我們現有的存在中最令人震驚的事實之一就是宇宙本身的結構從來不是一成不變的。質量可以扭曲空間；運動的質量影響空間的特性；空間所受的影響像漣漪一樣以光速在宇宙中流動。空間和時間並不是宇宙獨立的、不變的屬性，而是連接在一起的單一的整體，稱作時空。
空間的膨脹或坍縮是物質宇宙的必然結果。但空間膨脹的速率以及它隨時間在數量上的變化還是要取決於宇宙中的物質。(NASA / WMAP SCIENCE TEAM)
上世紀20年代，宇宙中最大的驚喜之一出現了，一些科學家提出了一個新的、不同凡響的觀點：隨著時間的推移，空間可以通過膨脹或收縮徹底改變。這不是什麼天方夜譚，相反，有大量的數據能夠支撐這一觀點，數據表明，一個星系距離我們越遠，它退行的速度越快。按照愛因斯坦廣義相對論的觀點來講，這個現象意味著宇宙在膨脹。自1929年以來，我們還沒發現能夠推翻這個結論的事實。
這幅圖展示了在一個膨脹宇宙中的物質（上方）、輻射（中間）、宇宙學常數（下方）隨著時間的演變情況。圖片右側展示了它們所對應的膨脹速率的演變情況；在宇宙常數下（它在膨脹時，或者在宇宙常數存在時，會發生什麼），膨脹速率根本不會下降，反而會導致宇宙呈指數擴張。(E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)
一個遙遠物體的退行速度和離觀測者的距離成正比。幾十年來，這個簡單的定理被稱作哈勃定律，以埃德溫·哈勃的名字命名。時至今日，將退行速度與視距關聯起來的常數則被稱作哈勃常數。
但問題是，埃德溫·哈勃不是歷史上第一個發現該定理的人。儘管是他本人在1929年發表了一篇出色的論文，其中詳細列舉了紅移-距離關係和聯繫兩者的比例常數。但是在發表這篇文章兩年前，比利時的科學家喬治·勒梅特（Georges Lemaître）基於哈勃的一部分數據就完成了和哈勃相同的工作。為了紀念他，天文學家們稱這種關係為哈勃-勒梅特定律。但是，究竟是誰發現了宇宙在膨脹，其背後的故事卻更加撲朔迷離。
廣義相對論的數學原理非常複雜，而且有許多可能的解滿足廣義相對論方程。但是，只有當某個解的形式，能夠明確描述宇宙的性質並且它的預言能夠和我們觀測和測量結果相比較時，這時我們可以說廣義相對論真正成為了一個物理理論 (T. PYLE/CALTECH/MIT/LIGO LAB)
從愛因斯坦在1915年首次提出了廣義相對論開始談起。廣義相對論在大尺度、小質量的情況下，可以簡化為牛頓運動定律。廣義相對論成功解決了牛頓定律無法解釋的實驗和觀測數據。從水星軌道進動到日食期間星光的彎曲傳播，牛頓定律失效的地方，愛因斯坦成功了。
然而，愛因斯坦意識到，他的理論預言的靜態宇宙是不穩定的，它要麼膨脹要麼坍縮。但愛因斯坦並沒有接受這個有力的預測，相反，他拒絕了這個假設，他認為宇宙一定是穩定的。他引入了他的宇宙常數來試圖解決這個問題，這導致了他後來所說的他在整個物理學中「最愚蠢的錯誤」。
一個星系離我們越遠，那麼它的退行速度一般也越快，是斯里弗第一個發現的。多年來，這種解釋一直無法成立，直到哈勃的觀測將所有的困惑都放在一起解決，大家才廣泛接受宇宙在膨脹。(VESTO SLIPHER, (1917): PROC. AMER. PHIL. SOC., 56, 403)
甚至是在愛因斯坦之前，維斯托·斯里弗（Vesto Slipher）的很多觀測結果都對現行的宇宙膨脹的發現很有幫助。20世紀初，斯里弗用他的望遠鏡上的一種新設備——攝譜儀，觀察當時被稱為「旋渦星雲」的目標。通過將這些星系發出的光分解成各自的波長，他可以識別出來自星系內部原子的光譜線。
既然我們已經知道了原子的工作機制，就可以測量原子線系的移動來推斷其寄主的運動情況：如果它們整體向紅顏色偏移，那麼這些原子是在遠離我們；如果它們整體向藍顏色偏移，那麼它們在向我們靠近。這些漩渦星雲速度如此之快，以至於無法被我們的銀河系束縛；大多數是紅移，也就是在遠離我們；其中的一些移動得比其他目標快很多。這個結果意味著這些星雲是獨立的星系，而且大多數都在遠離我們。但斯里弗沒有將這些結果放在一起考慮。
宇宙膨脹可能的命運。注意不同模型對於過去描述的差異；其中只有一個模型和我們充斥著暗能量的宇宙相匹配，這就是德西特1917年提出的暗能量主導的廣義相對論解。(THE COSMIC PERSPECTIVE / JEFFREY O. BENNETT, MEGAN O. DONAHUE, NICHOLAS SCHNEIDER AND MARK VOIT)
另一位對發現宇宙膨脹做出了重大貢獻的人就是威廉·德西特（Willem de Sitter），他1917年提出，如果廣義相對論的宇宙模型由愛因斯坦宇宙常數主導的話，宇宙就會膨脹。更令人擔憂的是膨脹的性質：是不間斷的，永久持續的，呈指數的，這意味著一個物體距離我們越遠，被推離我們的速度就越快。
