1925年1月1日：我们发现宇宙的那一天

日期有什么意义？严格来说，新年只是日历上一个随意翻页的日子，但它也可以是一个反思和更新的宣泄时刻。科学史上最非凡的日期之一，1925年1月1日，就是如此。你可以说那天什么 remarkable 的事都没发生，只是科学会议上例行宣读一篇论文。或者你可以认为那是现代宇宙学的生日——人类认识到宇宙真实面貌的时刻。

在那之前，天文学家对现实的看法是近视的、狭隘的。正如经常发生的那样，即使是最聪明的头脑，他们可以看到伟大的事物，却无法理解他们所看到的东西。关键证据就在他们眼前。在天空中，观测者们记录下了有趣的螺旋星云，那些看起来像幽灵般旋转的旋涡光芒。其中最著名的是仙女座星云，它如此显眼，在黑暗的夜晚用肉眼就能轻易看到。然而，这些普遍存在的物体的意义仍然是个谜。

一些研究人员推测，螺旋星云是巨大而遥远的恒星系统，“岛宇宙”，与我们的银河系相当。但许多人同样坚信，这些螺旋星云是小的、近距离的气体云。在这种观点下，其他星系——如果存在的话——远远超出了视野，就像宇宙深处潜伏的蓝鲸。或者可能根本不存在其他星系，而我们的银河系就是全部：一个定义整个宇宙的独立系统。双方的争论如此激烈，以至于引发了1920年著名的“大辩论”……结果却令人不满意地打成平局。

我们在这个宇宙中的位置的正确图景，在几年后由天文学中最著名的人物之一：埃德温·鲍威尔·哈勃（不是那个同名的人！）的工作呈现出来。从1919年开始，哈勃在加州威尔逊山天文台成为最耐心、最细致的观测者之一。而威尔逊山天文台刚刚成为天文学研究的首要据点，那里有着刚刚完工的100英寸胡克望远镜——当时世界上最大的望远镜。这是一个恰当的时间、地点、恰当的观测者的完美结合。

哈勃还受益于洛厄尔天文台的维斯托·M·斯利弗的早期研究，他是现代宇宙学中一位被低估的英雄。斯利弗发现，许多螺旋星云以极高的速度移动，远超任何已知恒星的速度，而且这些螺旋星云大多在远离我们。对斯利弗来说，这些奇特的速度提供了有力的证据，表明它们必然是独立的系统，由我们银河系之外未知的机制驱动。但斯利弗缺乏证明其解释的必要资源。他需要的是像哈勃在威尔逊山上操作的那样的大型望远镜。就在这里，我们的故事开始加速。

哈勃在理论和解释方面始终谨慎，他将科学注意力集中在螺旋星云上，但没有公开支持“岛宇宙”的解释。他宁愿等到他能够亲自拿出决定性的证据——或者如果证据指向否定，就否定。

1922年，又一个重要的谜题碎片落入到位。那一年，瑞典天文学家克努特·伦德马克观察到了他认为是M33螺旋星云旋臂中的单个恒星。不久之后，威尔逊山天文台的约翰·邓肯在同一个星云中发现了明暗会变化的亮点。这些会不会是变星，就像银河系中的变星一样，只是因为距离遥远而显得暗淡得多？

哈勃预感到答案就在眼前，于是加大了努力。他在自己喜爱的弯曲木椅上度过了无数个长夜，操纵着胡克望远镜铆接钢材的支架，以抵消地球的自转。这项努力带来了仙女座星云的高细节、长曝光图像。星云斑驳的光线开始分解成无数个发光点，看起来不像一团瓦斯，而像一个巨大的恒星蜂巢。

确凿的证据 came in 1923年10月，当时哈勃在仙女座的一个旋臂中发现了黯淡的造父变星的闪烁。这种恒星以一种规律且可预测的方式变亮和变暗，其内在光度与变光周期直接相关。仅仅通过测量这颗恒星31天的周期及其缓慢的闪烁，哈勃就能推断出它的距离。他的估计是93万光年——不到现代估计值的一半，但在当时是一个惊人的大数字。这个距离将仙女座——一个最明亮、可能也是最近的螺旋星云——置于银河系的边界之外极远的地方。

原则上，大辩论在那时就已经解决了。螺旋星云是其他星系，而我们的银河系只是一个无比浩瀚的宇宙中的一个据点。然而，故事远未结束。

哈勃一如既往地谨慎，继续寻求更多更好的证据。到第二年二月，他已经在仙女座发现了可能是第二颗造父变星，在M33中发现了造父变星，可能还有其他三个星云。现在毫无疑问了，他写信给他的头号竞争对手哈洛·沙普利——一位坚信螺旋星云很小且近的著名学者——来“揶揄”他这个消息。“你会对得知我在仙女座星云中发现了一颗造父变星感到兴趣，”信的开头这样写道。

