我们现有的存在中最令人震惊的事实之一就是宇宙本身的结构从来不是一成不变的。质量可以扭曲空间；运动的质量影响空间的特性；空间所受的影响像涟漪一样以光速在宇宙中流动。空间和时间并不是宇宙独立的、不变的属性，而是连接在一起的单一的整体，称作时空。
空间的膨胀或坍缩是物质宇宙的必然结果。但空间膨胀的速率以及它随时间在数量上的变化还是要取决于宇宙中的物质。(NASA / WMAP SCIENCE TEAM)
上世纪20年代，宇宙中最大的惊喜之一出现了，一些科学家提出了一个新的、不同凡响的观点：随着时间的推移，空间可以通过膨胀或收缩彻底改变。这不是什么天方夜谭，相反，有大量的数据能够支撑这一观点，数据表明，一个星系距离我们越远，它退行的速度越快。按照爱因斯坦广义相对论的观点来讲，这个现象意味着宇宙在膨胀。自1929年以来，我们还没发现能够推翻这个结论的事实。
这幅图展示了在一个膨胀宇宙中的物质（上方）、辐射（中间）、宇宙学常数（下方）随着时间的演变情况。图片右侧展示了它们所对应的膨胀速率的演变情况；在宇宙常数下（它在膨胀时，或者在宇宙常数存在时，会发生什么），膨胀速率根本不会下降，反而会导致宇宙呈指数扩张。(E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)
一个遥远物体的退行速度和离观测者的距离成正比。几十年来，这个简单的定理被称作哈勃定律，以埃德温·哈勃的名字命名。时至今日，将退行速度与视距关联起来的常数则被称作哈勃常数。
但问题是，埃德温·哈勃不是历史上第一个发现该定理的人。尽管是他本人在1929年发表了一篇出色的论文，其中详细列举了红移-距离关系和联系两者的比例常数。但是在发表这篇文章两年前，比利时的科学家乔治·勒梅特（Georges Lemaître）基于哈勃的一部分数据就完成了和哈勃相同的工作。为了纪念他，天文学家们称这种关系为哈勃-勒梅特定律。但是，究竟是谁发现了宇宙在膨胀，其背后的故事却更加扑朔迷离。
广义相对论的数学原理非常复杂，而且有许多可能的解满足广义相对论方程。但是，只有当某个解的形式，能够明确描述宇宙的性质并且它的预言能够和我们观测和测量结果相比较时，这时我们可以说广义相对论真正成为了一个物理理论 (T. PYLE/CALTECH/MIT/LIGO LAB)
从爱因斯坦在1915年首次提出了广义相对论开始谈起。广义相对论在大尺度、小质量的情况下，可以简化为牛顿运动定律。广义相对论成功解决了牛顿定律无法解释的实验和观测数据。从水星轨道进动到日食期间星光的弯曲传播，牛顿定律失效的地方，爱因斯坦成功了。
然而，爱因斯坦意识到，他的理论预言的静态宇宙是不稳定的，它要么膨胀要么坍缩。但爱因斯坦并没有接受这个有力的预测，相反，他拒绝了这个假设，他认为宇宙一定是稳定的。他引入了他的宇宙常数来试图解决这个问题，这导致了他后来所说的他在整个物理学中“最愚蠢的错误”。
一个星系离我们越远，那么它的退行速度一般也越快，是斯里弗第一个发现的。多年来，这种解释一直无法成立，直到哈勃的观测将所有的困惑都放在一起解决，大家才广泛接受宇宙在膨胀。(VESTO SLIPHER, (1917): PROC. AMER. PHIL. SOC., 56, 403)
甚至是在爱因斯坦之前，维斯托·斯里弗（Vesto Slipher）的很多观测结果都对现行的宇宙膨胀的发现很有帮助。20世纪初，斯里弗用他的望远镜上的一种新设备——摄谱仪，观察当时被称为“旋涡星云”的目标。通过将这些星系发出的光分解成各自的波长，他可以识别出来自星系内部原子的光谱线。
既然我们已经知道了原子的工作机制，就可以测量原子线系的移动来推断其寄主的运动情况：如果它们整体向红颜色偏移，那么这些原子是在远离我们；如果它们整体向蓝颜色偏移，那么它们在向我们靠近。这些漩涡星云速度如此之快，以至于无法被我们的银河系束缚；大多数是红移，也就是在远离我们；其中的一些移动得比其他目标快很多。这个结果意味着这些星云是独立的星系，而且大多数都在远离我们。但斯里弗没有将这些结果放在一起考虑。
宇宙膨胀可能的命运。注意不同模型对于过去描述的差异；其中只有一个模型和我们充斥着暗能量的宇宙相匹配，这就是德西特1917年提出的暗能量主导的广义相对论解。(THE COSMIC PERSPECTIVE / JEFFREY O. BENNETT, MEGAN O. DONAHUE, NICHOLAS SCHNEIDER AND MARK VOIT)
另一位对发现宇宙膨胀做出了重大贡献的人就是威廉·德西特（Willem de Sitter），他1917年提出，如果广义相对论的宇宙模型由爱因斯坦宇宙常数主导的话，宇宙就会膨胀。更令人担忧的是膨胀的性质：是不间断的，永久持续的，呈指数的，这意味着一个物体距离我们越远，被推离我们的速度就越快。
