始于一個(gè)世紀(jì)前的宇宙學(xué)大辯論——至今仍在繼續(xù)

一個(gè)世紀(jì)之前那場被稱作“大辯論”的科學(xué)交鋒，直至今日仍在形塑著我們對于宇宙的認(rèn)知。1920年4月，于美國國家科學(xué)院，哈洛·沙普利與希伯·柯蒂斯圍繞“螺旋星云是否隸屬于銀河系”展開論戰(zhàn)，由此拉開了宇宙尺度之爭的帷幕。這場辯論不僅顛覆了“銀河系即宇宙”的傳統(tǒng)認(rèn)知，更開啟了一場綿延百年、關(guān)于宇宙膨脹速率——哈勃常數(shù)的科學(xué)博弈。

沙普利和赫伯·柯蒂斯于1920年就仙女座星系等天體的本質(zhì)進(jìn)行辯論

從星云之爭到宇宙圖景

沙普利篤定銀河系直徑可達(dá)30萬光年（遠(yuǎn)超當(dāng)時(shí)認(rèn)知的10倍），認(rèn)為螺旋星云僅是銀河系邊緣的小云團(tuán)。其論據(jù)建立在造父變星的距離測量之上，這些脈動(dòng)變星的光度變化周期與其真實(shí)亮度存在關(guān)聯(lián)，可充當(dāng)“宇宙量天尺”。與之相悖，柯蒂斯通過對仙女座星云的新星爆發(fā)數(shù)量（遠(yuǎn)超銀河系其他區(qū)域）以及異常高速運(yùn)動(dòng)的觀測，提出這些“星云”實(shí)際上是獨(dú)立的“島宇宙”——即我們?nèi)缃袼Q的星系。盡管辯論當(dāng)時(shí)未能達(dá)成共識(shí)，但柯蒂斯的觀點(diǎn)最終得到證實(shí)：那些“奇怪的模糊斑點(diǎn)”的確是銀河系外的龐大星系，宇宙遠(yuǎn)比人類所想象的更為廣袤。

哈勃常數(shù)：百年數(shù)值拉鋸戰(zhàn)

1929年，埃德溫·哈勃通過對星系紅移的觀測提出宇宙膨脹理論，并計(jì)算得出哈勃常數(shù)約為500公里/秒/百萬秒差距（km/s/Mpc）。這一數(shù)值旋即引發(fā)矛盾：若宇宙以恒定速率膨脹，推算出的宇宙年齡僅20億年，甚至小于當(dāng)時(shí)已知的地球年齡（通過巖石放射性測年已確定至少20億年）。這場“年齡悖論”開啟了哈勃常數(shù)的修正歷程。

20世紀(jì)80年代，爭論演變?yōu)椤?0 vs 100”的二元對峙：法國天文學(xué)家熱拉爾·德沃古勒茲主張約100 km/s/Mpc，而美國天文學(xué)家艾倫·桑德奇堅(jiān)持約50 km/s/Mpc。雙方采用相似方法卻因假設(shè)差異僵持了十余年。直至90年代，溫迪·弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡關(guān)鍵項(xiàng)目，通過造父變星、超新星等“標(biāo)準(zhǔn)燭光”，將數(shù)值精確至約72 km/s/Mpc。這一結(jié)果逐漸成為“本地距離階梯法”的共識(shí)，最新測量仍維持在73 km/s/Mpc左右。

現(xiàn)代版大辯論：67 vs 73的宇宙學(xué)危機(jī)

21世紀(jì)初，宇宙微波背景輻射（CMB）測量嶄露頭角——這種源于大爆炸的“余輝”能夠反映早期宇宙狀態(tài)，通過ΛCDM模型推算出哈勃常數(shù)約為67 km/s/Mpc。至此，“67 vs 73”的現(xiàn)代拉鋸戰(zhàn)形成：前者基于早期宇宙模型，后者來自本地直接觀測，兩者偏差雖小卻無法用實(shí)驗(yàn)誤差予以解釋，這一現(xiàn)象被稱為“哈勃張力”（Hubble tension）。

當(dāng)前辯論已超越數(shù)值之爭，觸及物理學(xué)根基：若兩種方法均正確，可能意味著現(xiàn)有宇宙學(xué)模型存在缺陷，需引入全新物理理論對這種系統(tǒng)性偏差作出解釋。弗里德曼團(tuán)隊(duì)正嘗試運(yùn)用不同類型恒星改進(jìn)測量，而其他科學(xué)家則探索引力波傳播等“非主流”方法。盡管數(shù)值差距從最初的500縮小至如今的67與73，辯論反而因涉及基礎(chǔ)物理框架而更趨復(fù)雜。

從沙普利與柯蒂斯的“星系是否存在”到如今的“宇宙如何膨脹”，這場跨越百年的大辯論揭示了科學(xué)進(jìn)步的本質(zhì)：每個(gè)時(shí)代的“標(biāo)準(zhǔn)答案”都是暫時(shí)的，而爭議恰恰是突破認(rèn)知邊界的動(dòng)力。當(dāng)下的哈勃張力或許正預(yù)示著一場新的物理學(xué)革命——正如當(dāng)年螺旋星云的發(fā)現(xiàn)徹底重塑了人類的宇宙觀。