远去星光会减频，银河系外见飞邻。 

空间膨胀作何解，宇宙原来有诞辰。

话说银河系的年龄终于被测定，约为一百二十八亿年。我们知道，银河只是宇宙中无数星系中的一个。这条银白色的光带之外，还有多少星系？它们的运动方式是什么？

这个问题，在二十世纪初被一个不为重视的神父和一个不爱说话的观测者共同回答了。只是其中一个人回答完之后，等了很久才被大众知道。

一、

1917年，柏林。阿尔伯特·爱因斯坦坐在他安静的书房里，面前摊着刚刚完成的广义相对论方程。方程很美，左边是时空的曲率，右边是物质和能量。它预言了一个令人不安的事情：宇宙不能静止。它要么膨胀，要么收缩。

爱因斯坦不希望宇宙变化。在他那个年代，几乎所有人都认为宇宙是静态的、永恒的、不变。他反复检查方程，找不出算术上的破绽，但那个膨胀或收缩的结论是方程推出的必然结果。他拿出一支新削的铅笔，在方程右侧加了一个很小的修正项——一个常数，大小刚好抵消引力，从而让宇宙保持静止。他把这个常数称为“宇宙常数”。

多年之后，他说加上这个常数是他一生中最大的错误。但在1917年，静态宇宙是人们的普遍认识，爱因斯坦也持有同样的观点。轻轻搁下笔，觉得问题解决了。窗外柏林冬天的天空灰蒙蒙的，几棵光秃秃的菩提树站在冷风里，抖着最后的枯叶。

二、

十年后，布鲁塞尔一位名叫乔治·勒梅特的天主教神父兼天文学家，在一本名为《布鲁塞尔科学年鉴》的刊物上发表了一篇论文。刊物印数很少，读者寥寥。文章用法语写成，公式紧凑，没有多余的注释。勒梅特的结论是：宇宙不是静态的，它正在膨胀。如果我们把时间倒推回去，所有的物质和能量会汇聚到一个点——一个原始而致密的“宇宙蛋”。空间和时间都是从这个“宇宙蛋”开始膨胀而来。

图 15.1: 勒梅特与爱因斯坦的合影

勒梅特把这种观点叫做“原初原子”假说。

他写完最后一个字，合上笔帽，把稿纸整理好。窗外下着细雨，街灯已经亮了，灯光在潮湿的石板路上化成一滩一滩的碎影。他坐在桌前，把那些纸叠好，装进信封。然后他站起来，穿上外套，撑着伞走到邮局，把信寄了出去。

当时几乎没有人注意到那篇论文。勒梅特是一个神父，不是学术圈里的大人物。许多同行看到作者栏上写着“Abbé Lemaître”，摇摇头便翻过去了。有人把他的假说当成了神学的乔装打扮，也有人直接跳了过去，根本没读。

勒梅特没有因为自己的工作被忽视而失去信心。他通过参会、写信来宣传自己的假说。甚至专门找到爱因斯坦，试图说服他认同原初原子的假说。爱因斯坦承认他的数学推导没有问题，但认为学说缺少物理常识。勒梅特听后，没有再争辩，但也没有放弃。他只是继续观测，继续计算，等一个合适的时机。

三、

1925年，美国，威尔逊山天文台。埃德温·哈勃正趴在望远镜的目镜上。他要在仙女座“星云”里找一样东西——造父变星。那种恒星的亮度会周期性变化，变化周期与它的绝对亮度之间存在线性关系。只要找到一颗造父变星，测出它的变化周期，就能算出它的绝对亮度；再和望远镜里看到的表观亮度对比，就能算出它与地球之间的距离。

这一工作持续了相当长的时间。威尔逊山的夜晚温度很低，望远镜的金属边缘冻手，呼吸时吐出的白气在目镜前凝成一层薄雾，他得经常停下来擦拭。连续几个夜晚，他都在同一片天区反复曝光，底片累积了一叠又一叠。某天深夜，他在底片上看到一小片模糊的光点。他屏住呼吸，用放大镜对着一格一格比对，确认那正是他要找的造父变星。

图 15.2: 正在忙碌工作的埃德温·哈勃

他测出了它的光变周期，算出了它的距离。数字出来之后，他抬起头，站直了身子，内心泛起了波浪。在他身后的黑暗里，山脉连绵起伏，像一头沉睡的巨兽。他默然立在那里，思考着观测结果的重大意义。

那个距离远在银河系范围之外。仙女座星云根本不是星云，而是一个独立的星系，一个和银河系同样庞大的恒星系统。这一结果表明：银河系只是宇宙中无数星系中的一员。宇宙的尺寸将比当前的数据大得多。

四、

1929年，哈勃和助手米尔顿·赫马森把目光投向了更遥远的目标。他们观测了数十个星系的可见光谱，把每一条光谱仔细印在底片上，然后与实验室里标准的光谱线比对。那些星系的谱线都向波长更长的红色一端偏移了——红移。更关键的是：星系离地球越远，其光谱线的红移越大。

