Henrietta Leavitt and the end of the universe
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20世纪初，Henrietta Leavitt在天文史上做出了最重要的发现之一：一种测量遥远恒星距离的标尺。利用这一工具，科学家们最终改变了我们对宇宙的理解。他们意识到空间正在膨胀，这种膨胀正在加速，最终，一切都会结束。本集最初于2021年6月30日播出。更多信息，请访问http://vox.com/unexplainable这是一个查看节目文字记录和阅读更多关于我们节目主题的好地方。也可以给我们发邮件！[email protected]我们会阅读每一封邮件。通过向Vox捐款来支持Unexplainable！bit.ly/givepodcasts了解更多关于您的广告选择的信息。访问podcastchoices.com/adchoices</context> <raw_text>0 9月28日，全球公民节将聚集数千名采取行动终结极端贫困的人们。加入Post Malone、Doja Cat、Lisa、Jelly Roll和Raul Alejandro，与世界领导人和活动家一起登上舞台，战胜贫困，捍卫地球，争取公平。立即下载全球公民应用程序，赢取您的节日门票。了解更多信息，请访问globalcitizen.org.com。

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收听我们最新的剧集《安娜》，无论你在哪里收听播客。现在是一月份，新年伊始。我们都制定了新年计划。所以我们想退一步，展望未来。非常大的一步。以及更宏大的展望。超越今年，实际上。超越未来几千年。我们想尽可能地展望未来。所以本周我们将与您分享我们最喜欢的剧集之一。

它始于布鲁克林的一个公园，结束于宇宙的尽头。嘟嘟嘟嘟嘟嘟，拿着自行车——哦，自行车麦克风。应该有人发明自行车麦克风。鸟？你好？我来自湖边。哦，哦，哦，等等。嘿，看看你的左边。我看到你了。好的。好的，所以……

诺姆，我们在这里。展望公园。纽约市，周二晚上天气晴朗。我带你来这里是因为我想和你一起做一个小的思想实验。好的。所以，对于我们能看到的约四颗星，五颗星，不，那是飞机。我们能看到的约四颗星。那是一架飞机。我想让你想象一下，你要绘制宇宙的地图。

好的。那么那颗星，看起来非常明亮的那颗星，它旁边的星，那边的星，你怎么计算出这些星离地球有多远，或者离地球有多近？我肯定我会算错的，但我认为这与它的尺寸、亮度有关。答案错误。好的。所以想象一下，这些恒星实际上是灯泡。

也许那颗星，就在树木之间的那颗明亮的星，也许它是一个一百瓦的灯泡，对吧？而且它非常明亮。或者也许它是一个30瓦的灯泡。它实际上相当暗淡，但它非常靠近。对。或者那边的其中一颗暗星实际上可能非常非常明亮，像一百瓦一样，但距离非常远。没错。是的，那是……

对。所以这就是19世纪末天文学家面临的难题，对吧？他们正在观察天空中的这些恒星。他们只有亮度可以参考，他们无法计算出

宇宙的地图是什么？我认为他们最终解决了这个问题？是的。所以这一集不仅会讲述他们是如何解决这个问题的。天文学家确实开发了一种测量恒星距离的标尺，而且还会讲述他们这样做之后发生了什么。因为绘制宇宙地图的想法变成了重新构建我们对宇宙的全部理解。你准备好听了吗？

我的意思是，我很感兴趣。我想听听剩下的内容。好了。这就是全部吗？这就是引言的全部内容吗？我知道你想要更长的引言。好的。我是诺姆·哈森费尔德。我是伯德·平克顿。本周在《难以解释》节目中，我们将讲述重新定义宇宙的标尺。测量宇宙的标尺源于一个非常基本的项目。

19世纪90年代，哈佛大学试图建立一个关于南天球的综合数据库，也就是他们所知道的关于每一颗恒星的一切信息。在秘鲁的一个天文台，他们正在进行一项调查，试图拍摄南半球夜空中所有不同部分的照片。

乔治·约翰逊写了一本关于这个项目的书。他们会这样做，你知道，间隔几个月，这样他们就能看到恒星是如何随时间变化的。他们会收集所有这些照片，然后……

他们会把它们带回家。他们会把这些玻璃照相底片打包，然后用骡子驮下山到港口，然后用船运到波士顿。或者他们会卸下它们，把它们带到哈佛天文台，放在一个小型的升降机上，把它们送到电脑所在的楼层。

