几乎一切都在逃离
在上一阶梯里，你学到那些旋涡星云并不是银河系内部的云，而是一个个独立的星系，每一个都是远在我们之外的恒星之城，它们的距离是一颗造父变星、一颗造父变星地被钉死下来的。那解决了星系*身在何处*。这一阶梯要问一个更古怪的问题：它们全都在*做什么*？当 1920 年代的天文学家一个又一个地拍下星系的光谱时，浮现出一种没人点过单的规律。几乎每一个星系的光都被红移了——它的谱线整体地、连成一片地朝光谱里红色的、长波长的那一端滑去。
回想一下光那一阶梯里这是怎么读的。一个星系的光谱里带着同样那些暗的吸收线——氢、钙以及别的元素的指纹——正是我们在实验室里测到的那些。如果这一整套图案显得朝更长的波长移了位，那么最简单的读法是：光源正在退行。红移是那辆呼啸着远去的警笛声调下降的宇宙版表亲。真正令人震惊的，不是有几个星系发生了红移，而是几乎*所有*星系都红移了。不管在发生什么，它都发生在作为整体的宇宙身上，而不是发生在一小撮零星的天体上。
哈勃定律：越远就越快
埃德温·哈勃——正是那位刚刚证明了星系是外部天体的人——在 1929 年前后迈出了下一步。他手里握着几十个星系的距离，是用造父变星和[[cosmic-distance-ladder|距离阶梯]]别的梯级辛辛苦苦量出来的，他又把每一个距离，跟从该星系红移读出的退行速度配在一起。把这一个对着那一个画出来，他发现了一件美得出奇的简单事实：一个星系越遥远，它退行得就越快，而且这关系大致是一条直线。距离翻一倍，速度就翻一倍。这就是[[hubbles-law|哈勃定律]]——可以说是宇宙学史上最重要的一张图。
v = H0 x d v recession speed (km/s) d distance (megaparsecs, Mpc) H0 Hubble constant ~ 70 km/s per Mpc 1 Mpc away -> ~70 km/s 2 Mpc away -> ~140 km/s 10 Mpc away -> ~700 km/s
那条直线的斜率就是[[hubble-constant|哈勃常数]]，写作 H 零，如今它落在每兆秒差距每秒约 70 公里附近。一秒差距约为 3.26 光年，一兆秒差距是它的一百万倍——约 326 万光年，是星系到星系之间一段惬意的跨步。所以这个常数是说：每多出一兆秒差距的距离，一个星系的退行速度就攀升约 70 公里每秒。这里要标出一处深刻的诚实。哈勃自己最初的值约为 500——大了七倍——因为他那些造父变星距离定标得很糟。他找到的那个*规律*是对的；而那个*数字*，却花了几十年的细致功夫才钉牢。
拉伸的是空间本身
现在来到那个所有人一开始都会弄错的想法，所以慢慢来。人们很容易把星系想象成弹片，从某一次中心的爆炸里向外穿过空间飞散，而我们就在中央附近，因为一切都在离我们而去。这幅图景是错的，而破绽就在退行那高度的对称性上。处在*任何一个*星系里的观测者都会看到一模一样的景象——别人全在逃离，越远逃得越快。没有什么特殊的中心，也没有什么我们正紧挨着坐在旁边的边缘。诚实的描述是：星系压根儿不是主要在*穿过*空间运动；倒不如说，[[expansion-of-space|空间本身正在膨胀]]，星系则被它带着彼此分开，就像一个正在充气的表面上的那些记号。
经典的画面是一只气球，皮上点着墨点。给它充气，每一个点都在远离其他每一个点。从任何一个点看出去，近处的邻居慢慢飘开，远处的点飞快飘开——哈勃定律，自动就成立了。要紧的是，没有哪个点是中心；膨胀的中心，根本就不在那张表面*上*的任何地方。把气球那二维的皮，当作我们三维空间的替身来想象，你就抓住了对的直觉。点本身并不长大——星系靠自身的引力维系在一起，保持着各自的尺寸。被拉伸的，是它们*之间*的那层橡胶。
