因為宇宙在膨脹，所以我們每個人也都在變大嗎？

最新 01-22

作者：張雙南，中科院高能所研究員

編輯：婉珺

如果宇宙正在膨脹中，那麼宇宙中各個天體，乃至我們人類自己，是不是也在不斷變大？

這是一個非常嚴肅的科學問題，我和我的一個研究生曾經認真地研究過。

對這個問題的標準和主流的回答是：膨脹的是空間，不是空間中的物體，包括所有的天體和人類。

比如，我曾在回答其他宇宙相關的問題的時用過上面這張圖片：假設我們的宇宙是一個二維的球面，每一個天體就是球面上的一個點，那麼宇宙的膨脹就類似於把這個球的半徑增加，這樣球的表面積就增加了，但是每個天體的大小沒有變化，變化的是天體之間的距離增加了。

A：發酵前的葡萄乾麵包生麵糰；B：發酵後的葡萄乾麵包生麵糰

更加形象一點的是上面這張烤麵包的圖：就像拷麵包的時候裡面放一些葡萄乾，麵包烤之前，每兩個葡萄乾之間的距離假設是2厘米。麵包膨脹的過程中均勻膨脹，但是葡萄乾的大小不變，每兩個相鄰的葡萄乾的距離都增加，增加的量一模一樣，最後烤熟了之後相鄰葡萄乾之間的距離變成了10厘米，也就是增加了5倍，那麼麵包的體積就增加了5的三次方，也就是125倍。

那麼，怎麼理解宇宙膨脹過程中天體的大小不變這件事呢？

如果宇宙膨脹中只有萬有引力在起作用，膨脹的起源是大爆炸，那麼大爆炸之後，一旦形成了天體，天體之間的距離就只能增加，天體的大小的確不會變化。就像在地球表面往上扔一塊石頭，石頭在向上飛的過程中大小是不會變化的（我們忽略石頭和空氣的摩擦作用）。

但是，人們對於宇宙的認識是在隨著對宇宙的觀測而不斷變化的，當我們觀察到新的現象之後，原有理論的正確性恐怕就要被重新考慮了。自從1998年發現宇宙加速膨脹之後，上面的標準和主流的回答就需要修改了，這就是我和我的研究生曾經研究的問題。因為，目前對於宇宙加速膨脹的最主流解釋是存在暗能量，暗能量使得天體之間有了一種（目前未知的）排斥力。由於暗能量在宇宙中均勻分布而且其密度不隨宇宙的膨脹而變化，導致宇宙中遙遠星系之間的排斥力就開始克服了它們之間的萬有引力，使得今天宇宙中星系的膨脹速度變快了。

既然暗能量在宇宙中均勻分布，它就會在所有的地方都起作用，比如在我們的身體裡面也會導致原子之間有排斥力，我們就有可能變大。多年前當宇宙加速膨脹剛剛發現的時候，我和我的研究生就計算了這個效應，計算結果是：在目前的情況下，不但這個排斥力對於我們身體的影響比起生物學效應來說完全可以忽略不計，即使對於整個太陽系的影響也完全小於太陽本身的演化帶來的影響。

但是，在今天我們可以忽略這個效應，並不表明這個效應可以永遠被忽略，這取決於暗能量的性質。在有些模型中，暗能量不僅僅會讓人類變大，而且有可能把我們身體裡面的原子都撕碎，出現所謂的「大撕裂」現象。

由於我們目前還不理解暗能量的性質，所以我們現在真的不知道在遙遠的未來，宇宙的膨脹會對人類產生什麼影響。當我們能夠觀測到暗能量、對暗能量有更進一步了解的時候，也許我們就能回答這個問題了。