宇宙的膨胀究竟是在拉伸现有空间，还是在不断创造新空间，这个问题的答案取决于我们观察的对象。广义相对论揭示，宇宙的结构由其内部的能量和物质决定。对于光子等辐射而言，它们的波长在宇宙膨胀过程中被拉长，仿佛空间本身在被拉伸。然而，对于作为空间内禀属性的暗能量来说，其能量密度在膨胀中保持不变，这更像是新空间被创造出来以填补空隙。最终，这两种描述都只是帮助我们理解的类比，科学目前只能描述空间的 observable 行为，而无法定义空间的根本“是什么”。
关联时空与能量
爱因斯坦的广义相对论是理解这一问题的基础。它建立了一个核心关系：
- 宇宙中的能量（包括物质、辐射、暗能量等）决定了时空的几何形态。
- 时空的几何形态反过来又指导着能量和物质如何运动。
在一个完全空无一物的宇宙中，空间会是平直且静止的。但只要宇宙中存在物质或能量，情况就会改变。例如，单个黑洞会使其周围的空间弯曲，但这个时空结构本身是静态的，其尺度不会随时间变化。
一个动态而非静态的宇宙
我们的宇宙并非空旷或只有一个孤立的物体，而是均匀且各向同性地充满了各种物质和能量。根据广义相对论，在这样的条件下，宇宙不可能是静止的，它必须膨胀或收缩。
这一理论预测得到了观测的证实。天文学家发现，距离我们越远的星系，其发出的光抵达我们这里时红移现象就越严重。这意味着光的波长变长了，仿佛在穿越宇宙空间的过程中被拉伸了。这就是宇宙膨胀的直接证据。
在宇宙学尺度上，我们所见的宇宙在所有方向（各向同性）和所有位置（均匀性）上都基本相同。
宇宙的“成分”如何响应膨胀？
要理解膨胀到底意味着什么，我们需要检视宇宙中不同“成分”的行为：
- 物质（普通物质与暗物质）： 物质的总量是固定的。当宇宙膨胀时，承载这些物质的体积增大了，因此物质的密度会下降。
- 辐射（如光子）： 辐射不仅像物质一样被分散到更大的体积中，其自身的波长也会因为空间膨胀而被拉长。这意味着辐射的能量密度下降得比物质更快。
- 暗能量： 这是最奇特的部分。观测表明，暗能量似乎是空间自身的内禀属性。当宇宙膨胀时，暗能量的密度保持不变。
“拉伸”还是“创造”：两种有效的类比
基于以上不同成分的行为，我们可以回到最初的问题。这两种解释在不同场景下各自有效：
空间在拉伸： 这个比喻非常适合描述辐射的行为。光的波长随着宇宙膨胀而变长（红移），就像画在气球表面的波浪线，当气球被吹大时，波浪线也会被拉长。
新空间在创造： 这个比喻则能很好地解释暗能量。如果每单位空间的能量是恒定的，那么当宇宙体积增加时，为了维持总能量密度的不变，就必须有更多的“空间”被创造出来。
关键在于，没有一个单一的类比可以完美解释所有现象。将空间想象成一种可以“变薄”的织物无法解释暗能量的恒定密度；而“创造新空间”也只是一个概念，我们无法直接测量这种创造过程。
超越类比：关注可观测的现实
空间本身并不是一种我们可以直接拿来做实验的物理实体。它更像是一个背景舞台，宇宙万物在这舞台上上演。我们通过测量宇宙中的粒子和能量，来推断这个舞台的属性和演化规则。
- 对于宇宙中的所有辐射，其行为如同空间在拉伸。
- 对于暗能量，其行为如同新空间在被创造。
最终，广义相对论只能告诉我们空间“如何”表现和演化，以及它如何影响其中的能量。它无法从根本上告诉我们空间“是什么”。在试图理解宇宙时，我们必须认识到，为可测量的现象附加额外的哲学解释是没有根据的。空间既不是在“拉伸”也不是在“被创造”，它只是按照爱因斯坦理论所描述的方式存在和演化。