍物體都在遠離你而去。換句話說，你所處的一點膨脹速率為0. 而其餘任何地方的膨脹速度都由哈勃定律給出： $v=H imes D$ . $D$ 是到你的距離， $H$ 是哈勃常數（大小由宇宙膨脹歷史決定，宇宙膨脹歷史由宇宙動力學決定，也就是 Friedman 方程決定）。理解這一問題一定要有狹義相對論的思想：所有運動都是就觀測者而言的，脫離參考系談運動都是耍流氓。所以，硬要說的話，你就是宇宙膨脹的中心。但同時，宇宙膨脹沒有中心，因為無論你走到哪裡，哪裡都是宇宙膨脹的中心。因此，宇宙膨脹是均勻且各向同性的。

------------------------注釋---------------------------

[1] 在本例中，經典的尺子長度由電磁相互作用控制。所以長度不隨宇宙膨脹改變的前提是精細結構常數不變。

[2] 關於討論有量綱量是否隨時間改變，可以參考：cmy28：在宇宙的歷史中真空光速是否一直沒變過？

謝邀。

既不是等差也不是等比。

宇宙學標準模型中，暴漲（inflation）結束後，宇宙膨脹由弗雷德曼方程（lambda CDM模型，考慮了暗能量並假設冷暗物質的宇宙模型，不是原版的弗雷德曼方程）描述：

$H^2=H_{0}^2(Omega_{R}a^{-4}+Omega_{M}a^{-3}+Omega_{k}a^{-2}+Omega_{Lambda})$ ,

$H=frac{dot a}{a}$

$Omega$ 是密度與臨界密度的比（密度參數)，上式中分別是當前的輻射場（主要是光子、中微子，可能還有熱暗物質如軸子。更一般地，包含了相對論性粒子，如宇宙早期）、物質（包含通常的物質、冷暗物質）、空間曲率項（平坦宇宙k=0， $Omega_{k}$ =0；正曲率(三維球面)，k=1;負曲率（三維雙曲面），k=-1）、暗能量的密度參數。a是無量綱的標度因子，描述空間的尺度（相當於宇宙的大小）。H是任意時刻的哈勃常數， $H_0$ 是當前的哈勃常數。

臨界密度，是弗雷德曼宇宙（不含暗能量）的平坦空間曲率的物質密度，此時 $SigmaOmega_{i}=1$ 。
$dot a$ 描述膨脹速度， $ddot a>0$ 加速膨脹。
從弗雷德曼方程可以看到，不同於物質密度反比於宇宙尺度的三次方，暗能量密度的貢獻項沒有標度因子，故暗能量密度不隨宇宙膨脹改變，而是常數。
暗物質類型分為，相對論性的暗物質（熱暗物質），質量上限~eV；非相對論性的暗物質（冷暗物質），質量下限~TeV。近年還提出所謂的溫暗物質，以模擬星系形成，質量在~GeV量級。

精確測定當前的密度參數和哈勃常數，就可以解弗雷德曼方程，算出a(t)或者H(t)，這樣宇宙的演化就基本知道了。

謝邀。

先說說哈勃定律:v=H·D。空間中任意選取兩個點，D是兩點之間的距離，v是兩個點之間距離變化率(就是所謂退行速度)，H是哈勃參量。實際上哈勃參量是隨著時間演變的，但是在很小的時間跨度下(相對於宇宙年齡137億年來說)可以把哈勃參量視為不變的也就是哈勃常數。

回到題主的問題，題主說的等差等比表述不正確，按照我的理解題主問的應該是，「宇宙膨脹是線性的還是指數性的？」從哈勃定律的公式來看，在忽略哈勃參量的變化的情況下，兩點之間的距離D是隨著時間指數增大的，但是在較大的時間跨度下就不然了，在不同的宇宙學模型中哈勃參量隨著時間的變化都不一樣，距離D也不會單純地指數型增長了。

後面兩個問題的話，宇宙膨脹沒有中心點，每個點都是平等地位。我們經常用氣球來比喻宇宙膨脹。氣球表面就相當於宇宙空間，每個點都是平等的，在氣球膨脹過程中每個點都是互相遠離的。當然，你也可以任意選取一個點作為參考(就像我們經常以地球為參考)，這樣看來所有其他的點都是以這個點為中心遠離的，但是實際上這種選擇只是人為的，任意選擇一個點都是可以作為中心，那麼也就不存在真正的「中心」的說法了。

另一個答主提到了加速與減速膨脹，在這裡再補充一下。宇宙學中所說的加速或減速膨脹是以標度因子a(t)對時間t的二階導（類似加速度）衡量的，因此定義了一個無量綱的量叫減速因子（deceleration parameter ）q:

$q(t) equiv - frac{a(t)[{ m d^2} a(t)/{ m d}t^2]}{[{ m d}a(t)/{ m d}t]^2}$ 。

至於為什麼定義的是減速因子而不是加速因子是因為當時人們還認為宇宙是減速膨脹的，直到1998年Ia型超新星的數據公布人們才直到其實宇宙是加速膨脹的。顧名思義，當減速因子為正時，宇宙減速膨脹；當減速因子為負時，宇宙加速膨脹。

減速因子q還可以用密度參量 $Omega$ 來表示：

$q(t) = frac{1}{2} sum_{i}(1+3w_i)Omega_i(t)$

對於非相對論性物質： $w_m=0$ ,相對論性物質： $w_{rel}=frac{1}{3}$ ,暗能量： $w_Lambda=-1$ ,代入上式得：

$q(t)=frac{1}{2}Omega_m(t)+Omega_{rel}(t)-Omega_Lambda(t)$ .