这也重新诠释了红移。一个遥远星系的光之所以变红，主要并不是因为那星系像一辆逃离的警笛车那样穿过空间疾奔——它变红，是因为在光飞行的途中，空间*本身*被拉伸了，连带着把光的波长也拉长了。这就是为什么宇宙学家把它叫作[[cosmological-redshift|宇宙学红移]]，而不是多普勒移动。对近处的星系，这两种描述给出的答案几乎一样，所以“退行速度”这个不严谨的说法，作为简写是没问题的。但对非常遥远的光，唯有空间被拉伸那幅图景才站得住脚，而日常那套多普勒直觉，则悄悄地失了效。
处处皆同：宇宙学原理
凭什么气球那幅图景适用于*真实*的宇宙，而不只是适用于我们？因为有一条叫作[[cosmological-principle|宇宙学原理]]的工作假设：在足够大的尺度上，宇宙处处看上去都一样（它是*均匀的*），而且朝每一个方向看都一样（它是*各向同性的*）。没有哪个地方特殊，没有哪个方向特殊。我们并不坐在任何中心上，因为根本没有中心可坐。正是这一点，才使得退行从每一个星系看出去都一模一样——也正是这个缘故，那个没有哪个点享有特权的气球类比，才是对的那一个。
要把“处处一样”这话说精确，因为在近处它显然是假的。你的房间不像窗外的空间；地球不像银河系之外那空荡的鸿沟；星系会扎堆成团，结成宇宙网那些巨大的纤维状结构，其间又穿插着辽阔而近乎空无的巨洞。这条原理只声称：当你把宇宙在极其巨大的尺度上抹匀以后——几亿光年——团块与巨洞彼此平均掉，一大盒宇宙看上去与隔壁那一大盒差不多，它才成立。它是一种理想化，巡天给了它有力的支持，但终归是一种理想化。
把影片倒着放：哈勃时间
下面这一着回报，让哈勃定律远不只是一桩奇闻。如果今天一切都在飞散，那么把影片倒着放，昨天一切就更靠近些——前天还要更靠近。一直倒回去，你会抵达一个时刻，那时所有的一切都挤作一团，正是我们后面要叫作炽热开端的那一瞬。哈勃常数甚至递给你一个估算它的粗略计时器。既然速度等于距离除以时间，那么对任何一个星系，距离与速度的比值大致都是同一个数——约为 H 零的倒数——而这个量就是[[hubble-time|哈勃时间]]，是对膨胀已经持续了多久的一个粗略估计。
把约 70 的 H 零代进去，算术吐出大约 140 亿年——与精心测出的年龄惊人地接近，约138 亿年。这份接近并非巧合，但别把它吹过头。哈勃时间假定膨胀的速率一直是*恒定的*，可它并不恒定：引力使它减速了几十亿年，而一种神秘的推力（暗能量，本阶梯后面会遇到）则一直在让它加速。对我们这个宇宙而言，这两种效应大致相互抵消，这正是为什么那个粗略估计落得离真相那么近。把哈勃时间当作一个信封背面算出的年龄，而不是盖棺定论。
这并不意味着的三件事
膨胀实在太容易被想错，所以在后面的几篇指南接着往上盖之前，值得先把它*不是*什么钉牢。这几条没有一条是吹毛求疵；每一条都是几乎绊倒所有人的一处误解，而把它们理顺，差不多就是“真正读懂膨胀的宇宙”的大半含义所在。
- 它不是空间里一场有中心的爆炸。炽热的开端是同时在每一处发生的；没有哪个地点是你能飞过去、然后说“大爆炸是在这儿炸响的”。空间并没有膨胀*进入*任何东西——根本没有外面。
- 它不会把你、把你的尺子、或把星系本身拉伸开。任何靠引力或靠原子间的力维系在一起的东西，都干脆地抵住了那份拉扯。只有遥远星系之间那些没被束缚的鸿沟在变大；尺子、原子和恒星都纹丝不动。
- 极远处的星系退行得比光还快，并不破坏相对论。那个表观的速度，是我们之间空间被拉伸出来的，而不是有什么东西*穿过*空间在动——而“没有东西能跑赢光”这条规矩，只管穿过空间的运动，不管空间本身的膨胀。
把这三条合在一起，一幅清爽的图景就立住了：一个没有中心的宇宙，在最宏大的尺度上处处皆同，空间温和地膨胀着，托着星系彼此漂开。把这膨胀倒带，你就被直直地指向一个炽热而致密的开端。那个开端，以及它在整个天空留下的那一抹微弱的遗迹辉光，正是下一篇指南要接着讲的。