哈勃定律|哈勃定律的提出，究竟经历了几代人的努力
我们听过的最震惊的事实之一是：空间本身（宇宙的构造）是变化的 。 物质会使空间弯曲变形 ， 运动的物质变换着性质 ， 波以光速穿越宇宙 。 宇宙中的时间与空间并非彼此独立、一成不变 ， 而是被链接在一起组成我们称之为时空的实体 。
二十世纪20年代关于宇宙的最惊奇事件之一是当时的许多科学家提出了一个非常激进的观点 ， 即随着时间推移 ， 空间会由于扩张或者收缩发生根本性的变化 。 这种观点并不是横空出世 ， 它有着数据上的绝对支持 ， 数据表明：星系距离我们越远 ， 越以更快的速度远离我们 。 按照爱因斯坦广义相对论 ， 宇宙必然是在扩张 。 自1929年之后 ， 我们便舍弃了这一观点 。
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图为扩张的宇宙中物质（顶部） ， 辐射（中部）以及宇宙学常数（下部）是如何随时间变化的 。 注意！右边是扩展率是如何变化的 。 按照宇宙常数 ， 膨胀率没有下降 ， 膨胀指数便会增加
几代人后 ， 远处似乎在远离我们的天体的平均速度与天体和我们的距离成正比 ， 这一法则因埃德温·哈勃被称为哈勃定律 。 直到今天 ， 关联视向速度与距离的常数也被称为哈勃常数 。
但是从历史的角度来看 ， 埃德温.哈勃并不是第一个发现这个规律的人 。 尽管哈勃在1929年发表了一篇卓越的论文 ， 详细说明红移—距离关系的比例常数 ， 但是两年前比利时的科学家乔治·莱默特（GeorgesLema?tre）对哈勃的部分数据做出分析得出了相同的结论 。 于是 ， 天文学家称这种关系为哈勃—莱默特定律 。 但是 ， 究竟是谁发现了宇宙扩张的故事更加扑朔迷离 。
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广义相对论的数学基础十分复杂 ， 且广义相对论本身也为其等式提供了许多可能的解决方案 。 但是仅当我们确切描述宇宙中的条件时 ， 并且将理论预测与观测的结果相比较 ， 才可以提出物理学的理论(T. PYLE / CALTECH / MIT / LIGO LAB) 。
首先 ， 我们从爱因斯坦1915年首次提出的广义相对论讲起 ， 他认为当物质距离较大且质量较小时 ， 这时牛顿定律无法解释 ， 但爱因斯坦引力理论的简化结果符合实际观测与实验的预测结果 。 水星的行星轨道便是第一个牛顿无法解释的问题 ， 其次是日食期间星光的弯曲 ， 但爱因斯坦成功了 。
根据他的理论预测 ， 静止的宇宙是不稳定的 ， 它必须膨胀或收缩 ， 但是爱伊斯坦并没有接受这一正确的结论 ， 他否定了它 ， 并且认为宇宙是静止的 ， 为此他提出宇宙常数来弥补理论缺陷 ， 这导致了其被称为爱因斯坦的“最大失误” 。
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Vesto Slipher首先指出 ， 一般来说星系距离我们约远 ， 便会约快地远离我们 。 多年以来 ， 这种奇怪的解释直到哈勃望远镜的出现才将所有的线索整合到一起：宇宙正在膨胀 。 (VESTO SLIPHER, (1917): PROC. AMER. PHIL. SOC., 56, 403)
早于爱因斯坦之前 ， 维斯托·斯利珀（Vesto Slipher）的观测结果对宇宙膨胀的研究具有重要意义 。 在20世纪初期 ， 斯利珀用望远镜上的光谱仪观测到了当时被称为“螺旋星云”的东西 。 他根据不同的波长来分辨来自不同星系的光 ， 能够识别原子内部的光谱线 。
斯利珀知道原子是如何工作的 ， 就可以根据波长测量星云的变化：如果它们远离我们 ， 则变红；如果它们靠近我们 ， 则变蓝 。 这些旋转星云的速度非常快以至于无法与银河系结合 ， 大多数都变红了 ， 少部分也比其他的天体运动速度快得多 。 他的结果显示这些星云有着自己的星系 ， 并且大多远离着我们 。 但是斯利珀从来没有把这些问题放在一起考虑 。
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图为宇宙膨胀的可能结果 。 注意过去模型的差异 ， 只有具有暗能量的模型才符合我们的观察结果 ， 而暗能量主导的模型是de Sitter于1917年提出的 。 (THE COSMIC PERSPECTIVE / JEFFREY O. BENNETT, MEGAN O. DONAHUE, NICHOLAS SCHNEIDER AND MARK VOIT)
后一个做出巨大贡献的是威廉·德·西特（Willem de Sitter） ， 他于1917年表明：如果设定为由爱因斯坦的宇宙学常数主导的广义相对论宇宙 ， 宇宙会膨胀的 。 更令人震惊的是膨胀的性质：不受干扰、指数型增长且永久进行 ， 这意味着物质离我们越远则远离我们的速度越快 。
尽管没有充分的证据证明宇宙是在膨胀的 ， 但德西特指出 ， 就算是按照爱因斯坦的广义相对论设想 ， 宇宙也应当是膨胀的 。 （更令人惊讶的是 ， 他所描述的膨胀类型似乎是宇宙中的暗能量） 。
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