科学探索|我们如何知道宇宙正在膨胀？我们如何知道宇宙正在膨胀？

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。一个例外是美国天文学家维斯托·斯里弗的发现。

宇宙为什么会膨胀？科学家找到原因，熵增才是宇宙的动力
【科学探索|我们如何知道宇宙正在膨胀？】

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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。
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（或观测者）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”（Milkdromeda）星系。
到1917年，斯里弗测量了其他几个星云的径向速度（物体向观察者方向移动的速度分量），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”（Great Debate）。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（光的强度与光源距离的平方成反比）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。