图:约翰·哈格迈耶 摄,1931 / 亨廷顿图书馆(公有领域)
埃德温·哈勃
Edwin Hubble1889–1953 · 生于美国密苏里州马什菲尔德 · 美国
把宇宙的边界推到银河系之外、并发现它正在膨胀的人
「随着距离增加,我们的知识迅速黯淡下去。最终我们抵达朦胧的边界——望远镜能力的极限。在那里,我们测量的是影子,我们在幽灵般的测量误差之间搜寻同样虚无缥缈的路标。」
—— 《星云世界》(The Realm of the Nebulae, 1936)结语
1919 年,一个刚脱下军装的年轻人来到加州威尔逊山,接手了当时地球上最大的望远镜。十年之内,他做成了两件事:把宇宙的尺度扩大了不知多少倍,又证明这个放大了的宇宙正在膨胀。人类关于自身位置的观念,在他手里被改写了两次。
跳高、拳击与一纸法学学位
哈勃 1889 年生于密苏里州,后随家迁到芝加哥附近的惠顿。他是个出色的运动员:1906 年的一场中学运动会上,他一天拿下七个第一,并创下伊利诺伊州跳高纪录;进芝加哥大学后他打校篮球队,还练拳击(至于劝他转职业拳手的说法,多半是他自己的加料)。
1910 年他拿到罗德奖学金去牛津大学女王学院,读的却是法学。三年后回国,他带回了斗篷、烟斗和一口终身没改掉的英国腔。他自称在肯塔基州做过一阵律师,但传记作者查不到执业记录;有据可查的是,他在印第安纳州新奥尔巴尼中学教西班牙语、物理和数学,兼任篮球教练。
然后他掉头回到天文学。多年后他解释:他抛下法律去做天文,因为他明白,即使自己只是二流甚至三流的,要紧的仍然是天文学(语出美国科学院为他撰写的传记回忆录)。1917 年他在芝加哥大学拿到博士学位,当晚就去参军——一战末期他在法国驻扎,没赶上真正的战斗。
一百英寸
1919 年,天文学家海尔把他招进威尔逊山天文台。那里架着 1917 年建成的 100 英寸胡克望远镜,此后三十年一直是世界最大——哈勃拿到了当时人类最好的眼睛。
而摆在这只眼睛面前的,是天文学最大的悬案。1920 年 4 月,沙普利与柯蒂斯在华盛顿上演了那场「大辩论」:夜空里那些旋涡状的「星云」,究竟是银河系内的气体旋涡,还是与银河系平起平坐的遥远「岛宇宙」?双方各有证据,谁也说服不了谁。争论的本质是一个测量问题——它们到底有多远。
VAR!
1923 年 10 月,哈勃在仙女座星云的一张底板上标出一个疑似新星的亮点。核对旧底板后他发现,这颗星在规律地明暗变化——那是一颗造父变星。
造父变星是当时唯一可靠的「标准烛光」:勒维特早已发现,它们的光变周期与真实亮度严格挂钩。知道真实亮度,再量出看上去有多暗,距离就出来了。哈勃在底板上划掉原来写的「N」(新星),改写成一个感叹号:VAR!
算出的距离约九十万光年(今天的数值约二百五十万光年,但结论性质不变):无论采用哪一派对银河系大小的估计,仙女座都远在银河系之外。1925 年元旦,这个结果在美国天文学会年会上宣读。大辩论终结了。宇宙从「一个星系」变成「无数星系」,银河系降格为其中普通的一个。
星系在退行
下一步来得很快。斯里弗早在 1910 年代就用光谱仪测出,多数旋涡星云的谱线朝红端移动——它们在远离我们。但那时没人知道它们有多远,红移也就无从解释。现在哈勃有了距离。
1929 年,他与助手赫马森把红移与距离放在一张图上,得到一条直线:星系的退行速度正比于它的距离。这就是哈勃定律,。
需要如实说明的是,比利时神父兼物理学家勒梅特 1927 年已从广义相对论导出膨胀宇宙解,并用已有数据估算过这个系数——只是论文刊在一份影响有限的比利时期刊上,且 1931 年的英译版恰好略去了那几段。2018 年,国际天文学联合会经会员投票,建议改称哈勃-勒梅特定律。
爱因斯坦当年为了让方程给出一个静止的宇宙,特意加进了宇宙学常数。1931 年 1 月他到威尔逊山访问,与哈勃一同登山、参观那台望远镜,此后不久便公开放弃了这一项。至于那句流传极广的「我一生最大的错误」——它出自伽莫夫在爱因斯坦身后的转述,爱因斯坦本人的论文、书信与手稿中至今找不到出处,近年考证对它相当存疑。可以确定的只是:他确实视这一项为严重失误。
没有奖章的结局
哈勃余生一直介意一件事:诺贝尔物理学奖不授天文学。他为此游说多年,甚至雇过公关。1953 年他确实获得提名,但评奖委员会认定天文学工作不属于物理学奖范畴;就在那年 9 月 28 日,他突发脑血栓去世,享年六十三岁。妻子格蕾丝没有举办葬礼,也从未透露他的安葬之地。
三十七年后,一架望远镜被送上近地轨道,用他的名字命名。它拍下的深空照片里,每一个光点都是一个星系——那是他从威尔逊山上打开的那扇门。
代表方程
哈勃-勒梅特定律
一个星系离我们越远,退行得越快,而且是严格成正比。这不是星系在空间里四散奔逃,而是空间本身在被拉长。
哈勃时间
把膨胀倒放回去,所有星系汇聚到一点所需的时间——这是宇宙年龄的第一个粗略估计,也是「宇宙有开端」这个念头的第一个数字。
伟大发现
出处
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