斯里弗和哈勃的结论基于多普勒效应,就是使鸣笛的汽车在接近和远离我们时音调发生变化的效应。声音和光都由波组成,你听见的声音和你看见的颜色取决于它们的波长,即两个连续波峰之间的距离。
19世纪的奥地利物理学家克里斯琴·多普勒发现,当你所观测的波源相对于你处于运动状态,它的波长就会发生变化。离你远去的波源发出的波会延长到达你处的时间,因而降低声波的音高,或将光的颜色向更长波长的光谱移动,即红移;向你靠近的波源发出的波则会被挤压,因而提升声波的音高,或使光发生蓝移。
1912年,斯里弗发现所有他能观测到的星系的光都比预期的更“红”,表明光波被拉伸了。红移意味着这些星系都朝远离地球的方向移动,而红移的大小则揭示它们的退行速度。
我们很难测量出星系的距离,施密特补充道,“因为你不可能放把尺子在星系和地球之间。”哈勃的推算基于每个星系中拥有相同光度的明亮恒星,它们就像相同瓦数的灯泡一般,越暗淡,距离越远。
这是一个非常粗糙的假设,因为不是所有恒星都具有相同的亮度,但这个假设基本成立。哈勃发现遥远星系发出的光越“红”,星系退行的速度就越快。1929年,他将宇宙膨胀的证据公之于众。
“用气球做比喻更容易理解,气球上事先画好的点就相当于宇宙中的星系。”施密特解释:“把气球吹起来,气球上的点开始相互远离——它们离得越远,相互退行的速度就越快。”哈勃的发现同这样的宇宙模型相契合:宇宙诞生初期非常紧凑,如今就好比一个不断膨胀的气球。
宇宙中的烛光
作为世界上最古老的科学研究院——伦敦皇家协会的成员,施密特看上去非常年轻,几乎可以用“无邪”来形容。他的头发是金色的,眼睛是蓝色的,脸颊非常饱满。这和多数科学家在经历岁月洗礼、建立学术威望的职业尽头才获诺贝尔奖形成了鲜明对比。施密特只有46岁,里斯则更加年轻,波尔马特年龄稍微大些。