他改變了人們對宇宙的看法，現(xiàn)今的天文學家正沿著他所開創(chuàng)的方向研究宇宙，在太空巡天的一架巨型望遠鏡也是以他的名字所命名的，他就是美國天文學家埃德溫?哈勃。
埃德溫?哈勃生于美國密蘇里州。他在芝加哥大學學習，直到畢業(yè)多年以后，芝加哥大學的不少老師還記得他。這個高大而靦腆的男孩儀表堂堂，不善言辭也不喜歡交際，除了語言課，其他的成績都很優(yōu)秀。出類拔萃的體育特長，使他在校很出名，僅在 1906 年的一次田徑賽上，他一口氣贏得了撐桿跳、鉛球、鐵餅、鏈球、立定跳高、助跑跳高和接力賽的 7 項冠軍，同年又創(chuàng)造了伊利諾伊州的跳高紀錄，除了田徑，他還喜好籃球、足球和長跑，在一群熱愛長跑的男孩子中，總能看到這個高大的身影，他還是芝加哥大學高校籃球冠軍隊的主力隊員。
1914 年 5 月，哈勃實現(xiàn)了自己的夢想，來到芝加哥天文臺學習和工作，1917 年從這里獲得博士學位后，哈勃接到了加州帕薩迪納威爾遜山天文臺的邀請，這是一個絕佳的機會，但在博士畢業(yè)答辯后，因一戰(zhàn)爆發(fā)，他參了軍，1919 年，他身著一身軍裝來到了威爾遜山天文臺。
哈勃很幸運，他在恰當?shù)臅r間來到了一個恰當?shù)牡胤健．敃r的天體物理學作為一門新興的學科剛剛起步，威爾遜天文臺成為這一領(lǐng)域的觀測中心點，而當時在世界上最具威力的天文觀測工具 ——100 英尺高，口徑 2.5 米的胡克望遠鏡，經(jīng)過了近 10 年的組裝剛剛建成。躊躇滿志的哈勃脫下軍裝即投入了工作。
在其后的 10 年里，哈勃著手研究有關(guān)宇宙的兩個最基本問題，宇宙到底多大？存活了多久？要弄清這兩個問題，就要知道某個類星系距離我們多遠，它正在以什么方式運動。天文觀測日復一日、年復一年，在冬夜的山頂上，要忍受刺骨的寒風，在白天還要面對繁復而毫無生氣的數(shù)字，對一般人來說，這是一個寂寞難耐的工作，但哈勃卻癡迷其中。
在這一時期，著名天文學家、哈佛大學的哈羅?沙普利（Harlow Shapley），后來也是他所遭遇的一位最強大的競爭對手，因為剛完成了對銀河系尺度的測量而蜚聲世界。恰好這時，哈佛學院的一位天才的女天文學家亨利埃塔?勒維特（Henrietta Leavitt）提出了一個非常聰明的方法，這就是以造父變星作為天體距離的基準，這個方法成為哈勃工作的基礎。
造父變星是一種具有“心跳”特征的紅巨星，通常又被稱為標準燭光星。在燃燒剩余燃料的過程中，造父變星不僅非常明亮，亮度的明暗變化也有著特定的周期，因而很容易辨識它們。
通過造父變星在天空中不同角度的大小，可以計算出它們之間的相對位置，再利用觀察造父變星的亮度，即可以測算出所在星系與地球的相對距離。沙普利得到的結(jié)果是，銀河系的寬度是 30 萬光年，然而根據(jù)現(xiàn)在的測量結(jié)果，銀河系整體像一個中心略厚的大圓盤，直徑是 10 萬光年，中心厚度是 1.2 萬光年。在當時，由于沙普利的聲望，天文學界普遍認為，30 萬光年就是宇宙的尺度了。
從 1919 年開始，哈勃在加州威爾遜山天文臺，利用胡克望遠鏡先后觀測了包括仙女座、三角座在內(nèi)的幾個渦旋星系，測量它們到地球的距離。
