如果宇宙在膨胀，那么它围绕的“中心”在哪里？答案的真相出乎意料！（组图）

封面 ｜ 红移和蓝移概念图

当一个物体靠近发光的光速时，它发出的光会随着观察者的位置而发生偏移。

左边的人会看到光源远离它，因此光线会发生红移; 而右边的人会看到它发生蓝移，或者当光源向它移动时，它会转移到更高的频率。

大家好，我是科学羊。

我们所观察到的宇宙，无论我们从哪个方向看，几乎呈现出一致性。

从我们所能测量的各类宇宙特征来看——星系的数量、类型、星系内部恒星的数量、正常物质和暗物质的密度，甚至温度辐射——都表现出无论观察方向如何变化，宇宙在大尺度上几乎是完全相同的。

实际上，在数十亿光年的尺度上，任何两个区域之间的差异最多只有0.003%，大约相当于三万分之一的差距。

然而，真正的差异并非来自于我们看向的方向，而是来自我们观察的距离。

距离越远，我们就能看到宇宙的过去。

由于宇宙膨胀的作用，远处天体发出的光波会被拉伸，波长变长，向红色移动，且物体的离开速度也越来越快。

这使得我们很容易联想到宇宙的“中心”。

如果我们从各个方向观察，并重建“宇宙是否在某个点上存在中心”，就可能会得出一种结论：宇宙似乎围绕某个“中心”膨胀。

但如果我们深入思考这个问题，宇宙的“中心”并不意味着物理上的中心。

正如我们最好的科学理解所表明，宇宙的膨胀并不是从某个具体的“爆炸点”向外扩展的，而是空间本身在扩张。

无论我们朝哪个方向看，宇宙的膨胀都是一致的，且没有特定的观察点可以标示为“宇宙的中心”。

每当一个星系发出光，接收它的观察者最终看到的光将会有一系列不同的性质和波长｜距离星系越远，观测到的红移就越大，观测到的时间膨胀也就越多，因为观测者接收到的信号也会随着时间“拉长”。(图片来源: Larry McNish/RASC Calgary Centre)

当物体接近光速时，发出的光会受到观察者位置的影响，出现偏移。

我们通常可以直观地理解，当物体向我们移动时，波长会缩短（蓝移），而当物体远离我们时，波长会拉长（红移）。

这种波动被称为“多普勒效应”，其表现不仅仅局限于声音，光波也会受到相似的影响。波长变长意味着光的能量降低，波长变短则表示光的能量增高。

对于宇宙中的任何物体而言，由于物质的特性——原子和离子会吸收和发射特定波长的光——我们能够通过测量光谱的偏移来确定这些物体的运动情况。

例如，通过红移或蓝移的观测，科学家们第一次发现了宇宙膨胀的迹象。

韦斯托·斯利弗（Vesto Slipher）在1910年代的研究表明，星系的光谱特征显示出系统性的红移或蓝移，暗示着这些星系正在远离或向我们靠近。这一发现为宇宙膨胀的理论奠定了基础。

当光从一个源发出时，它有一个特定的波长。在被观察者吸收之前，它必须在不断膨胀的宇宙中穿行的时间越长，与发射时的波长相比，这种光的红移量或者拉伸到更长的值的波长就越大。(图片来源: Ben Gibson/Big Think)

随着我们进一步观测更远的天体，我们发现它们的红移越来越显著。

星系越远，它们发出的光越“红”，而且红移的程度与它们的距离成正比。

这个现象到底是由于物体在空间中的实际运动，还是宇宙本身的膨胀导致的光的波长变化呢？

这是一个复杂的问题。在爱因斯坦的广义相对论中，空间并非是一个静态的背景，而是随着时间和其中的物质能量不断演化的动态结构。这种结构的变化对光波的传播产生深远的影响。

光波的拉伸不仅仅是因为物体之间的相对运动，更是由于宇宙空间本身的膨胀。

根据广义相对论，宇宙中的每个点都不是静止的。任何均匀分布的物质和能量都会导致宇宙膨胀或收缩。

当空间膨胀时，光波的波长会随之拉长。这意味着，当我们从一个遥远星系接收到光时，这光已经在膨胀的宇宙中旅行了很长时间，波长因此被拉伸，表现为红移。

然而，光的波长变化不仅仅是由物体相对运动造成的。宇宙的膨胀本身也在影响光波的性质。当光从一个星系发出时，它的波长会随宇宙膨胀而不断延伸，直到它到达我们的眼睛。

通过观察这些红移，我们可以了解宇宙的膨胀历史及其现状。

尽管宇宙微波背景辐射在各个方向上都是相同的粗略温度(2.7255 k) ，但在特定的方向却存在着800分之一的偏差(3.36毫克/升温或降温) ，这与我们在宇宙中的运动是一致的。

随着我们进一步的观测，我们发现宇宙的膨胀不仅仅是物体的运动，而是空间本身的变化。虽然宇宙膨胀的原因仍然是一个复杂的问题，但我们可以确定，宇宙确实在膨胀，且这种膨胀影响了所有物体的运动。

通过对许多远处天体的观测，科学家们总结出宇宙膨胀的普遍规律，并建立了一个基于广义相对论的膨胀模型。

然而，虽然我们可以观测到宇宙的膨胀，但问题依然存在：宇宙的“中心”在哪里？这个问题实际上并没有明确的答案。

在宇宙的最大尺度上，宇宙似乎是均匀的，我们无法从中区分出某个特殊的中心。

就像面包发酵时，葡萄干之间的距离逐渐变远一样，宇宙中的星系也随着空间的膨胀而相互远离。

每个观察者都认为自己处在宇宙的中心，但实际上，无论你身处宇宙的哪个地方，都能得出相同的结论：你看到了一个膨胀中的宇宙。

附近星系和星系团的运动(如其速度流动的“线条”所示)与附近的质量场

总的来说，宇宙的膨胀没有固定的中心，每个观察者的视角都与他们所在的地方紧密相关。

我们所能观测到的宇宙只是整个宇宙的一部分，而关于宇宙的形状、大小和结构，我们仍然没有明确的答案。

无论如何，我们可以确定的是，宇宙在不断膨胀，光的波长随着膨胀被拉长，远处的物体看起来像是在远离我们。

这个发现不仅改变了我们对宇宙的理解，也为我们探索宇宙的未来提供了无限的可能性。

好，今天就先这样啦～

祝幸福~ 

参考资料：

[1]. Based on the book written by Ethan Siegel