离家出走的恒星

宇宙在加速膨胀

多普勒频移：在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高（蓝移）；当运动在波源后面时，会产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低 （红移）。

埋没的功臣

美国天文学家斯来弗在记录恒星光谱图上的读数时发现了一个令人惊讶的现象：恒星好像在离我们远去。斯来弗发现恒星正在发生着一种叫作“红移”的现象。

斯来弗第一个注意到了这种现象，这对于理解宇宙的变化趋势具有十分重要的意义。然而这一发现并没有引起人们的重视，以至于每逢谈到发现“恒星远去”时，人们首先想到的将是下面提到的人物。

埃德温·哈勃

1889年出生在密苏里州小镇的埃德温·哈勃有一个富裕的家庭，从小就接受了良好的教育，并且身体素质良好，富于正义感，才华出众。

他轻松地考上了芝加哥大学，攻读物理学和天文学，而他当时的系主任就是阿尔伯特·迈克尔逊，不过这并不是重点。哈勃后来声称，20世纪20年代时自己曾在肯塔基州当过数年律师，其实他是在印第安纳州当中学教师和篮球教练。哈勃爱吹牛的习惯是一些人不喜欢他的原因之一。

1919年，30岁的哈勃在威尔逊山天文台找到了个职位，由此开启了他一生中真正灿烂辉煌的时刻。哈勃发现银河系外存在着其他星系，并且宇宙正在不断膨胀，他是银河外天文学的奠基人和发现宇宙膨胀实例证据的第一人。

红移和蓝移

光同时具有波的性质和粒子的性质，因此光的表现会符合多普勒效应，光的多普勒效应又被称为多普勒—斐索效应。光波与声波不同的是，光的频率变化能够通过颜色表现出来。

来自天体的光被特定原子吸收，从而在光谱中形成暗谱线。这也就意味着可以通过暗谱线来推测出该天体上所含有的主要元素。

造父变星

哈勃在天文台工作后，开始着手研究宇宙的存在时间和范围。要想明确这两个问题，首先需要知道星系离我们有多远以及正在以怎样的速度远离我们。前文提到的红移能够帮助我们知道星系远离的速度，但我们还需要一个作为参考的目标——标准烛光。

亨利埃塔·斯旺·莱维特想出了找到这类恒星的方法，这于哈勃来说是一个莫大的好消息，莱维特注意到造父变星有节奏的搏动现象。根据现在掌握的知识，我们知道，这是已经走过“主序阶段”的恒星变成了红巨星。在燃烧剩余燃料的过程中，它们产生了一种像呼吸一样有节奏的、一明一暗的现象。

北极星是一颗造父变星，然而这种恒星是不多见的。莱维特发现通过比较造父变星的相对量级能够计算出它们的相对位置。她把它们称作“标准烛光”。

值得一提的是，同时期的安妮·江普·坎农作为一名女计算员，发明了一种恒星分类系统，这种分类法直到现在仍在使用。

突破想象力的宇宙

机智的哈勃将莱维特和斯来弗的研究结果结合在一起，使人们认识到了一个更大的宇宙。1924年，哈勃发表《旋涡星云里的造父变星》，证明宇宙中不只有银河系，还有其他大量的星系，其中许多比银河系还要大。

可见的宇宙中有1400亿个星系。天体物理学家布鲁斯·格雷戈里通过计算后发现，将星系缩小到豆子一般的大小可以填满老波士顿花园或皇家艾伯特大厅。

量天尺

造父变星是一类具有高光度、周期性的脉动变星，可以用来测量不知距离的星团、星系距离地球的距离。因此，造父变星也被称为“量天尺”。

变化的光度

测算系外星团距离

通过这种方法，我们推测出仙女座星云的距离约为220万光年，银河系的直径约有10万光年。

宇宙在扩大

哈勃是一个勇于开拓的天文学家，他不久之后又重新投入工作，开始测量远方星系的光谱。254厘米口径的天文望远镜加上聪明的头脑使这次的发现进行得特别顺利。20世纪30年代初他便取得了成果：天空中的其他星系都在远离我们而去，而且它们的速率与距离完全成正比。哈勃开始只是观测了600万光年范围的18个星系，仅凭这样少的观测成果就推导出了哈勃定律，这让人不得不叹服他敏锐的洞察力和科学的思维方式。

斯蒂芬·霍金为这一结论的出现时间感到遗憾，这一观点应该至少提前200多年提出。他认为，在牛顿之后的任何一个有头脑的人都应当明白，一个静止的宇宙是会自行坍缩的。此外，恒星不断释放的热量也会让我们在有限的空间里被烤得难以为继。

乔治·勒梅特与大爆炸宇宙论

哈勃擅长发现新东西，但对理论研究缺乏热情。哈勃没能把自己的发现与爱因斯坦的理论结合起来，他把这个机会无意中留给了一名比利时的学者——乔治·勒梅特。

勒梅特将宇宙不断扩大的现象与爱因斯坦的论断结合在一起，开发出自己的理论。他认为宇宙一开始是一个几何点——原始原子，突然之间发生爆炸，然后一直向四面八方发散开来。在这一理论中星系的退行可在爱因斯坦的广义相对论框架内得到解释。该理论后来发展完善为著名的“大爆炸宇宙论”。

运动的宇宙

宇宙从奇点发生大爆炸之后，经历了短暂的戏剧性的扩大，之后进入了无穷无尽的不断扩张之中。

暴胀：加速膨胀

极早期的宇宙视界尺度过小，按照一般膨胀的速度来发展的话，宇宙从诞生之初到现在也只不过100千米大小的区域。20世纪80年代，美国物理学家阿兰·古斯提出了宇宙暴胀理论。

这一理论认为在10-33秒内，宇宙尺度增加了1026倍，即从暴胀前的10-25厘米区域增大到了直径10厘米的大小。

星系远离的方式

宇宙膨胀经常被错误地理解为星系的扩大。事实上，膨胀理论的观点是指宇宙中星系之间距离的不断扩大，而非星系内部。