因为宇宙在膨胀，所以我们每个人也都在变大吗？｜张双南专栏

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Original 2018-01-22 张双南 果壳科学人

作者：张双南，中科院高能所研究员

编辑：婉珺

如果宇宙正在膨胀中，那么宇宙中各个天体，乃至我们人类自己，是不是也在不断变大？

这是一个非常严肃的科学问题，我和我的一个研究生曾经认真地研究过。

对这个问题的标准和主流的回答是：膨胀的是空间，不是空间中的物体，包括所有的天体和人类。

比如，我曾在回答其他宇宙相关的问题的时用过上面这张图片：假设我们的宇宙是一个二维的球面，每一个天体就是球面上的一个点，那么宇宙的膨胀就类似于把这个球的半径增加，这样球的表面积就增加了，但是每个天体的大小没有变化，变化的是天体之间的距离增加了。

A：发酵前的葡萄干面包生面团；B：发酵后的葡萄干面包生面团

更加形象一点的是上面这张烤面包的图：就像拷面包的时候里面放一些葡萄干，面包烤之前，每两个葡萄干之间的距离假设是2厘米。面包膨胀的过程中均匀膨胀，但是葡萄干的大小不变，每两个相邻的葡萄干的距离都增加，增加的量一模一样，最后烤熟了之后相邻葡萄干之间的距离变成了10厘米，也就是增加了5倍，那么面包的体积就增加了5的三次方，也就是125倍。

那么，怎么理解宇宙膨胀过程中天体的大小不变这件事呢？

如果宇宙膨胀中只有万有引力在起作用，膨胀的起源是大爆炸，那么大爆炸之后，一旦形成了天体，天体之间的距离就只能增加，天体的大小的确不会变化。就像在地球表面往上扔一块石头，石头在向上飞的过程中大小是不会变化的（我们忽略石头和空气的摩擦作用）。

但是，人们对于宇宙的认识是在随着对宇宙的观测而不断变化的，当我们观察到新的现象之后，原有理论的正确性恐怕就要被重新考虑了。自从1998年发现宇宙加速膨胀之后，上面的标准和主流的回答就需要修改了，这就是我和我的研究生曾经研究的问题。因为，目前对于宇宙加速膨胀的最主流解释是存在暗能量，暗能量使得天体之间有了一种（目前未知的）排斥力。由于暗能量在宇宙中均匀分布而且其密度不随宇宙的膨胀而变化，导致宇宙中遥远星系之间的排斥力就开始克服了它们之间的万有引力，使得今天宇宙中星系的膨胀速度变快了。

既然暗能量在宇宙中均匀分布，它就会在所有的地方都起作用，比如在我们的身体里面也会导致原子之间有排斥力，我们就有可能变大。多年前当宇宙加速膨胀刚刚发现的时候，我和我的研究生就计算了这个效应，计算结果是：在目前的情况下，不但这个排斥力对于我们身体的影响比起生物学效应来说完全可以忽略不计，即使对于整个太阳系的影响也完全小于太阳本身的演化带来的影响。

但是，在今天我们可以忽略这个效应，并不表明这个效应可以永远被忽略，这取决于暗能量的性质。在有些模型中，暗能量不仅仅会让人类变大，而且有可能把我们身体里面的原子都撕碎，出现所谓的“大撕裂”现象。

由于我们目前还不理解暗能量的性质，所以我们现在真的不知道在遥远的未来，宇宙的膨胀会对人类产生什么影响。当我们能够观测到暗能量、对暗能量有更进一步了解的时候，也许我们就能回答这个问题了。

作者名片

排版：晓岚

题图来源：forwallpaper.com

张双南专栏合集

第一则：我知道宇宙有多迷人

第二则：打通科学圈的“任督二脉”

第三则：如果掉进黑洞，我们能看到什么？

第四则：科学家的日常都在做些什么

第五则：宇宙中遥远的相似性

第六则：浩瀚的宇宙是我们的征途