可見，暗能量的作用是促進加速，而其他兩種組分均是促進減速。據各種觀測數據，當前宇宙的構成大概是： $Omega_m=0.27,Omega_{rel}=8.24 imes 10^{-5},Omega_Lambda=0.73$ 。因此暗能量佔主導地位，宇宙加速膨脹。

前面物理專業人士回答的，看似很專業，但偏偏因為專業所以陷入了專業的誤區。
假設一時間為刻度單位，宇宙膨脹，就運動慣性而言，兩個星體之間的遠離，速度差是恆定的。從這個角度講，應該是等差的。
但是，由於星體之間的引力的存在，實際上兩個星體之間的遠離的速度差在減少，也就是說，它們的相對運動是負加速運動。
那麼是等比運動嗎？也不是。因為隨著距離的增加，相互之間的引力也在減少，也就是說加速度的絕對值本身就在下降。
但無論加速度絕對值下降多少，畢竟起到減速運動的作用，相互之間的引力在消耗他們的運動慣性力的動量，除非相對運動速度能徹底克服相對的引力。
此時出現兩種情況，第一種情況，克服了引力，脫離了引力影響，兩個星體之間的相對運動速度基本不變，那麼就成為近似的等差運動。
另一種情況，兩個星體之間的相對運動速度無法脫離其引力的影響，運動動量被引力消耗，當消耗到一定程度，相對速度等於0，接著在引力的作用下被拉回來。
當然，宇宙膨脹也是一個假設或解釋，宇宙到底有沒有膨脹，誰也不是上帝。紅移現象可能能表明宇宙在膨脹，也可能是其他原因造成的，例如空間密度的變化造成的。
至於廣義相對論說的尺度膨脹，由於廣義相對論本身就存在的爭議，我這裡就不引用了。

宇宙空間是沒有膨脹的，是穩定的，我找到了穩定宇宙的新證據——引力場紅移。

愛因斯坦，預言了引力場紅移，但是由於顯而易見的引力差紅移，引力場紅移被忽視了。

現在確認的三種紅移分別是多普勒紅移、引力紅移（由於光子擺脫引力場向外輻射所造成的（本文更名為：引力差紅移，因為引力場強度的大小差別，引起的紅移））和宇宙學紅移.

但是有一種紅移，被大家都忽視了，那就是引力場紅移——光在引力場中穿過，就會有紅移。

北師大趙崢教授在《從愛因斯坦到霍金的宇宙》第二集講相對論的視頻中講到以下內容：

（見圖片）

趙教授講的是第四種紅移——引力場紅移。

總結一下趙教授所講相對論闡明的紅移：紅移與鐘慢是等效的；與地球表面的引力場g相比較，在宇宙中比g大的地方，鍾就比地球上慢；時間在有引力場的地方就比引力場強度0的地方慢；光線穿過引力場，與引力場強度0的地方進行對比就會有紅移；並且是，只有完全在0引力場穿過，才與發射的光譜一樣沒有紅移。

這意味著，又發現了一種新的紅移原因，鐘慢與紅移是等效的，有些宇宙現象就有新的解釋，特別是宇宙的爆脹理論要被否定。您有什麼看法？

關注天文新發現，維新公眾，黑洞統御宇宙，看穩定宇宙的新證據。

等差感覺難以實現, 10m長劃分成100份，每份單位時間長1m，那劃成1000份也這麼長的話不就自己跟自己矛盾了么？世界只有一個結果，不可能既是a又是b。

於是問題就變成空間怎麼劃分，可是大尺度上時空還是連續的（手動斜眼

隨口胡扯。

都不是。

成比例吧，反正我的理解就是一個氣球在膨脹，我們都在皮上，就是成比例的。
專業的話去看專業書籍，只是感興趣的話就看看時間簡史吧

感覺自己實在是姿勢水平不夠，只能回答一個問題。

3、我記得宇宙處處都是大爆炸的中心。

宇宙的膨脹可以看做一個拉伸的彈簧，彈簧間的間距都是一樣的，而彈簧的拉伸間距不斷地變大速度也是相同的，所以彈簧兩頭的相對速度已經大於光速了，可觀測到最遠的距離為哈勃距離。把彈簧看成一個點，其中的任意一點都為中心。光速是不變的，但是由於彈簧間距不斷變大，路程就增加了，相當於光速變慢，即紅移。民科式理解，大體就這樣。

宇宙空間整體的膨脹並不是按什麼等差或等比例進行的。而是以同距離內的空間所包含的恆星數量和恆星對周圍釋放出來的基本力結構體的數量(邊就是斥量子的數量)所決定的。由於每一恆星體都會向周圍空間釋放基本力事物，所以你得選擇參照點。
比如選擇以太陽為中心時，整個太陽系的自身膨脹值要與相鄰恆性系膨脹的數據相加，這樣就得出了太陽系與之相鄰恆星系這部分空間的膨脹值了。
所謂的參照點都是相對靜止的，真實的宇宙空間中這些點都是動的。並且，它們都還在變大。
而你所提及宇宙大爆炸，其實在真實的宇宙中並不存在。所以，時致今日也沒有人觀測到這個爆炸原點的存在。文章在我看來已經跟你講的很直白了，或許你會一頭霧水。這也能怪你，根源在於現物理理論中缺失了對基本力的認識，從而造成了今天這種科學與實際脫軌的普遍現象。如果你有興趣可以看看有關《斥量子理論》或我寫的一些文章。