宇宙膨胀的膨胀不是你想象中的物体变大,
这里的膨胀实际上是参考系的膨胀 [1],其中 是参考系的四速场
其反应参考系的两个临近观者之间距离的变化情况,
等价于该参考系的诱导度规对应诱导体元的膨胀 ,[2]其中 是诱导度规的行列式
简单理解就是几根参考系(无旋)的临近世界线在正交超曲面上围成一个无限小几何体,
该几何体的单位体积的体积变化率便是该参考系的膨胀
<hr/>所以膨胀和有限还是无限没有关系,而且即便是平直时空也存在膨胀非0的参考系:
考虑惯性系 中的全体沿 轴做匀速直线运动的观者组成的参考系,
其全体世界线为 ,其四速场为
,
在惯性系下计算其膨胀得 
反应不同速度的观者是互相远离彼此,宇宙膨胀的膨胀就是这个膨胀,
为更加清楚的明确两者之间联系,找该参考系的一个共动坐标系写下线元:
不难证明 面上以类光测地线为渐近线且焦点在 轴上的双曲线与该参考系正交,
立刻想到Rindler系,正好相当于和这个系交换的时空轴,
于是不难想象这个系的度规即为Rindler度规 交换 ,
即
为看清这一点,只需取双曲线的切矢为
再令 即可(其实这也是Rindler坐标变换里交换时空坐标[3])
单看前两维,其是尺度因子 的二维RW时空,
因此可以用宇宙膨胀一样的方法来计算该系膨胀:
用几何意义,RW宇宙诱导度规行列式 ,故 
这是三维情形,而我们的参考系并非各向同性,只是在 这一个维度上存在膨胀,
因此按几何意义其膨胀是单位长度的长度变化率 ,
其与体积膨胀的关系即为 ,即 ,
与按膨胀定义计算的结果一致,这就明确表示了宇宙膨胀作为参考系的膨胀并没有什么特殊性
<hr/>最后宇宙也存在不膨胀的参考系,最简单的例子,
德西特宇宙在暴涨坐标系的部分可以看成 的RW宇宙[4],
对应物质场为 的暗能量,其中 是宇宙学常数
德西特时空是稳态时空,存在稳态参考系,而稳态参考系必为无膨胀的刚性系
(比较反直觉,德西特宇宙作为膨胀最为剧烈的RW时空,却是稳态时空)
另外一般的RW宇宙似乎也存在刚性系,见[5]
In contrast, the solution for cosmological gravitomagnetism, Eq. (79), remains valid as it stands, i.e. the solution is form-invariant, when going to a new globally rigid reference frame given by a new reference FIDO 这就更体现了宇宙膨胀相对一般的非刚性系在膨胀意义上没啥特殊的 |