回到19世纪90年代，电脑指的是人。通常是女性，她们从事男性科学家不一定会做的艰苦工作和数字计算。在这种情况下，他们正在收集关于恒星的数据。她们都有这些光桌，她们会仔细检查这些从后面照亮的玻璃照相底片，进行细致的观察。许多底片都是底片。

白色的天空上有许多小黑点。这些电脑人员对每个点进行测量，并将它们与其他点进行比较，然后用工整的字母写下成千上万个点。你知道，日复一日地为所有这些恒星做这件事。包括一些特别棘手的恒星。

天文学家注意到的一件事是，你知道，他们抬头看天空，他们会注意到有些东西并不总是相同的亮度。它们变得更亮，更暗，更亮，更暗。它们像灯塔一样脉动。天文学家称这些恒星为造父变星，因为它们是可变的，它们会发生变化。第一个是在仙王座看到的。

这些哈佛科学家不知道为什么造父变星会脉动，但他们知道他们在夜空中到处都能找到它们。所以他们认为，为什么不开展一些项目专门追踪它们呢？他们只是说，这里有一些刚从秘鲁运来的底片，我们想知道它们从亮到暗再到亮到暗的节奏是什么。所以你可以想象这将是多么乏味，就像……

搬运这些沉重的玻璃底片，尽量不要弄坏它们，把它们放在这些观察架上，测量这些东西，用墨水和笔记本记下它们，并试图找出这些变星的节奏是什么。那时，做电脑员的薪水比在棉花厂工作要高。如果你是一个对科学感兴趣的女性，这实际上是一份相当不错的工作。

但是进行这些计算的女性绝对不指望对她们正在编目的恒星有洞察力。就像，你不会指望你的机械计算器突然抬头说它注意到它正在做的数学中的模式。

但是这些电脑人员是人，所以这正是其中一位女性的经历。亨丽埃塔·勒维特。亨丽埃塔·勒维特。看起来非常维多利亚时代，你知道，穿着高领衬衫，头发梳成发髻。她花了数年时间追踪和测量造父变星。然后在1908年，她将所有测量结果整理成一篇论文，发表在哈佛天文台的出版物上。

21页，15页的表格。所以，再次想象一下，这需要多少工作。亨丽埃塔专注于一个星团，这些星团都聚集在天空中，就像一串宇宙葡萄。

这篇论文详细列出了该星团中1777颗造父变星。几乎是作为附带说明，它说，值得注意的是，较亮的变星具有较长的周期。值得注意的是，较亮的变星具有较长的周期。

这是亨丽埃塔的重要见解。这是解决我在剧集开头提到的问题的第一步，天文学家在凝视夜空时一直在努力解决的问题。因为记住，他们正在观察恒星，他们想知道，那真的是一颗暗星吗？那是30瓦的灯泡吗？还是因为它离我们很近？我们如何分辨？

但是因为亨丽埃塔观察的是单个星团中的造父变星，所以她可以将它们相互比较。所以她写道，对吧，这颗造父变星，总的来说，平均而言，比附近的恒星更亮，而且它的脉动速度较慢。亮到暗，亮到暗。

那边这颗，它整体上比较暗，而且脉动速度很快。亮暗，亮暗，亮暗。这颗明亮的。亮到暗。它运行得很慢。亮到暗。最终，亨丽埃塔发现了一种模式。她注意到，恒星从亮到暗的脉动速度与其亮度之间存在关系。造父变星脉动越慢，它就越亮。

这是一个巨大的发现。这是第一次有人能够判断一颗特定的恒星实际上是明亮的，还是因为它离我们很近而看起来很明亮。方便的是，你可以在整个可观测宇宙中找到造父变星。因此，天文学家可以使用它们来判断许多星团离地球有多远。他们可以观察任何一颗造父变星，并说，

好的，这颗恒星在我看来可能很暗，但因为它脉动得很慢，所以它一定实际上很亮，但距离很远。所以那个星团中的所有东西也一定很远。

亨丽埃塔的这句话给了天文学家一种方法来判断，这颗恒星比那颗恒星更靠近我们，但它比那边的恒星更远。这确实是今天我们使用的整个宇宙标尺的基础，或者说是亨丽埃塔·勒维特所做的这些测量。亨丽埃塔论文中的这个想法最终彻底改变了天文学。

亨丽埃塔本人病倒了，不得不离开哈佛很长一段时间，但她的男性老板最终利用她的工作发表了一篇后续论文。在那之后，其他科学家，例如埃德温·哈勃，他们采用了她的标尺，并为其赋予了具体的数字，以便你可以确定恒星的距离。但实际上，正是她的发现构成了我们用来到达宇宙越来越远的地方的所有距离标尺的基础。

