從很久以前，以辯論的形式討論問題和觀點(diǎn)就一直很普遍，對試圖理解宇宙的本質(zhì)和人類在其中的位置的科學(xué)家與哲學(xué)家來說也不例外。

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到20世紀(jì)初，在哥白尼、開普勒和伽利略等天文學(xué)家先驅(qū)的革命性思想和觀測結(jié)果的幫助下，我們對宇宙的理解已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。隨著更新更大的望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)，我們對宇宙的認(rèn)知也在一再被修正。而關(guān)于宇宙的性質(zhì)和大小的爭論，在1920年達(dá)到了高潮。

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○ 19世紀(jì)中期，天文學(xué)家在夜空中觀測到了許多”螺旋星云“，他們對這些天體的本質(zhì)存在著分歧。| 圖片來源：ESO/P.Grobol

在1920年4月26日這天，美國華盛頓特區(qū)的史密森尼國家自然歷史博物館內(nèi)舉辦了一場偉大的科學(xué)辯論。當(dāng)時，由于天文學(xué)家對觀測到的“螺旋星云”的本質(zhì)存在認(rèn)知分歧，因而引發(fā)了一場關(guān)于螺旋星云的本質(zhì)以及宇宙大小的辯論。

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辯論雙方分別是利克天文臺的希伯·柯蒂斯（Heber Doust Curtis）和威爾遜山太陽天文臺的哈羅·沙普利（Harlow Shapley）?？傮w而言，沙普利主張銀河系就是整個宇宙，并認(rèn)為像仙女座星云等螺旋星云都是一些小的天體，只不過是銀河系內(nèi)的一些氣體云；而柯蒂斯認(rèn)為，通過望遠(yuǎn)鏡觀測到的那些螺旋星云實(shí)際上是可以與銀河系相媲美的星系或島宇宙，他認(rèn)為仙女座星云中的新星比銀河系中還要多。

這場歷史性的“大辯論”其實(shí)有別于現(xiàn)代意義上唇槍舌劍你來我往的“辯論”，兩位天文學(xué)家各自有40分鐘的陳述時間，彼此描述自己對當(dāng)時宇宙的認(rèn)知。接著每人有一次反駁對方言論的機(jī)會，然后就是現(xiàn)場聽眾的點(diǎn)評。雖然他們的焦點(diǎn)集中在螺旋星云的性質(zhì)和宇宙的大小上，但他們二人在多達(dá)14個問題上存在不同意見。

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沙普利當(dāng)時是一名年輕而有抱負(fù)的天文學(xué)家，主要研究球狀星團(tuán)中的雙星系統(tǒng)的恒星性質(zhì)。從當(dāng)時被廣泛接受的觀測結(jié)果來看，球狀星團(tuán)更集中在某半邊天空，因此沙普利猜測，這部分天空是銀河系的中心。他利用造父變星的周期光度變化，粗略地計算了這些天體的距離，并揭示了我們的太陽到銀河系中心的距離。

沙普利的研究結(jié)果將當(dāng)時認(rèn)為的宇宙大小從大約33000光年提高到了326000光年；并將太陽從當(dāng)時的星系中心移到了65000光年之外的位置。然而，沙普利仍然認(rèn)為，它所計算出的整片宇宙都包含在我們的銀河系中。

柯蒂斯則是一位公認(rèn)的備受尊敬的天文學(xué)家。他在螺旋星云方面具有較為權(quán)威的學(xué)術(shù)地位。他堅持傳統(tǒng)的觀點(diǎn)，認(rèn)為銀河系的直徑只有32600光年左右，并且認(rèn)為太陽所在的位置離銀河系中心非常近。另外，他主張所謂的螺旋星云實(shí)際上就是星系。他指出銀河系中的新星比螺旋星云中的要亮得多。他不相信造父變星是用于計算距離的可靠依據(jù)，并且對沙普利計算出的宇宙的新大小提出了異議。可以說，他對沙普利的所有新的距離結(jié)果都不表示不認(rèn)同。

不過在這場大辯論的最后投票中，沙普利獲得了更人的支持。

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故事的轉(zhuǎn)折出現(xiàn)在1924年。天文學(xué)家埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）利用胡克望遠(yuǎn)鏡對仙女座“星云”進(jìn)行拍攝，尋找著造父變星。經(jīng)歷了不知多少個夜晚，他終于在1923年的十月，在當(dāng)時認(rèn)為的仙女座星云中，找到了一顆閃爍的造父變星。

隨后，哈勃利用觀測到的造父變星的周期和光度間的關(guān)系，計算出了造父變星V1的距離。來自V1的星光讓一件事情變得清晰無比，那就是所謂的仙女座“星云”的確在銀河系之外，它與我們的距離比沙普利所設(shè)想的要遠(yuǎn)得多。

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○ 圖中顯示的是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的造父變星V1和哈勃在1923拍攝到的對比，時間相隔約90年。| 圖片來源：NASA/ESA/Hubble Heritage Team

這意味著，柯蒂斯是對的，銀河系絕不是整個宇宙，它只不過是浩瀚宇宙中眾多星系的一員。這顆位于仙女座星系的其中一個螺旋臂上的造父變星V1，也因此被稱之為“宇宙學(xué)史上最重要的一顆恒星”。

雖然柯蒂斯在宇宙大小的問題上被證明是正確的，但關(guān)于誰在真正意義上“贏得”了這場辯論，天文學(xué)家并無法達(dá)成一致觀點(diǎn)。因?yàn)樵谶@場爭辯中，沙普利的觀點(diǎn)也不是全都錯誤，至少在認(rèn)為我們銀河系比之前認(rèn)為的要大這一點(diǎn)上，他是對的。此外，在沙普利的模型中，他認(rèn)為太陽離銀河系中心很遠(yuǎn)；但柯蒂斯則將太陽定位在星系中心附近。

在20世紀(jì)30年代，隨著天文學(xué)家羅伯特·特朗普勒（Robert Trumpler）明確證明了星際吸收的存在，并且隨著天文學(xué)家對球狀星團(tuán)的距離和分布的進(jìn)一步了解，導(dǎo)致了人們普遍認(rèn)為銀河系比之前預(yù)想的要大得多，同時也基本確定了太陽不像之前所認(rèn)為的那樣處在銀河系中心附近。

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相較于柯蒂斯而言，沙普利在銀河系的大小以及太陽位置的理解上更為正確；而柯蒂斯則在宇宙是由許多星系組成的，且螺旋狀星云只是其中一個與我們的星系非常類似的星系方面作出了正確預(yù)測。另外，沙普利也指出，造父變星可以作為距離測量的一個指示器，這一觀點(diǎn)也是正確的，造父變星至今仍是我們測量遠(yuǎn)處天體距離的基石。兩人都在同一個問題上犯了錯誤，那就是他們都認(rèn)為星光的星際吸收對確定星系的大小并不重要。

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○ 哈勃極深場：揭示了宇宙中成千上萬的星系，而這些星系只占據(jù)天空非常非常微小的一部分。| 圖片來源：NASA & ESA

回頭看，這場被后世銘記的經(jīng)典辯論對人類認(rèn)識和理解宇宙產(chǎn)生了重大影響，它在我們對宇宙的大小、性質(zhì)以及我們在其中位置的理解發(fā)展中發(fā)出了最理性、智慧的聲音與質(zhì)疑。據(jù)天文學(xué)家目前預(yù)計，宇宙中的星系數(shù)量有2萬億個左右……我們或許永遠(yuǎn)無法獲悉宇宙的全部秘密，但這絲毫不會動搖我們對探索宇宙時那義無反顧的前行步伐。

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