沙普利无需再往下读就能理解哈勃话语的意义。“这封信毁了我的宇宙，”沙普利沮丧地告诉当时在哈佛大学攻读博士学位的塞西莉亚·佩恩-加波什金，她当时就在他的办公室，收到了哈勃的信。（佩恩-加波什金也是现代天体物理学的另一位关键人物；令人惊奇的是，她关于恒星光谱的开创性工作完成于……1925年1月1日！）

尽管对仙女座的发现感到兴奋，哈勃仍然不愿意发表他的研究成果。尽管表面上自信满满，但他非常担心过早地做出重大声明。每次他从山顶下来参加威尔逊山住所——修道院——晚上5点的正式晚宴时，他都必须面对他的天文学家同僚们。并不是所有人都接受其他星系的存在。哈勃虚荣心强，非常在意自己的声誉，他担心自己会因此显得愚蠢。

阿德里安·范·马南，一位在威尔逊山工作的、受人喜爱且爱开玩笑的荷兰天文学家，当时还在激烈地争论相反的观点。他坚信自己观察到了某些螺旋星云在旋转，只有当它们相对较小且近时才可能发生。哈勃发现身边有质疑者令他不安，并一直等到他对自己的结果完全确信为止。（范·马南从未弄清楚自己哪里错了，也不愿承认错误。哈勃最终重新检查了他同事的照片底片，并宣布“先前发现的大幅度旋转是由于晦涩的系统性误差引起的，并不表示星云本身存在真实的或表观的运动。”用学术术语来说，这是一个强烈的反驳。）

哈勃的发现最终还是泄露给了媒体。因此，他的天文学突破的第一次公开宣布是1924年11月23日《纽约时报》上的一则小报道。过去三个世纪最伟大的宇宙发现，因此却以一条被埋没的新闻登场！

哈勃仍然不愿意正式发表。著名的恒星天文学家亨利·诺里斯·拉塞尔敦促他向在华盛顿特区举行的一次美国科学促进会会议提交他的发现，该会议为最佳论文提供1000美元奖金。当哈勃仍然没有提交任何东西时，拉塞尔哼了一声：“哼，他真是个傻瓜。有1000美元的丰厚奖金，他却不愿意拿。”然后拉塞尔打开他的邮件，发现哈勃的论文刚刚寄到。

现在，也是仅仅现在，我们才看到了震撼人心的公开揭晓。1925年1月1日，哈勃独自一人待在威尔逊山上，而拉塞尔则向一群热情的听众宣读了他关于其他星系存在的革命性论文。哈勃获得了最佳论文奖。他的论文结束了大辩论，而且作用远不止于此。它将已知宇宙的大小急剧扩大了惊人的10万倍。它为发现膨胀的宇宙奠定了基础，并因此推断出最初的宇宙大爆炸（这在斯利弗记录的星云速度中已经有所暗示）。如果说有什么日期可以被称为现代宇宙学的生日，那就是这一天。

奇怪的是，是沙普利而不是哈勃建议天文学家应该根据新现实调整他们的术语，并将外部恒星系统称为“星系”。哈勃内心仍然保留着他所推翻的那个世界的保守观点。他也天生倾向于反对任何来自他的竞争对手沙普利的想法。因此，埃德温·哈勃，这个证明了银河系只是无数星系之一的人，却永远将这些天体称为“河外星云”这个古老的名称。

当哈勃观察仙女座造父变星的周期性闪烁时，他以另一种方式扩展了人类思维的范围。他消除了人们对距离我们很远的恒星可能与我们近邻天体行为不同的担忧。现在科学家可以研究其他星系中的恒星，他们可以建立宇宙在空间和时间上的恒定性。

按现代标准，仙女座星系距离我们250万光年，这意味着我们现在看到的光是在250万年前开始向地球传播的。也就是说，我们看到仙女座的恒星，它们不仅距离我们250万光年，而且还生活在250万年前。尽管如此，它们看起来与近距离的恒星完全相同。随着埃德温·哈勃和其他天文学家看向越来越远的距离，他们为空间和时间均匀性原则增加了越来越多的证据。在整个空间和时间中，原子似乎发出相同的光，变星似乎遵循完全相同的物理定律。

这种自然的恒定性增加了寻找一套统一的宇宙规则的可信度。或者，正如阿尔伯特·爱因斯坦可能说的那样，它表明上帝并不改变宇宙的家规。这对人类的心智来说，是一份惊人的生日礼物。

本文部分内容改编自Corey S. Powell的《方程中的上帝：爱因斯坦如何改变了宗教》（God in the Equation: How Einstein Transformed Religion），Free Press出版社，2002年。