而这种测量宇宙的能力彻底改变了我们对宇宙的理解。我们不仅了解了它的规模，还了解到它在不断增长和变化。因此，这个标尺帮助改写了教科书。早在20世纪20年代，一位数学家就试图提名亨丽埃塔获得诺贝尔奖，以表彰她的贡献。在那时，她已经死于癌症，所以她当时没有得到认可。但是

即使现在，她也只是一个脚注。对于其他有影响力的科学家，我们有论文、期刊和他们的日记。亨丽埃塔·勒维特几乎没有留下这样的东西。

我确实找到了一封信，她在信中提到从美国乘船前往欧洲。而且，你知道，我记得读到那封信时，我想，天哪，我想知道她是否和别人在一起。你知道，我希望如此。但是，你知道，我们就是不知道。我们确实知道一些小细节。所以我们知道亨丽埃塔在某个时候失聪了。我们知道她一生中多次严重生病。

我们还从她的分类账中知道，她的笔迹非常工整。但不幸的是，我们真的不知道比这多多少。亨丽埃塔发现了一种方法，让天文学家能够解开宇宙无数的谜团。但归根结底，她自己仍然是一个谜。

休息过后，我们将深入探讨亨丽埃塔的标尺所帮助解开的宇宙谜团。因为最终，她不仅为天文学家提供了一种测量恒星距离的工具。她帮助科学家们彻底重新思考了宇宙。对《难以解释》的支持来自Greenlight。有孩子的家长告诉我，时间过得很快。在你意识到之前，你的孩子就长大了。他们有了自己的信用卡。

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嘿，《难以解释》的听众们。我是苏·伯德。我是梅根·拉皮诺埃。女子体育运动如今正达到新的高度，有很多事情需要讨论，有很多事情需要解释。你的意思是，为什么女运动员的平均收入低于男运动员？

好问题。所以，苏和我正在推出一个播客，我们将深入探讨体育运动的一切，以及其他一些事情。我们称之为《多一点触感》。因为女子体育运动就是一切。流行文化、经济学、政治，你叫什么名字。没有比我们更适合谈论球场或球场上发生的事情的人了。

以及其他地方。我们还将分享一些关于我们共同生活的事情。不仅仅是像MetGalas和全明星赛这样的酷炫事情，还有我们的日常生活。你这么说，好像我们的日常生活并不光鲜亮丽。没错。无论是分析最大的比赛还是讨论最新的头条新闻，我们都将对体育世界及其他领域带来更多洞察力。在您收听播客的任何地方关注《多一点触感》。每周三都会发布新的剧集。您即将踏上一次超越地球的旅程……

进入未来的世界。忘记你周围的世界。忘记你周围的人。你正在进入……难以解释。独自一人，与你自己的想法为伴。《难以解释》。我们又回到了资深记者布莱恩·雷斯尼克这里。嘿。伯德谈到了亨丽埃塔·勒维特，以及她如何想出这个测量宇宙的标尺。布莱恩，你从一开始就和伯德一起参与了这个故事。

这个标尺最终将科学带到了哪里？我的意思是，基本上，接下来发生了什么？接下来发生了什么？嗯。

是的，接下来发生了很多事情。好的。科学家们不断改进这个标尺。而且，你知道，一旦你有了标尺，你就会用它来测量东西。对。所以每次科学家用这个标尺进行测量时，宇宙的整体都会发生根本性的变化。直到我们开始能够测量宇宙中的距离，我们才知道存在其他星系。

我和凯蒂·麦克谈到了所有这些。她是一位天体物理学家。她写了一本很棒的书，深入探讨了这一点，比如在太空中测量事物的力量。她基本上说，在此之前，在此类大规模测量之前，科学家们不知道还有其他星系？是的。所以有一些关于所谓的螺旋星云或岛宇宙的观察，这些是天空中的一些模糊斑点，

而且这些长期以来被认为可能是我们银河系内部的星团或星云或某种附近的物体。

你认识埃德温·哈勃吗？当然认识。哈勃望远镜。20世纪20年代，他是加利福尼亚州威尔逊山天文台的天文学家。他正在观察天空中一个模糊的区域，叫做仙女座。哈勃正在研究它。他正在寻找其中一颗脉冲星，一颗造父变星。由于亨丽埃塔，他知道如果他看到一颗造父变星，

