哈勃-勒梅特定律
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首先，我们从一个日常观察开始：当你听到一辆救护车的警报声从你身边经过时，声音的音调会发生变化——靠近时变高，远离时变低。这被称为“多普勒效应”，对光和声音都适用。对于光而言，当光源远离我们时，其光谱特征会向红色端移动，称为“红移”。
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20世纪初，天文学家（如维斯托·斯里弗）观测银河系外的“旋涡星云”（后来知道是其他星系）时，发现它们的光谱大多呈现红移，意味着它们正在远离我们。
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关键进展来自埃德温·哈勃在1929年的工作。他不仅测量了更多星系的红移，还利用造父变星等方法估算出了这些星系的距离。当他将星系的距离和它远离我们的速度（由红移推算）进行绘图比较时，发现了一个清晰的趋势：星系的距离越远，它远离我们的速度就越快。这个速度-距离之间的正比关系，就是哈勃-勒梅特定律。数学上表述为 v = H₀ * d，其中v是退行速度，d是距离，H₀是比例常数，称为“哈勃常数”。
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这个定律的深层含义是宇宙在膨胀。想象一个表面粘着芝麻（代表星系）的正在膨胀的气球。当气球膨胀时，任意两颗芝麻之间的距离都在增大。而且，距离越远的两颗芝麻，它们之间空间膨胀的累积效应就越明显，彼此分离的“速度”就显得越快。这正是哈勃-勒梅特定律所描述的景象：我们处的宇宙空间本身在膨胀，带动着星系彼此远离。
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哈勃常数H₀的值至关重要，它量化了当前宇宙膨胀的速率。它的倒数大致给出了宇宙的年龄（哈勃时间）。测量H₀是观测宇宙学的核心任务之一，现代测量主要依赖宇宙微波背景辐射、造父变星和Ia型超新星等方法。不同方法测得的精确值目前仍存在微小但关键的差异，即“哈勃张力”，这是当前研究的前沿问题。
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需要强调的是，哈勃-勒梅特定律描述的是大尺度上、星系之间无局域引力干扰时的统计规律。在邻近星系（如本星系群内部），由于彼此间的引力束缚占主导，它们可能相互靠近（如仙女座星系正朝银河系运动），而不遵循这一定律。这一定律是宇宙学原理（宇宙在大尺度上均匀且各向同性）和广义相对论宇宙学模型的直接观测基础，它引领了人类从静态宇宙观走向动态演化宇宙观。