問：科學家是怎樣發現宇宙在膨脹的？答：紅移現象！天文學家觀察發現，來自宇宙中遙遠天體的光發生了紅移（光的頻率向紅色端移動），這就告訴了我們，這些天體都在遠離地球。無論你從什麼方向看去，它都是一樣的：所有遙遠的星系都在遠離地球而去。這種現象只有一種解釋，那就是我們的宇宙正在膨脹。
天文學家利用多普勒頻移測量物體相對於地球的運動。當你聽到火車到來的時候，它的哨聲會以不同的頻率被我們聽到。以相同的方式，光也具有多普勒頻移，由此其頻率根據發射物體的運動而移動。
此外，通過測量地球到星系的距離，人們發現退行的速度與星系離地球的距離成正比。第一個發現它的是愛德文·哈勃，後來這被稱為著名的哈勃定律。
埃德溫·哈勃的肖像，圖：Johan Hagemeyer (1884-1962)
哈勃發現宇宙正在膨脹的證據
埃德溫·哈勃突破性發現的兩個關鍵點是在20世紀10年代由其他人為此鋪墊的，換言之，他是站在了巨人的肩膀上。
第一個關鍵點是亨麗愛塔·斯萬·勒維特（Henrietta Leavitt）發現了造父變星的周光關係，這個可以讓天文學家計算出變星離地球的距離。 哈勃在他1924年的發現中已經利用了這一知識，包含仙女座星系中的變星，距地球超過90萬光年 - 遠遠超出了我們自己的星系 - 這在當時對每個人來說都是一個驚喜。 憑藉這種比例和其他工具，哈勃已經發現並測量了其他23個星系，距離我們大約2000萬光年。
第二個關鍵是維斯托·斯里弗（Vesto Slipher）的工作，他在哈勃的仙女座發現之前對螺旋星雲進行了研究。這些物體發出的光可以在光譜上分裂成它的組成顏色。然後，根據光源中的元素，譜線以特定圖案出現在該光譜中。然而，如果光源正在移動，那麼這些譜線就會向光譜的紅色一段轉移。通過分析星雲發出的光，發現他們幾乎都在離開地球。維斯托·斯里弗意識到，譜線向紅端的轉移意味著天體正在迅速遠離觀察者。但是他沒有辦法測量這些紅移天體的距離。
哈勃的精彩觀測是：星系的紅移與星系和地球的距離成正比。這意味著距離地球更遠地方的天體正在加速離開我們。換句話說，宇宙一定在膨脹。他在1929年宣佈了自己的發現。距離與紅移的比例是每光年距離的速度為170公里/秒，現在稱為哈勃常數。這些數字並不完全正確，測量技術和技術的改進改變了哈勃早期的所有數據。但不是基本原則。他一直致力於解決這個問題，並在整個職業生涯中收集數據。
有人認為哈勃的發現是本世紀天文學中最重要的事件。 從400年前的哥白尼開始，它改變了我們對世界的看法。 他的結果表明，宇宙正在膨脹，這支持了1927年喬治·勒梅特（Georges LeMaitre）提出的理論。一個正在膨脹的宇宙，就像大爆炸的後果，一定曾經發生過“未爆炸”，一個在時間和空間上的單一質點。
上圖右側為遙遠的星系在可見光波段的光譜，與圖左側太陽的光譜比較，可以看見譜線朝紅色的方向移動，即波長增加（頻率降低），圖：Georg Wiora (Dr. Schorsch) created this image from the original JPG. Derivative work:Kes47 (talk)
宇宙膨脹的發現-擴展篇
與此同時，研究愛因斯坦引力理論的其他物理學家和數學家發現，這些方程有一些描述膨脹宇宙的解。在這些解決方案中，來自遙遠物體的光在穿過膨脹的宇宙時會被紅移。紅移會隨著距離的增加而增加。
1929年，埃德溫·哈勃（Edwin Hubble）在加利福尼亞州帕薩迪納的卡內基天文臺工作時，測量了許多遙遠星系的紅移。他還通過測量每個星系中的一類稱為仙王座的可變恆星的表觀亮度來測量它們的相對距離。當他繪製出紅移與相對距離的關係圖時，他發現遠處星系的紅移隨距離線性而增加。這個觀察的唯一解釋是宇宙正在膨脹。
一旦科學家們瞭解到宇宙正在膨脹，他們立刻意識到，在過去，宇宙會變得更小。在過去的某個時刻，整個宇宙都是一個單一的點。這一點，後來被稱為大爆炸，是宇宙的開端，正如我們今天所理解的宇宙那樣。
膨脹的宇宙在時間和空間上都是有限的。正如牛頓和愛因斯坦的方程所言那樣，宇宙沒有崩潰的原因在於它從誕生的那一刻起就一直在膨脹。宇宙處於不斷變化的狀態。膨脹的宇宙是基於現代物理學的新概念，它消除了從古代到20世紀初困擾天文學家的悖論。
從大爆炸形成的宇宙演化圖解（左）。在這幅圖中宇宙以二維呈現，第三維度是時間，向右是時間流動的方向。圖：CMB_Timeline75.jpg: created ，by NASA derivative work: 2thuriel (talk)
膨脹宇宙的性質
宇宙膨脹方程有三種可能的解，每一種都預示著整個宇宙不同的最終命運。通過測量宇宙相對於宇宙所包含的物質的膨脹速度，可以確定最終將降臨宇宙的命運。
宇宙的膨脹有三種可能類型，分別稱為開放的、扁平的和封閉的宇宙。如果宇宙是開放的，它將永遠膨脹。如果宇宙是平的，它也會永遠膨脹，但是在無限長的時間之後，膨脹速率會減慢到零。如果宇宙是封閉的，它最終將停止膨脹並重新開始收縮，可能導致另一個大爆炸。在所有三種情況下，膨脹都會減慢，導致這種減速的力就是重力（萬有引力）。
讓我們以一個簡單的比喻來理解這三種宇宙的形態，首先我們要考慮從地球表面發射的一艘宇宙飛船。如果宇宙飛船沒有足夠的速度來逃離地球的引力，它最終會回落到地球。這類似於一個封閉的宇宙。如果宇宙飛船被給予足夠的速度，使得它只有足夠的能量逃逸，那麼在遠離地球的無窮遠處，它將停下來（這是平坦的宇宙）。最後，如果發射的船具有足夠的能量來逃脫，它將始終具有一定的速度，即使它是無限遠的距離（這就是開放的宇宙）。
三種不同類型的宇宙，圖：Sloan Digital Sky Survey
1.WJ百科-英文版（Expansion of the universe）
2.Hubble finds proof that the universe is expanding
3.Is there definitive evidence for an expanding universe?
4.The Expanding Universe - Sloan Digital Sky Survey
5.How is it proved that the Universe is expanding? (Intermediate)
審核人員：暫無，徵集審核志願者中。要求細心仔細，女生優先。
最終審核：
編輯用時：2018年10月3日-2018年10月4日（花費時長：約1個半小時）
審核用時：
最後更新：2018年12月30日星期日
注意：所有信息數據龐大，難免出現錯誤，還請指出錯誤所在好加以改之。
全文排版：天文在線（零度星系）
閱讀更多 天文在線 的文章
