他改變了人們對宇宙的看法，現今的天文學家正沿著他所開創的方向研究宇宙，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
埃德溫·哈勃生於美國密蘇里州。他在芝加哥大學學習，直到畢業多年以後，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，他一口氣贏得了撐杆跳、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，哈勃實現了自己的夢想，來到芝加哥天文臺學習和工作，1917年從這裡獲得博士學位後，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，但在博士畢業答辯後，因一戰爆發，他參了軍，1919年，他身著一身軍裝來到了威爾遜山天文臺。
哈勃和他的妹妹露西
哈勃很幸運，他在恰當的時間來到了一個恰當的地方。當時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。
胡克望遠鏡
在其後的10年裡，哈勃著手研究有關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，它正在以什麼方式運動。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，在白天還要面對繁複而毫無生氣的數字，對一般人來說，這是一個寂寞難耐的工作，但哈勃卻痴迷其中。
在這一時期，著名天文學家、哈佛大學的哈羅·沙普利（Harlow Shapley），後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」特徵的紅巨星，通常又被稱為標準燭光星。在燃燒剩餘燃料的過程中，造父變星不僅非常明亮，亮度的明暗變化也有著特定的週期，因而很容易辨識它們。
造父變星 概述圖 圖源：百度百科
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。沙普利得到的結果是，銀河系的寬度是30萬光年，然而根據現在的測量結果，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，由於沙普利的聲望，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，利用胡克望遠鏡先後觀測了包括仙女座、三角座在內的幾個渦旋星系，測量它們到地球的距離。
1923年10月他有了第一個新發現，這是仙女座星座M31星雲中的一顆新星。他仔細地反覆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，於是，他利用勒維特的方法測量這個變星的距離。他發現這顆變星所在的M31星雲與地球的距離竟然有百萬光年之遙。一開始，他對自己得到的結果表示懷疑，接著，他又考察了包括三角座在內的其他幾個渦旋星系，發現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恆星。
哈勃所觀測到的結果表明，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。
哈勃的發現遭到了包括沙普利為首的許多天文學家的反對。儘管如此他還是把觀測結果和想法發表在《紐約時報》上。他把論文正式遞交到美國天文學會，並於1925年3月15日正式發表在《美國國家科學協會公報》上。《紐約時報》稱這是一個重大發現，且在報道中說：「哈勃博士發現的渦旋星雲，證實它也像我們自己的（銀河系）一樣，是一個‘宇宙島’世界。」後來的天文觀測證實哈勃是對的。哈勃的發現，把人們對宇宙前沿的認識向外擴展了幾百萬光年。由於這一偉大的發現，哈勃榮獲了美國科學學會獎和波頓·利文斯頓委員會頒發的獎金。
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，對過去發現的星系逐個做了重新考察，他發現，從遙遠星系發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」現象，是光源在遠離我們移動的結果。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。
有了這個發現，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。經仔細研究，他發現了一個重要的規律，這就是「星系彼此遠離的速度與它們之間的距離成正比」。
後來這個規律被稱為「哈勃定律」，而速度與距離的比值就是「哈勃常數」。
哈勃定律 原理圖 圖源：百度百科
哈勃隨後的一個結論就更是驚天動地，他說：「這意味著，宇宙可能開始於一次令人難以置信的大爆炸，也就是宇宙大爆炸。」
關於宇宙大爆炸，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，得到了同樣的結論。
1927年，勒梅特首先得到了愛因斯坦引力場方程的解，根據這個解的性質，他指出宇宙在膨脹，同時也最先提出宇宙起源於一個「原始原子」，由於這個不穩定的「原始原子」發生的大爆炸，創造了現今的宇宙，致使宇宙至今還持續膨脹著。可惜的是，勒梅特的論文發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。
勒梅特
哈勃的這一發現造成了轟動，顛覆了過去傳統天文學界的看法，宇宙並不像人們所想象的那樣，是穩定靜止的。在哈勃的發現之前，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於穩定之中，「為維持宇宙的穩定」，特意在方程中添加了一個宇宙項。
在得知哈勃的結果之後，愛因斯坦特意來到威爾遜山與哈勃會面，以表達他的感激之情，並稱自己「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·麥可遜，第五人就是愛因斯坦，攝於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個河外星系的資料，這些結果都符合哈勃定律而無一例外。哈勃對宇宙膨脹的發現，證實了義大利天文學家勒梅特關於宇宙起源的假設，他與勒梅特兩人共同推動了天文學的進展，引發了宇宙大爆炸理論的出現，並由此開創了宇宙學。
哈勃與發現「紅移」的天文望遠鏡的合影
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的區別。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。
哈勃常數標誌著宇宙膨脹的速度，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。由於這個距離加在了哈勃常數單位的分母上，「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正是宇宙膨脹沒有中心的表現。
哈勃把一生奉獻給了天文事業，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，哈勃的發現並沒有獲得應有的影響。1953年，哈勃因突發心臟病去世，在他去世後不久，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範圍。
半個世紀之後，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，也是複雜宇宙的揭秘者，正是他對遙遠星系一絲不苟的嚴謹研究，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。」
來源：《科學史上的365天》
作者：魏鳳文 武軼