古人所知的宇宙只有太阳、月亮和星星。它们周而复始地东升西落，以及行星在黄道附近漫游的景象，引起了人们不懈的思考。在16世纪，人们终于认识到，上述现象原来是地球自转和公转的反映。由于众多恒星在天球上的相对位置移动难以觉察，尤其是缺乏测量天体在视线方向运动速度的有效手段，使得“天不变”成为长期占据统治地位的思想。
星系团的红移
20世纪初，天文分光技术日趋成熟，使得用多普勒效应测量天体视向速度的能力不断提高。从1912年开始，美国天文学家斯莱弗用洛厄尔天文台61厘米口径望远镜上的摄谱仪，率先获得20多个星云的光谱。从吸收线的多普勒红移推算出这些星云正以数百千米每秒的速度远离观测者而去。1924年，哈勃借助造父变星周光关系测距法确认，仙女座大星云其实远远处于银河系之外。1929年，哈勃又确认了24个银河系外的星系。他发现这些河外星系的谱线红移同它们与地球的距离存在着简单的正比关系。星系的这种速度-距离关系，就是著名的哈勃定律。
哈勃于1929年3月发表的首次研究结果所得的星系速度-距离关系尚不十分明晰。到1935年，他和合作者赫马森已测定了约150个星系的视向速度，其中有的星系视向速度达到42000千米/秒（约达光速的1/7），而速度-距离成正比的关系依然成立。
在观测方面取得上述巨大成就的同时，理论方面也有了许多进展。早先，科学家大多认为宇宙是静止的，连爱因斯坦也不例外。1917年，爱因斯坦使用他的引力场方程讨论宇宙模型的时候，发现他描述的宇宙在引力作用下并不能静止，稍有扰动就会膨胀或坍缩。爱因斯坦认为这样一种变化的宇宙是不可能的，因此在他的方程中人为添加了一个宇宙学常数项，以此提供一种斥力来和引力抗衡，让宇宙保持静止。
不过，还是有一些科学家勇于突破既有观念的束缚。1922年，俄罗斯数学家弗里德曼首次论证了宇宙膨胀的可能性。1927年，比利时主教、天文学家勒梅特提出均匀各向同性的膨胀宇宙模型。根据这个宇宙模型，由于空间的膨胀，四面八方的天体会远离我们而去，并且退行速度应该与天体和我们间的距离成正比。这正是哈勃定律所描述的速度-距离关系。这样，人们就从观测和理论两个方面基本上确认了整个宇宙正在膨胀。（邹振隆）
宇宙膨胀示意图。按照哈勃定律，距离越远的星系以越快的速度退行
“平凡原理”示意图：以固定中心点1为原点，发现周围星系离点1远去；以固定中心点2为原点，同样发现周围星系离点2远去
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