儘管沒有充分的觀測證據能證明宇宙在膨脹，但如愛因斯坦所構思的一樣，德西特向我們展示的廣義相對論的宇宙模型能夠預言宇宙的膨脹。（這樣說來也許更有意義一些，德西特所描述的那種膨脹宇宙正以暗能量的形式存在於我們現如今的宇宙中。）
弗里德曼第一方程按照現代物理學符號來表示，左邊詳細描述的是哈勃宇宙膨脹率和時空的演化，右邊包括了所有不同形式的物質和能量以及空間曲率。這個1922年由弗里德曼推導出的方程是現今宇宙學最重要的方程(LATEX / PUBLIC DOMAIN)
1922年，物理學家亞歷山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）發表了一篇轟動學界的文章：以真實宇宙的情況求解廣義相對論。廣義相對論第一次有了一個充滿著「材料」的統一解。這種材料可以是物質、輻射、空間曲率、宇宙常數、或者任何你能想像到的東西。
他發現，在所有情況下，宇宙要麼在膨脹要麼在坍縮。即便如果宇宙充滿著「材料」或者完全是空的，也不是靜態宇宙，靜態宇宙是不穩定的。就斯里弗的觀測和1920年夏普利和柯蒂斯的大辯論來說，其中的理論和觀測數據都支持宇宙在膨脹這一說法。
這是1887年對仙女座大星雲的觀測結果，仙女座大星雲是第一個被發現有旋臂結構的近鄰大星系。圖片之所以顯示的完全是白色，只是因為它是在未經過濾的光線下拍攝的，而不是在紅、綠、藍三色中，然後把這些顏色加在一起。即便總是隨機出現例如新星和超新星這樣的變星和瞬變事件，所有的這些可辨認的特徵自從被觀測到的131年以來，從未發生過改變。(ISAAC ROBERTS)
然而，在95年前，一切都發生了翻天覆地的變化：埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）做出了也許是整個天文學歷史上最重要的一次觀測，他在仙女座大星雲中尋找突然爆發的恆星，他想那可能是新星。1887年的圖像已經揭示了仙女座星系的螺旋結構，哈勃試著找出其中的新星來測量仙女座離我們的距離。一顆、兩顆、三顆。
直到他發現第四顆，神奇的事情發生了，第四顆和第一顆的位置一樣。要知道新星是不可能有這麼快速的光度變化的，他興沖沖地劃掉了新星「N」的標記，用紅筆寫下了「VAR」。基於勒維特（Henrietta Leavitt）先前對變星的研究，哈勃計算出了仙女座大星雲離我們的距離，得出的結論是它離銀河系中任何東西都遠得多，是一個獨立的星系。而所有的漩渦星系也一樣。
這是將所有謎團拼在一起的關鍵證據，證明了宇宙在膨脹。
這是哈勃在仙女座星系中發現的造父變星M31，這顆造父變星為我們提供了河外星系所需的觀測證據，也使人類認識到了一個新的宇宙——膨脹的宇宙。(E. HUBBLE, NASA, ESA, R. GENDLER, Z. LEVAY AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM)
哈勃和他的助手米爾頓·赫馬森（Milton Humason）繼續收集了更多漩渦星系裡的變星數據，來測量這些漩渦星系的距離。到20世紀20年代末，他們有了足夠多的星係數據，這些數據有的來自同樣密切關注著此項工作的科學家。綜合了各方的觀測結果，哈勃發現了星系距離和紅移之間的關係，如果我們當時知道的話，這一證據足夠得出宇宙在膨脹的結論。
喬治·勒梅特（Georges Lemaître）是歷史上第一個完成這項工作的人。1927年，他的文章發表在一家不知名的報紙上，所以在當時很少有人知道這件事。美國科學家霍華德·羅伯遜（Howard Robertson）在1928年獨立發表了他的結論，指出宇宙在膨脹，並且粗略計算出了膨脹速率。不過哈勃有大量的數據，1929年，他發表了他的突破性進展，獲得了絕大部分榮譽。
1929年哈勃觀測的原始數據和後續更詳細的觀測數據，清晰地顯示了紅移-距離關係。儘管後續的數據有一定的不確定性，但與前人和同行相比，他的結論具有無法超越的優勢，他給出的關係與現代更遠的觀測結果幾乎完全相同。(ROBERT P. KIRSHNER (R), EDWIN HUBBLE (L))
我們叫了幾十年的「哈勃定律」被重命名為「哈勃-勒梅特定律」。其意義並不是單純的為了讚揚那些已經逝去幾十年的人，而是希望人們能夠了解到科學家們是如何發現支配宇宙運行的規律和規律自身的。我個人喜歡略去所有物理定律中的人名的，這樣就可以簡單明了的知道這些規律在說什麼，比如紅移-距離關係，在發現宇宙在膨脹的過程中，不是一兩個人的突破性發現，也有我本文列出的所有科學家和未能提及的其他科學家的貢獻。說到底，重要的是我們對宇宙運行的基礎知識的掌握，這也是科學研究的最終產物，其他一切都只能證明人類徒勞攫取榮耀的弱點罷了。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. Ethan Siegel-李海琪
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