把方程式對準萬物
到目前為止，我們每次只把廣義相對論對準一個沉重的東西——一顆恆星、一顆行星、一個黑洞。但方程式並不在乎盒子有多大。如果你把整個宇宙都裝滿物質、抹得處處均勻，再去問幾何它必須怎麼辦，會發生什麼？你得到的是宇宙學：把宇宙當作單一對象來研究，從這一端到那一端都由重力支配。落出的那個驚人答案是：宇宙無法靜止不動。
為了讓問題可解，宇宙學家依靠一個樸素卻有力的假設：在最大的尺度上——把數以百萬計的星系平均起來——宇宙看上去處處一樣、各方向也一樣。沒有特殊的中心，沒有特殊的邊緣，沒有任何享有特權的地點。我們把這叫做宇宙學原理。它是一個古老而令人謙卑的教訓的現代回響：地球不是太陽系的中心，太陽不是銀河系的中心，我們的星系也不是宇宙的中心。
哈伯定律：越遠，退得越快
1920 年代，愛德溫·哈伯測量了遙遠星系的距離，以及它們光的顏色。幾乎每個星系的光都朝紅端偏移——一種紅移——意味著它正飛速遠離我們。而這個規律簡單得驚人：一個遠兩倍的星系，逃離的速度也快兩倍。這條直線般的規則就是哈伯定律，用白話說就是：*退行速度等於一個固定的數乘以距離。*
v = H0 x d
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how fast Hubble how far
a galaxy constant away the
recedes (a fixed galaxy is
number)
nearby galaxy: d small -> v small (drifts away slowly)
distant galaxy: d big -> v big (races away fast)
twice as far = twice as fast (a straight line)乍一聽這有點嚇人——難道*萬物*都在逃離我們？我們是不是宇宙級地不受歡迎，正坐在一場爆炸的中心？不是的。想像一塊葡萄乾麵包在烤箱裡發起來。隨著麵團膨脹，每一顆葡萄乾都在遠離其他所有葡萄乾，而從任何一顆葡萄乾的視角看，越遠的葡萄乾退得越快。沒有哪顆葡萄乾是中心；只是它們之間的麵團在不斷長大。星系就是葡萄乾，而膨脹的空間就是麵團。
「膨脹」是什麼、不是什麼
下面是整個宇宙學中最被誤解的一個想法，所以讓我們格外小心。星系並不是像炸彈的彈片那樣穿過空間飛射。相反，是它們之間的空間正在被造出來，溫柔地把每一道縫隙拉長。宇宙學紅移不是運動造成的都卜勒頻移；是光波本身在奔向我們、穿越不斷變大的空間的途中被拉得更長了。一個幾十億年前離開遙遠星系的光子，抵達時變紅了，僅僅是因為空間這把尺子在它腳下一路長大。
- 它沒有中心。每一位觀察者，在每一個星系裡，看到的都是同樣的向外飛離。大霹靂並非發生在空間裡的某一點——它*同時發生在每一處*，因為那時候每一處都擠在一起。
- 它不是膨脹進某個東西裡。外面並沒有一片空房間供宇宙長進去。空間不是在某個更大的空間裡*穿行*；增大的是它*內部*的距離。問「它在膨脹進什麼裡？」就像問北極的更北邊是什麼。
- 它不會拉伸你、你的尺子或太陽系。凡是被重力（或電力）牢牢束縛在一起的東西——原子、行星、星系本身——都穩穩地保持自己的尺寸。真正在變大的，只有星系團*之間*那些廣袤、近乎空曠的縫隙。
把磁帶倒回去：大霹靂圖景
如果今天空間在長大，那麼把影片倒著放，萬物就越靠越近、越來越熱、越來越密。不停地倒，你會抵達一個時刻，大約在138 億年前，那時距離趨於零，溫度飆升到無法想像。那就是大霹靂——不是宇宙之中的一場爆炸，而是我們能描述的這個膨脹宇宙的最初開端。最妙的是，這幅圖景給出了可檢驗的預言，其中兩條已經得到驚人的證實。
- 餘暉。一個熾熱的早期宇宙應當留下微弱的熱量，如今被拉伸成微波，瀰漫整個空間。1965 年，兩位工程師恰恰偶然撞見了它——宇宙微波背景——一種 2.7 度的「嗡鳴」，同時從每一個方向傳來。
- 輕元素的配方。在最初幾分鐘裡，整個宇宙就是一座核熔爐。理論預言它應當烹製出約四分之三的氫、四分之一的氦，再加一撮鋰——而這恰好就是我們在最古老、最純淨的氣體中測到的比例。
暗能量：宇宙踩下了油門
在 20 世紀的大部分時間裡，人人都料想膨脹會慢下來：重力總是吸引性的，星系彼此拉扯，應當溫和地踩著剎車。於是在 1990 年代末，兩個團隊著手用爆發的恆星當作遙遠的里程碑，去精確測量宇宙到底在以多快的速度減速。他們發現的卻恰恰相反。膨脹在加速。有某種東西正把空間越推越快地撐開，我們叫它暗能量。
這個劇情反轉妙不可言。描述暗能量最簡單的辦法，就是把愛因斯坦當年發明、隨後又拋棄的那一項重新請回來——宇宙學常數。他加它，是為了*讓宇宙靜止不動*；結果發現，恰恰是這種形狀的一項，換一個數值，反而讓宇宙*加速*。那個被他稱作「平生最大錯誤」的權宜因子，又轟然回歸，成了宇宙最深層的特徵之一。