不到一百年前，天文学家还认为银河系是宇宙中唯一的星系，望远镜捕捉到的模糊星云则都是银河系范围内的气体云各种结果表明，宇宙是静态的，并没有随时间推移而变化

天体物理学家曾经相信宇宙是静态的，只包含银河系，但后来的科学研究明确表明，事实并非如此。

一个例外是美国天文学家维斯托斯里弗的发现早在 1912 年，他就注意到仙女座星云正以每秒 300 公里的速度向太阳移动为了确定这一点，他利用了多普勒效应，即由于波源的运动而引起的波动频率变化在听到救护车或喇叭移向或远离我们的时候，我们都会感受到多普勒效应如果移向我们，声波会被压缩，音调也会更高，如果远离我们，声波会被拉长，音调也会降低光波也是如此斯里弗推测，仙女座星云正在向我们移动，因为它的光移到了光谱的蓝端

斯里弗是对的我们现在知道，仙女座星系不仅在向我们移动，而且将在大约四五十亿年后与银河系碰撞 —— 形成银河仙女座星系

到 1917 年，斯里弗测量了其他几个星云的径向速度，得出结论称，它们正在红移，即远离我们在欧洲，几乎没有科学家听说过斯里弗的研究结果即使在美国，他的观点也存在争议1917 年，爱因斯坦用全新的广义相对论提出了现代的第一个宇宙模型，他假设宇宙是静态的

1920 年的大辩论

1920 年 4 月 20 日，在美国国家科学院的赞助下，威尔逊山天文台的哈洛沙普利与匹兹堡阿勒格尼天文台的希伯柯蒂斯展开了一场辩论，探讨星系的本质星云究竟是不是银河系外的岛屿宇宙银河系是不是唯一的星系，被浩瀚的真空所包围这次辩论被称为沙普利—柯蒂斯之争，也被称为世纪天文大辩论这是一个有力的例子，说明了初步数据可以用各种不同的方式进行解释，而所有这些方式似乎都是合理的另一方面，这也说明了为什么更好的数据对于健全的科学研究是至关重要的

沙普利认为，银河系比大多数人想象的要大得多，因此有足够的空间容纳所有的星云柯蒂斯提出了相反的观点，认为星云是银河系之外的其他星系尽管沙普利似乎在这场辩论中占了上风，但最终的结果并不是决定性的

哈勃的标准烛光

埃德温哈勃正是在这时候介入了，他想要彻底结束这场争论

哈勃利用威尔逊山天文台的 2.54 米胡克望远镜，在其他星云中发现了天文学家所说的标准烛光，也就是具有已知亮度的光源想象一下，在一个黑暗的夜晚，你把相同的手电筒放在空旷场地的不同距离上，通过测量它们的相对亮度，就可以利用平方反比定律来确定它们与你的距离

哈勃在许多星系中都发现了标准烛光:一类被称为造父变星的恒星具有非常典型的脉动周期哈佛大学天文台的亨丽爱塔勒维特在造父变星方面做出了杰出的贡献，发现了这类恒星的周光关系，使得后来的天文学家能够计算地球与遥远星系间的距离从邻近的光源开始，哈勃构建了一个宇宙距离阶梯，用他确定的标准烛光测量更遥远的星系距离

1924 年初，哈勃写信给沙普利，表示自己在仙女座星云中发现了造父变星沙普利立刻明白，他对宇宙的观点已经过时到 1924 年底，哈勃已经在仙女座星云和其他 22 个螺旋星云中发现了几十个造父变星，它们之间的距离达数百万光年大辩论结束了:宇宙是由岛屿宇宙组成的，这些星系相距遥远不过，此时的宇宙仍然是静态的

从静态宇宙到哈勃定律

同时，一些宇宙理论模型提出了与爱因斯坦相反的观点宇宙会伴随着时间而改变

1917 年，荷兰天文学家，物理学家威廉德西特提出，一个拥有宇宙学常数的空宇宙将以指数级速度膨胀

1922 年，俄罗斯宇宙学家亚历山大弗里德曼提出，即使没有宇宙学常数，宇宙也可以膨胀和收缩，这取决于宇宙中含有多少物质几年后，比利时神父兼天体物理学家乔治勒梅特提出了一个原始原子模型，在这个模型中，宇宙从一个巨大的放射性中子球的衰变中诞生，并继续膨胀，产生星系和恒星

这些理论或许很令人兴奋，但只有数据才能给理论注入生命经过细致的研究，1929 年，哈勃和他的助手米尔顿赫马森宣布，他们的观测结果支持了宇宙正在膨胀的观点哈勃确定了他所需要的标准烛光 —— 在 46 个星系中那些非常明亮的恒星，甚至比造父变星还要亮他得出结论，星系彼此远离的速度与它们的距离成正比这种关系原先被称为哈勃定律，现在被改为哈勃—勒梅特定律，是描述宇宙如何膨胀的理论基础

宇宙膨胀并不像炸弹爆炸

人们常常把宇宙的膨胀与炸弹的爆炸相混淆，但二者毫无相似之处炸弹有一个爆炸中心，弹片会从这个中心点飞离，周围空间则作为背景保持固定相比之下，宇宙的膨胀就是空间本身的膨胀，就好比你脚下的地面开始向两个方向伸展，连同地面上的一切也开始互相远离就像一个摆着许多课桌的教室，当地面延伸时，课桌也会移开距离如果每张课桌都是一个星系，那么伴随着空间的膨胀，所有星系都会彼此远离没有哪个比另一个更重要

在膨胀的宇宙中，没有哪一点比其他任何一点更重要回溯宇宙的历史，所有的点最终都汇聚在一起，那是大爆炸的时刻，发生在大约 138 亿年前，标志着宇宙膨胀的开始

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