上個世紀最具革命性的發現之一是，宇宙并非永遠靜止不變，而是在不斷膨脹。大約138億年前，在炙熱大爆炸的最初階段，我們可觀測的宇宙可能只有一個足球那么小。到今天，它向四面八方延伸超過460億光年。如果宇宙在膨脹，那么人類是否會跟著膨脹？

這是一個深刻的問題，它的答案可能不是你所期望的。

當愛因斯坦第一次提出他的相對論時，它永遠地改變了我們對空間和時間的看法。空間不像三維網格那樣是固定的，時間也不是一個持續流動的實體。相反，我們體驗空間和時間是相對的：你在空間中的運動影響你在時間中的運動，反之亦然。

這是狹義相對論的核心思想，它使我們拋棄了“絕對空間”和“絕對時間”的舊觀念，取而代之的是時空概念。無論觀察者處于靜止還是處于運動狀態，狹義相對論都能完美地發揮作用，它代表了理解宇宙的巨大飛躍，超越了牛頓最初的運動定律。

但狹義相對論卻不包括引力。愛因斯坦花了十多年時間才把引力納入其中，把我們從狹義相對論帶入廣義相對論。與狹義相對論中的平坦時空不同，物質和能量的存在使得時空成為動態實體。宇宙不再是靜態的，它可以膨脹或收縮，這取決于其中的物質。物質和能量告訴時空如何彎曲，彎曲的時空又決定了物質和能量如何運動。

愛因斯坦的理論于100多年前首次提出，經過了一系列大量的實驗和觀察，得到了驗證。廣義相對論不僅適用于我們的太陽系，還適用于星系、星系團，甚至適用于整個宇宙本身。

從愛因斯坦的方程中，我們可以知道宇宙不能保持靜止狀態。1922年，亞歷山大·弗里德曼證明了這一點，他從愛因斯坦的理論中推導出弗里德曼方程，這是一個支配宇宙膨脹的方程。

就在第二年，埃德溫·哈勃測量了到仙女座的距離，確定了這個“螺旋星云”實際上遠在銀河系之外。隨后，他測量了大量星系的距離，同時獨立地獲得了來自它們的光的測量值。他發現，星系越遠，發出的光就越紅。宇宙本身正在膨脹，而這種膨脹是觀察到的來自遙遠地方的光的紅移的原因。

根據我們的測量，宇宙的膨脹速率(目前仍有爭議)大約是70公里/秒/Mpc，這意味著每隔一百萬秒差距，我們就會看到一個星系以70公里/秒的速度后退。一百萬秒差距大約相當于330萬光年，如果我們把它縮小到12700公里的地球大小，我們預計地球會以每秒0.1毫米的速度膨脹。

但是，我們的詳細測量表明，至少在地球上，物體不會膨脹。LIGO引力波探測器對小于質子寬度0.1%的距離變化很敏感。量子力學實驗可以測量原子的性質，精確到十億分之一，而且可以比較幾十年甚至一個世紀的精確測量結果。最后的結果是，地球和它上面的原子都不會發生膨脹。

與宇宙膨脹相反的是引力，它能使系統產生聚攏。對于任何約束系統，引力所產生的動力比膨脹的宇宙所能產生的動力更大。你會經常聽到物理學家說：只有邊界物體之間的空間才會膨脹，對于被束縛的物體本身，起作用的力壓倒了宇宙的動力學，因此膨脹被克服了。