他可以看到仙女座有多远，他看到了一颗造父变星。他看到了一颗变星。

代入计算结果……“号外，号外，快来看！”……意识到仙女座非常遥远。它一定只是另一个星系。“天文学家看到了另一个宇宙！”这是大事，就像头版头条新闻一样。“哈勃博士描述了距离70万光年远的巨大天体！”

所以我们可以使用这些变星来测量距离附近的星系，如仙女座星系，这让你知道这些星系实际上在我们自己的星系之外，它们实际上距离很远。这令人震惊。是的，那个老式报童说这就像看到另一个宇宙一样。对。那个报童和《纽约时报》的头条新闻说，

是不对的。好的。它只是另一个星系。但这让你感受到这个发现让宇宙感觉大了多少。好的，亨丽埃塔的标尺做的第一件大事是，它使科学家们能够使已知的宇宙变得更大。

接下来是什么？所以哈勃，一旦他开始，你知道，他有一个星系的测量结果，他就不会停下来。他测量了更多的星系。然后他意识到更令人震惊的事情。哈勃通过观察许多遥远的星系所发现的是，其他星系正在远离我们。这实际上非常重要。在此之前，许多科学家对宇宙达成了相当明确的共识。有一种观点认为……

宇宙是静态的，它是一个永恒不变的事物。但是这些新的测量结果表明了完全不同的东西。宇宙正在膨胀。总是有更多的空间。总是有更多的空间？是的，这太疯狂了。

想象一下，你面前有一个未充气的气球，你在它的表面画上点。当你吹气球时，你会看到点的数量保持不变，但它们之间的空间不断扩大。所以星系并没有增长，但它们之间的空间一直在增长。发现宇宙是变化的，它不仅仅是……

停留在那里，一切永远都在它应该在的地方，这是一件大事。所以仅仅通过测量宇宙，我们就意识到我们完全误解了关于宇宙的一切。是的。然后当你看到宇宙在运动时，这就会产生许多其他问题。所以如果它现在正在膨胀，那是否意味着宇宙在过去曾经不同？

特别是当我们开始倒放这幅图画时，这让我们想到，等等，宇宙是如何开始的？所以这就是科学家们如何想到大爆炸理论的吗？我认为关于我们如何得出大爆炸理论的科学的非常简化的故事是这样的，我们看到宇宙正在膨胀。我们只是想象它反向运行。

好的，让我确保我理解正确。我们有亨丽埃塔·勒维特，她仅仅是参与了这个关于恒星亮度的庞大目录项目，她就

发明了这个测量宇宙的标尺。然后哈勃最终使用这个标尺来弄清楚我们的星系，银河系，并不是整个宇宙，那里还有其他星系。然后哈勃再次发现宇宙实际上正在膨胀，这向我们表明宇宙不是静态的，它实际上有一个开端。是的。而且，你知道，如果有开端，也可能会有结束。

好的。所以这也来自标尺测量，它把我们带到了宇宙中最大的谜团。

所以我们来到了20世纪90年代。《科学》杂志今天的期刊报道了关于宇宙演化的新的信息。所以这些小组正在做的是，他们正在观察宇宙的膨胀速度，以找出膨胀减速的速度有多快。我们的预期是，宇宙在膨胀之后会继续减速。

他们认为它正在减速的原因是因为宇宙中存在所有这些物质。你看，宇宙中存在引力。一切都在吸引其他一切，那里的所有东西，行星、恒星和星系。引力应该试图将事物拉回一起，并踩刹车。我们实际发现的结果非常奇怪。他们发现膨胀并没有减速。它正在加速。

这就像你拿起一个球，把它扔到空中，它会慢下来一会儿，然后就射向太空一样奇怪。你真的不会期望那样。而且这些科学家真的没有预料到宇宙的膨胀会加速。是的。那么为什么会这样呢？当我们期望引力减慢它的速度时，宇宙怎么会膨胀得更快呢？

我们不知道。恰当地说，无论是什么导致膨胀，我们都称之为暗能量。我们不知道暗能量是什么。这与暗物质不同吗？是的，“暗”是物理学家对神秘或未知的称呼。所以科学家们非常确定暗物质是物质。暗能量更是空白。科学家们不知道它是什么。我的意思是，我们有想法，但是……