哈勃把观测到的距离和红移数据画在图上，数据点明显地具有线性关系。距离增加一倍，红移增加一倍；距离增加三倍，红移增加三倍。那个关系后来被称为“哈勃定律”。图中那条斜线指向一个明确的事实：所有星系都在远离我们，远离的速度和距离成正比——这正是一个均匀膨胀的宇宙应有的特征。

哈勃在办公室的桌前反复核对了好几遍数据，确认没有错误。他才放下笔，推窗透了透气，窗外的加州山风干燥而清冷。他已经不再需要更多的观测来确认这个结论。他真实地感觉到，整个夜空都在离他而去。

五、

哈勃定律中有一个单位是时间倒数的常数，后来被称作哈勃常数。哈勃常数是理解宇宙演化和最终命运的基本参数之一，它的大小决定着宇宙膨胀的快慢。如果宇宙膨胀是匀速膨胀，哈勃常数的倒数就是宇宙的年龄。

哈勃用他得到的常数，导出的宇宙年龄大约是二十亿年。这个数字比地球的年龄还要小。他自己也感到困惑，在论文里写了一句委婉的注：“这一结果暗示，宇宙的年龄似乎短于某些岩石的推定年龄。”

他没有进一步解释这个矛盾，只是把论文投了出去。他知道数据本身还需要更精确的校准，但那一步不是他此刻能做的。

与此同时，勒梅特还在布鲁塞尔。他知道了哈勃的发现，也知道哈勃对自己那篇旧论文一无所知。但他没有抱怨。1931年，他决定去一趟伦敦。那年皇家天文学会邀请他作一场报告。他坐火车穿过英吉利海峡，窗外是灰绿色的田野和低垂的云。他在座位上把演讲稿又看了一遍，用铅笔在段落边缘改了几个词。

在伦敦的演讲台上，他再次提出了“原初原子”假说。这一次，台下坐着哈勃。演讲结束后，哈勃走过去和他握手，两人在走廊里聊了很长时间。勒梅特说：“星系的红移不是它们在空间中飞走，而是空间本身在膨胀。空间拉伸了光波，波长变长导致了红移现象。”

图 15.3: 河外星系光谱线的红移

哈勃没有立刻回答。他沉默了一会儿，像是在心里把这句话重新拆开、打乱、又拼回去。然后他说：“你的解释，比我的更深刻。”

六、

勒梅特和哈勃的对话没有彻底解决那个年龄矛盾，因为哈勃的距离测量似乎存在很大的系统误差。后来的研究表明，造父变星的光变周期有两种模式，使用不同的模式就得出不一样的距离。经过修正后，星系的距离得到了修正，哈勃常数也减小了7倍左右。这一修正导致宇宙年龄也从二十亿岁变到了一百多亿岁，与银河系的年龄基本符合。

尽管最初的数据出现了巨大的偏差，但哈勃当年发现的那条规律没有错。宇宙也确实在膨胀，那些遥远的星系确实在远离我们。不是因为它们在向后跑，而是因为它们与地球之间的空间在持续增长——像吹气球时任意两点之间的距离都会变大。尽管我们不知道哪个点是中心，但气球内任意两个点之间的距离，随着气球的膨胀变大。

那个气球的起始时刻，就是勒梅特的“原初原子”。起初，一切都被压缩在极小的体积内，密度和温度高到不可想象。然后，它开始不停地膨胀，至今都没有停止。后来的研究发现，因为暗能量的存在，宇宙膨胀速度还在加快。

七、

哈勃没有活到看到哈勃常数被精准确认，直到今天不同测量结果仍然存在矛盾，这种矛盾被称为“哈勃张力”。哈勃张力可能指向宇宙学的某些基本假设存在问题，甚至可能暗示存在尚未发现的新物理。

哈勃于1953年去世，墓碑上刻着他的名字和生卒年代，没有刻那条著名的哈勃定律。

勒梅特比他多活了十三年。晚年的勒梅特已经不再做前沿研究，但他始终关注着宇宙学的进展。1965年，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射——大爆炸的直接余晖。消息传来时，勒梅特已经七十二岁。他读着新闻报道，把那篇简讯折好放进抽屉里。他没有向任何人提及自己四十年前就猜到过这个结果。

第二年，他平静地去世了。为他送殡的人不多，也没有几个物理学家。他的棺木被葬在布鲁塞尔郊外一处安静的墓园里，墓碑上刻着他的名字和在世期间：1894—1966。没有公式，没有头衔，也没有“原初原子”这几个字。

图 15.4: 描述星系距离与红移关系的哈勃定律

可那条斜线——那条哈勃在图板上画出的斜线——一直在延伸。宇宙的尺度在膨胀，红移在积累，所有的星系都在彼此远离。一切都在散开，像烟火炸过之后的碎屑，在无边的黑暗里越飘越远。

可那根从远处倒推回来的时间线，还缺一个明确的终点。如果宇宙真的有一个起点，那个起点留下的痕迹应该还在——不是可见光，不是无线电，是一种比两者都更古老、更微弱的残余。它像一片即将完全散尽余热的灰烬底部最后一粒炭，没有人知道它还能热多久，也没有人知道它到底藏在哪一处。

欲知后事如何，且等下回分解。

支持单位：