环球视讯:我们如何知道宇宙正在膨胀?

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。

  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。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份量),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。

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  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像的要大得多,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。

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