1923 年 10 月他有了第一個新發(fā)現(xiàn)，這是仙女座星座 M31 星云中的一顆新星。他仔細地反復考察了過去在同一位置上，由其他天文學家也包括沙普利所拍攝的照片，辨認出這顆星是仙女座的一顆變星，于是，他利用勒維特的方法測量這個變星的距離。他發(fā)現(xiàn)這顆變星所在的 M31 星云與地球的距離竟然有百萬光年之遙。一開始，他對自己得到的結(jié)果表示懷疑，接著，他又考察了包括三角座在內(nèi)的其他幾個渦旋星系，發(fā)現(xiàn)這些星系也遠遠地越過了銀河系之外，不僅如此，它們也像銀河系那樣，自身就擁有千百萬顆恒星。
哈勃所觀測到的結(jié)果表明，實際的宇宙要比人們設想的大很多，銀河系只是宇宙眾星系之一。這個結(jié)論在當時很難叫人接受，無疑像當初由日心說代替地心說那樣，顛覆了前人對宇宙的認識。
哈勃的發(fā)現(xiàn)遭到了包括沙普利為首的許多天文學家的反對。盡管如此他還是把觀測結(jié)果和想法發(fā)表在《紐約時報》上。他把論文正式遞交到美國天文學會，并于 1925 年 3 月 15 日正式發(fā)表在《美國國家科學協(xié)會公報》上。《紐約時報》稱這是一個重大發(fā)現(xiàn)，且在報道中說：“哈勃博士發(fā)現(xiàn)的渦旋星云，證實它也像我們自己的（銀河系）一樣，是一個‘宇宙島’世界。”后來的天文觀測證實哈勃是對的。哈勃的發(fā)現(xiàn)，把人們對宇宙前沿的認識向外擴展了幾百萬光年。由于這一偉大的發(fā)現(xiàn)，哈勃榮獲了美國科學學會獎和波頓?利文斯頓委員會頒發(fā)的獎金。
哈勃的成果僅是個開始，他再次有了更大的突破。1929 年，他利用帕洛馬山天文臺的 5 米口徑望遠鏡，對過去發(fā)現(xiàn)的星系逐個做了重新考察，他發(fā)現(xiàn)，從遙遠星系發(fā)出的光波波長都變長了，譜線都朝向紅端移動，這無疑是多普勒效應在光波中的反應，稱為“紅移”現(xiàn)象，是光源在遠離我們移動的結(jié)果。哈勃由此斷定，遙遠的星系不僅在遠離我們退行，星系間也在彼此遠離。
有了這個發(fā)現(xiàn)，哈勃激動不已，他利用光譜 “紅移”量的大小，計算出遙遠星系彼此遠離的速度。經(jīng)仔細研究，他發(fā)現(xiàn)了一個重要的規(guī)律，這就是“星系彼此遠離的速度與它們之間的距離成正比”。后來這個規(guī)律被稱為“哈勃定律”，而速度與距離的比值就是“哈勃常數(shù)”。
哈勃隨后的一個結(jié)論就更是驚天動地，他說：“這意味著，宇宙可能開始于一次令人難以置信的大爆炸，也就是宇宙大爆炸?！标P(guān)于宇宙大爆炸，哈勃的說法與比利時神父喬治?勒梅特的說法如出一轍，但兩個人沿不同的途徑，一個從天文觀測，一個從理論推導，兩人殊途同歸，得到了同樣的結(jié)論。
1927 年，勒梅特首先得到了愛因斯坦引力場方程的解，根據(jù)這個解的性質(zhì)，他指出宇宙在膨脹，同時也最先提出宇宙起源于一個“原始原子”，由于這個不穩(wěn)定的“原始原子”發(fā)生的大爆炸，創(chuàng)造了現(xiàn)今的宇宙，致使宇宙至今還持續(xù)膨脹著。可惜的是，勒梅特的論文發(fā)表在一家不出名的刊物上，沒有引起人們的注意。勒梅特的理論計算和哈勃的觀測一拍即合，它們又出自同一個時期，因而對天文學有很強的震撼力。
