时间推进到了1920年，这年春天，全美国以及世界上一些最著名的天文学家齐聚在华盛顿，在美国科学院的大礼堂中，即将召开一次规模盛大的辩论会。辩题有两个：1、银河系到底有多大？2、漩涡星云到底是什么？这场辩论就是著名的“沙普利-柯蒂斯之争”。两边的观点针锋相对，沙普利认为银河系的直径达到30万光年，仙女座那片星云是银河系一种星云状天体；而科蒂斯的观点则是银河系的直径只有4万光年，仙女座星云距离我们至少50万光年，是银河系之外的另一个星系。在热闹的礼堂一角，有一个人静静地坐着，嘴里面叼着一个标志性的大烟斗。三年后，这个人将为这场辩论做一个终极了断。他的名字叫做哈勃（Hubble，1889年 – 1953年），一个传奇式的美国人。
1919年，30岁的哈勃移居到了加州，得到洛杉矶附近威尔逊天文台台长乔治·海尔的聘用。没想到，这份工作让他出人意料地成为了20世纪最为杰出的天文学家之一。
哈勃一到天文台，便以近乎于疯狂的状态投入到了对仙女座星云（M31）和三角座星云（M33）的观测中。这两片星云是在北半球肉眼可见的仅有的两片星云，也应当是离地球最近的两片星云。
哈勃拍摄了大量的星云照片，从中发现了34颗造父变星。然后他用了两年多的时间耐心地绘制这些造父变星的光变周期曲线。接下来，他按照我前文阐述过的方法，计算出了两个星云离我们的距离都是约93万光年（现在我们知道他还是大大低估了距离），这个距离比沙普利和柯蒂斯的银河系直径都大了不是一点点。因此，当哈勃的研究成果在国际天文界一公布，立即引起了巨大的反响。哈勃的工作让天文学家至少达成了一个共识，那就是星云不可能是银河系中的发光气体“云”或者某一个单独的天体，而是与银河系一样的由千亿星辰构成的真正的“星系”。每一个星系就像在广袤宇宙中的一个岛屿一样。那么如何才能测定这些星系的距离呢？哈勃采用的办法是，假定每个星系的绝对亮度都差不多，现在既然知道了仙女座星系的距离，那么就可以通过比较这些星系的视亮度来计算它们离我们到底有多远。哈勃惊讶地发现，离我们最遥远的星系居然有上亿光年之远。我们的宇宙之大，超出了所有天文学家的估计。但我想告诉大家，这仅仅是人类在认识宇宙尺度上跨出的第一步，70多年后，另一个“哈勃”又有了更加惊人的发现，这是后话，暂且不表。
哈勃发现，所有的星云其实都是一个银河系以外的星系，他称之为河外星系。在随后几年的观测中，他又有了一个惊人的发现：所有遥远的星系都存在红移现象。
为了解释什么叫红移，我得先让你搞明白另外一个名词，也就是多普勒效应。多普勒（Doppler，1803年－1853年）是奥地利一位数学家、物理学家。1842年的一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率而形成的现象，即频移现象。具体来说就是声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉；而当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关，这一比值越大，改变就越显著。后人把这个发现称为“多普勒效应”。
多普勒效应对所有的波都是成立的，而我们知道光是一种电磁波，自然也就会存在多普勒效应。当一个光源远离我们而去的时候，光波就会被拉长，从光谱上来看，就是向着红端移动，这就被称之为红移现象。与之相对的，如果光源是朝向我们运动的话，就会产生蓝移现象。
哈勃用数年时间，测定了上百个星系的红移大小，然后换算成了他们的视向速度，把它们集中在一张图上。
图 哈勃绘制的星系红移统计图
一看到这张图，只要对数学稍稍敏感一点的人都不难看出，视向速度和星系的距离成正比例关系，是一个典型的一次函数的解析图。哈勃当然也立即由此图提出了天文学上大名鼎鼎的哈勃定律：V = HD 。这里面的V表示星系远离我们的退行速度，D表示星系的距离，H则是哈勃常数。该定律也可以变形为H = V/D，也就是星系的退行速度与距离之比是一个定值。
哈勃定律看上去仅仅是一个简单的数学公式而已，但你能看出它背后蕴含的惊天秘密吗？连伟大的爱因斯坦也为哈勃的这个发现搞得激动得睡不着觉。请让我来帮你解读一下：
哈勃定律适用于宇宙中任何一个观测点，我们的银河系并没有任何的特殊性。也就是说，你站在宇宙中任何一个位置观看，都会发现所有的星系都在远离你而去。这是一个什么概念呢？只有在一种情形之下，才会出现这样的景观，那就是宇宙整体正在膨胀中。
讲到这里，必须要补充一点，现代天文学的观点认为，星系的红移现象并不是由于多普勒效应造成的，而恰恰是由于宇宙膨胀本身造成的。如果把宇宙想象成一块有弹性的布，光是缝在上面的线，那么把这块布拉长，上面的丝线也就跟着拉长了。这里的区别在于，多普勒效应造成的红移是一个恒定值，而宇宙膨胀本身造成的红移量是一个不断增大的值。
远在欧洲的爱因斯坦读到了哈勃的论文，惊讶得好几天睡不着觉，因为哈勃的这个发现与他提出的广义相对论竟然能互为印证。但真正让爱因斯坦吃惊的，是他自己居然因为不相信宇宙会膨胀而生生地在他的广义相对论方程中添加了一个不必要的常数，以维持宇宙的稳定。据说这是爱因斯坦自认为一生中最大的错误。
爱因斯坦只好服输。这就是真正的科学精神，科学遵从的是证据法则，谁能提出更强有力的证据，谁的理论就会得到认同。科学家与科学家之间操的是同一种语言，对于研究对象采用的是同一个定义，因此科学家与科学家之间很容易在证据面前达成共识。而与之形成鲜明对比的是，哲学家和哲学家之间往往操的不是同一种语音，这个哲学家说的“天”和那个哲学家说的“天”往往就不是一个概念，所以我们会看到，几乎很少有哲学家会对同一个概念达成完全一致的观点。就我看过的一些哲学类书籍而言，我感觉哲学似乎不需要给概念下定义，实际上哲学家努力想达到的一个效果，就是让每个阅读的人产生自己不同的感悟。哲学家罗素曾经在《西方哲学史》的概述中说：“哲学只研究问题，不负责解决问题。”你想哲学问题的时候，就用哲学的思维，想科学问题的时候，就用科学的思维。比如说面对“人从哪里来，要到哪里去？” 的问题，哲学思维可以按每个人自己的想法来理解这个“哪里”，而科学思维就必须问清楚“人”和“哪里”的定义到底是什么，缺了这个前提，科学拒绝回答这个问题。
可惜爱因斯坦没有活到今天，否则他又会从沮丧重回自信心爆棚，因为他自认为最大错误的那个宇宙学常数，居然又以另外一种完全意想不到的方式复活了。这是我后面要讲的一个极为有看头的故事，别急，你听我慢慢道来。
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