10.A2 宇宙错觉：红移膨胀

目录 ／ 附录-9.《第10季：宏观宇宙》短视频草稿 (V6.0)

红移到底意味着什么？它真的是光被拉长了吗？还是我们误读了它，给它赋予了一个完全不同的含义？在绝大多数教科书和科普文章中，红移直接被当作“退行速度”，并且被顺势理解为“宇宙膨胀的速度计”。这一跳跃，几乎没人去怀疑过。但要想接受这个结论，其实你已经背上了一个巨大的前提包袱：首先你假定远方的星系本身几乎没有变化，它们只是单纯地远离我们；其次，你假定光子从远方出发时，节奏是完全不变的；再者，你假定宇宙的大尺度空间是规整的，各向同性的，好像所有的红移都在同一张被拉伸的布上排队。如果你接受了“红移=退行速度”，你不只是为自己提供了一个解释，而是给整个宇宙强加了一整套动力学假设：宇宙在进行一场持续的、庞大的运动。

接下来，你就不得不回答一连串的问题：这么巨大的动能从哪里来？是谁在给整个宇宙做功？如果一切都在膨胀，宇宙有边界的话，边界是不是也会被拉伸，甚至产生反弹和其他效应？为了避免这些麻烦，主流宇宙学假定宇宙是无限且无边的，这样就能够轻松地让“宇宙最外面会怎样”这个问题自动消失。但是，如果你去仔细看看，问题就不那么简单了。红移其实可以有多种来源：多普勒红移、引力红移、甚至是介质效应。但在宇宙的宏观尺度上，最后“空间整体拉伸”成了唯一的解释。即便如此，我们仍然会看到一些奇怪的现象，比如，计算得出的高红移星系的“退行速度”居然会大于光速——像GN-z11这种极远的星系，根据现有公式，退行速度可以突破光速，这时只能发明一个“安慰”的解释：那不是“真实的速度”，而是几何的变化。

但你有没有想过，在任何常规的动力学中，这种现象都会让我们警觉起来，发出红灯警告。你真的觉得这正常吗？我们并不是说结论一定是错的，而是要指出：将红移等同于“退行速度”只是在一个很强的假设下的选择，并不是观测自然而然给出的唯一真相。一旦你做出了这种选择，就要为自己背上一大堆额外的动力学账单：宇宙的尺寸和年龄就必须按照膨胀来计算，暗能量要负责推动“加速膨胀”，宇宙就必须被要求是无限大的，才能避免出现“边界”这个问题。

但如果红移其实是记录粒子和张度环境随时间变化的痕迹，而不是“空间疯狂膨胀”的结果呢？你可以把它看作是粒子节奏的演化记录，而不是宇宙膨胀的速度计。就像你用今天走得飞快的钟去衡量一个古代运转缓慢的机器一样，如果红移的真正含义是记录粒子演化的步伐，那么我们将重新理解整个宇宙的面貌。把红移当作膨胀速度，再强行将膨胀的动力学强加到一个实际上可能是动力学平缓的宇宙上，相当于先假设宇宙在运动，然后再回过头为这场运动找理由，本来并不矛盾的现象也会被你硬生生搞得混乱不堪。

这一集的任务，就是将这一切暂时撬开，让你看到“红移=退行速度”这一选择背后隐藏的巨大物理承诺。之后，我们将继续展开，尝试给出一种更简洁、更直接的解释：将红移看作是粒子和张度演化的记录，而不是宇宙膨胀的速度计。

所以，当我们面对“宇宙在疯狂膨胀”的几何图景时，我们必须停下来，认真问一句：究竟是先有宇宙，还是先有数学？我们是在谦卑地使用数学来描述宇宙，还是在强迫宇宙必须遵循我们写好的膨胀方程？

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