哈勃的這一發(fā)現(xiàn)造成了轟動，顛覆了過去傳統(tǒng)天文學界的看法，宇宙并不像人們所想象的那樣，是穩(wěn)定靜止的。在哈勃的發(fā)現(xiàn)之前，愛因斯坦得知，他的引力場方程得出了一個膨脹宇宙的解，然而愛因斯坦卻認為宇宙應該處于穩(wěn)定之中，“為維持宇宙的穩(wěn)定”，特意在方程中添加了一個宇宙項。
在得知哈勃的結(jié)果之后，愛因斯坦，這位著稱于世界的老物理學家特意來到威爾遜山與哈勃會面，以表達他的感激之情，并稱自己“犯下了有生以來最大的一個錯誤”。
這次會面的合影，左起第二人是哈勃，第四人是艾爾伯特?邁克爾遜，第五人就是愛因斯坦，攝于威爾遜天文臺的圖書館。
在十多年的觀測中，哈勃一共獲得了 46 個河外星系的數(shù)據(jù)，這些結(jié)果都符合哈勃定律而無一例外。哈勃對宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)，證實了意大利天文學家勒梅特關(guān)于宇宙起源的假設，他與勒梅特兩人共同推動了天文學的進展，引發(fā)了宇宙大爆炸理論的出現(xiàn)，并由此開創(chuàng)了宇宙學。
對宇宙的膨脹人們常有一種誤解，以為宇宙星系向著四外退行就像球體的膨脹一樣，實際上，宇宙的膨脹與球體膨脹有著本質(zhì)的區(qū)別。球體膨脹是以一點為中心，向著四外脹大，但是宇宙的膨脹卻不僅沒有中心，而且是各向均勻的，或者說，宇宙的膨脹是以任何一個時空點為中心向外散開的。
哈勃常數(shù)標志著宇宙膨脹的速度，但這個“膨脹速度”與一般速度不同，在它的單位分母中多了一個“百萬秒差距”，即每百萬秒差距千米每秒。“百萬秒差距”是一個距離的單位，它的大小約為 326 萬光年。由于這個距離加在了哈勃常數(shù)單位的分母上，“宇宙常量”的意義變得與一般的速度不同。宇宙常量的值約為 68 每百萬秒差距千米每秒，這個值意味著與觀察者的距離每增加一個“百萬秒差距”的距離時，星系間的遠離速度就要增大 68 千米每秒。由此表明，離觀察者越遠，宇宙退行的速度也就越大，這個退行速度的奇特性質(zhì)正是宇宙膨脹沒有中心的表現(xiàn)。
哈勃把一生奉獻給了天文事業(yè)，他改變了人們對宇宙的認識。很可惜的是，當時的諾貝爾委員會沒能認清哈勃這一成果在天體物理學中的價值，更沒有給予足夠的重視，天文學界也沒有足夠的準備來接受這一可貴的成果，因而在當時，哈勃的發(fā)現(xiàn)并沒有獲得應有的影響。1953 年，哈勃因突發(fā)心臟病去世，在他去世后不久，諾貝爾獎委員會做出回應，把天文學成果也納入了具有評審資格的范圍。
半個世紀之后，人們開始認識到這位最偉大的世紀天文學家的重要，2008 年 3 月 6 日，美國發(fā)行郵票紀念哈勃，郵票的設計者維克多?斯塔賓在設計文獻記錄上寫道：“哈勃是廣袤宇宙的開拓者，也是復雜宇宙的揭秘者，正是他對遙遠星系一絲不茍的嚴謹研究，證明了河外星系的存在，如果不是在 1953 年突然去世，當年的諾貝爾獎非他莫屬。”
本文來自微信公眾號：原點閱讀 （ID：tupydread），作者：魏鳳文、武軼，編輯：張潤昕
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