尽管没有充分的观测证据能证明宇宙在膨胀，但如爱因斯坦所构思的一样，德西特向我们展示的广义相对论的宇宙模型能够预言宇宙的膨胀。（这样说来也许更有意义一些，德西特所描述的那种膨胀宇宙正以暗能量的形式存在于我们现如今的宇宙中。）
弗里德曼第一方程按照现代物理学符号来表示，左边详细描述的是哈勃宇宙膨胀率和时空的演化，右边包括了所有不同形式的物质和能量以及空间曲率。这个1922年由弗里德曼推导出的方程是现今宇宙学最重要的方程(LATEX / PUBLIC DOMAIN)
1922年，物理学家亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）发表了一篇轰动学界的文章：以真实宇宙的情况求解广义相对论。广义相对论第一次有了一个充满着“材料”的统一解。这种材料可以是物质、辐射、空间曲率、宇宙常数、或者任何你能想象到的东西。
他发现，在所有情况下，宇宙要么在膨胀要么在坍缩。即便如果宇宙充满着“材料”或者完全是空的，也不是静态宇宙，静态宇宙是不稳定的。就斯里弗的观测和1920年夏普利和柯蒂斯的大辩论来说，其中的理论和观测数据都支持宇宙在膨胀这一说法。
这是1887年对仙女座大星云的观测结果，仙女座大星云是第一个被发现有旋臂结构的近邻大星系。图片之所以显示的完全是白色，只是因为它是在未经过滤的光线下拍摄的，而不是在红、绿、蓝三色中，然后把这些颜色加在一起。即便总是随机出现例如新星和超新星这样的变星和瞬变事件，所有的这些可辨认的特征自从被观测到的131年以来，从未发生过改变。(ISAAC ROBERTS)
然而，在95年前，一切都发生了翻天覆地的变化：埃德温·哈勃（Edwin Hubble）做出了也许是整个天文学历史上最重要的一次观测，他在仙女座大星云中寻找突然爆发的恒星，他想那可能是新星。1887年的图像已经揭示了仙女座星系的螺旋结构，哈勃试着找出其中的新星来测量仙女座离我们的距离。一颗、两颗、三颗。
直到他发现第四颗，神奇的事情发生了，第四颗和第一颗的位置一样。要知道新星是不可能有这么快速的光度变化的，他兴冲冲地划掉了新星“N”的标记，用红笔写下了“VAR”。基于勒维特（Henrietta Leavitt）先前对变星的研究，哈勃计算出了仙女座大星云离我们的距离，得出的结论是它离银河系中任何东西都远得多，是一个独立的星系。而所有的漩涡星系也一样。
这是将所有谜团拼在一起的关键证据，证明了宇宙在膨胀。
这是哈勃在仙女座星系中发现的造父变星M31，这颗造父变星为我们提供了河外星系所需的观测证据，也使人类认识到了一个新的宇宙——膨胀的宇宙。(E. HUBBLE, NASA, ESA, R. GENDLER, Z. LEVAY AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM)
哈勃和他的助手米尔顿·赫马森（Milton Humason）继续收集了更多漩涡星系里的变星数据，来测量这些漩涡星系的距离。到20世纪20年代末，他们有了足够多的星系数据，这些数据有的来自同样密切关注着此项工作的科学家。综合了各方的观测结果，哈勃发现了星系距离和红移之间的关系，如果我们当时知道的话，这一证据足够得出宇宙在膨胀的结论。
乔治·勒梅特（Georges Lemaître）是历史上第一个完成这项工作的人。1927年，他的文章发表在一家不知名的报纸上，所以在当时很少有人知道这件事。美国科学家霍华德·罗伯逊（Howard Robertson）在1928年独立发表了他的结论，指出宇宙在膨胀，并且粗略计算出了膨胀速率。不过哈勃有大量的数据，1929年，他发表了他的突破性进展，获得了绝大部分荣誉。
1929年哈勃观测的原始数据和后续更详细的观测数据，清晰地显示了红移-距离关系。尽管后续的数据有一定的不确定性，但与前人和同行相比，他的结论具有无法超越的优势，他给出的关系与现代更远的观测结果几乎完全相同。(ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L))
我们叫了几十年的“哈勃定律”被重命名为“哈勃-勒梅特定律”。其意义并不是单纯的为了赞扬那些已经逝去几十年的人，而是希望人们能够了解到科学家们是如何发现支配宇宙运行的规律和规律自身的。我个人喜欢略去所有物理定律中的人名的，这样就可以简单明了的知道这些规律在说什么，比如红移-距离关系，在发现宇宙在膨胀的过程中，不是一两个人的突破性发现，也有我本文列出的所有科学家和未能提及的其他科学家的贡献。说到底，重要的是我们对宇宙运行的基础知识的掌握，这也是科学研究的最终产物，其他一切都只能证明人类徒劳攫取荣耀的弱点罢了。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. Ethan Siegel-李海琪
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