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图片来源：bigthink
宇宙膨胀是非常宏观的概念，它体现为相距遥远的星系之间会相互远离，远离的速度大致正比于两个星系之间的距离。
天文学中用“哈勃定律”来描述相互远离的速度v与两星系距离d之间的关系：v=H0d。其中 H0≈70千米/(秒·百万秒差距)，称为“哈勃常数”。这个公式意味着相距1百万秒差距（Mpc，天文距离单位，约等于326万光年）的两个星系之间会以大约70千米/秒的速度相互远离。
而在小尺度上，物理系统虽然也受宇宙膨胀影响，但物体或星体之间的距离不会因为宇宙膨胀而越来越远。请注意，不是远离的速度很小以至于我们察觉不到，而是根本不会因为宇宙膨胀而持续远离。
比如地球和太阳之间的距离是1.5亿千米，如果代入哈勃定律计算，会算出二者将以每年10米的速度相互远离。而天文观测显示地球和太阳之间距离的变化只有每年几厘米的数量级（主要是太阳的质量由于聚变反应在流失，所以引力减小，轨道变大）。所以哈勃定律，或者说宇宙膨胀效应，在较小的空间尺度上是“失效”(宇宙膨胀存在，但物体间距离不会因为宇宙膨胀的影响而拉长）的。
那么为什么它“失效”了呢？
这是因为在较小尺度上的物理系统通常都是强束缚系统。引力把各个天体束缚在了一起。比如地球和太阳的天体系统，太阳对地球的引力提供了地球绕太阳做圆周运动的向心力。宇宙膨胀对这个系统的影响是使地球有一个远离太阳的趋势，相当于给地球提供了一个与引力方向相反的“惯性力”。这个惯性力的大小与距离正相关。在日地距离上，这个惯性力远小于日地的引力，引力减去惯性力能够提供地球绕太阳运动的向心力。所以这仍是一个稳定的圆周运动系统，地日之间距离不会越来越远。只不过力学平衡位置与没有宇宙膨胀效应的系统相比略有不同，轨道半径略大一些。
本文摘自《科学世界》2023年第12期
作者 | 王清扬
新媒体编辑 | 张丽君
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