我们有很多想法。我们不知道它们是否正确。但我们知道的是，暗能量是一种坏消息。如果一些意想不到的和未知的东西没有先得到我们，暗能量将终结宇宙。

好的，等等。你说我们对这件事一无所知。是的。而且似乎我们唯一知道的是它将终结一切。差不多就是这样。你明白了。好的。很好。但这里更好的问题是如何？它将如何终结一切？这让我们进行了一些非常有趣的推测。哦，有趣。凯蒂说主要有两种可能性。好的。时间的终结的第一种选择是宇宙的热寂。

宇宙将继续膨胀，膨胀将继续加速，宇宙将变得越来越空旷、越来越冷、越来越暗、越来越弥散。所以你会到达一个点，大约在1000亿年左右，遥远的星系是不可见的。

它们离得太远了，移动得太快了，光线无法追上，我们也无法看到它们。所以如果你在1000亿年后拥有哈勃太空望远镜，观察夜空，你将看不到那些美丽的螺旋星系。

这基本上是在说宇宙越来越大。为什么这意味着宇宙会终结？因为当事物彼此相距太远时，它们就无法再相互作用了。宇宙中每一个单独的物体，每一个星系，每一件事都会及时地部分衰落。

这是物理学和我们对一切理解中的一个关键思想。它是熵。它是从有序到无序的进程。你知道，你有一些很好的结构，恒星、星系和行星，它们会衰变。更多的能量将作为废热辐射出来，因为事物正在瓦解。最终你会到达一个点，一切基本上都完成了。一切都相距太远，没有……

没有什么可以启动任何东西。没有什么在相互作用。剩下的只是这种废热。我们称之为热寂，宇宙的最终热寂。这是一种宇宙中只有少量辐射的状态，那是所有事物的废热，仅此而已。

不太好。是的。好吧……情况可能更糟。情况怎么会比永远什么都不发生更糟呢？这就是我们进入第二种情况的地方。大撕裂。大撕裂？这就像好莱坞会选择的那样。好的。所以在之前的场景中，热寂，星系和行星以及类似的东西……它们被引力很好地结合在一起，它们保持在一起。但在这种情况下……

一切开始撕裂。所以它首先会开始将星系团分开。所以相互绕行的星系，它们会开始彼此远离。然后它会开始将星系分开。所以银河系边缘的恒星会开始漂移。然后行星会开始离开我们的太阳系。

然后它从那里加速。所以你开始到达一个点，地球内部有暗能量，它正在将地球撕裂，它使地球爆炸。然后它会分解成分子、原子、原子核，最终撕裂空间本身。好的。我们有两种情况。我的意思是，它们同样……

糟糕，哪一个更有可能发生？就像，我们怎么知道我们会越来越孤立，还是一切都会被撕裂？

我们不知道。好的，很好。凯蒂告诉我，不过，关于热寂情景的共识更多，根据现有的理论模型，它更有可能发生。但实际上，所有这一切都取决于暗能量究竟是什么。而现在，暗能量仍然是一个谜。我们对这里很多东西都可能是根本性的错误。所以真正接近答案的方法就是继续测量。

如果我们真的了解宇宙的膨胀速度，如果我们非常非常了解宇宙的膨胀历史，这部分是基于所有这些距离的测量等等，那么我们应该能够比较关于暗能量的不同想法，并说哪些想法更有可能。但这对我来说都突显了测量的力量。我的意思是，

仅仅通过测量一件东西。你用新的眼光看待这件事。你甚至最终改变了这件事本身，就像改变了你对这件事的理解一样。即使是最微小的计算也是如此。亨丽埃塔坐在房间里测量恒星的亮度。这些计算给了我们宇宙标尺。然后，这个标尺向我们展示了宇宙是多么巨大、奇特以及不断令人惊讶。这一切都归结于测量。

是的。所有这些令人难以置信的科学进步故事，都始于最简单的问题：它有多远？它有多亮？我喜欢简单的问题有时会把你带到非凡的地方，它可以带你到宇宙的开端，甚至可以带你到时间的尽头。

本集由布莱恩·雷斯尼克和我，伯德·平克顿报道和制作。我们得到了梅雷迪思·霍德诺特和诺姆·哈森菲尔德的编辑，他们也创作了音乐。混音和声音设计由克里斯蒂安·阿亚拉完成，事实核查由曼丁·阮完成。

如果你想了解更多关于《万物终结》的信息，凯蒂·麦克有一本很棒的书，叫做《万物终结：从天体物理学的角度》。如果你想了解更多关于亨丽埃塔·勒维特的信息，我强烈推荐乔治·约翰逊的书《勒维特小姐之星》。如果你对本集有任何想法或节目建议，请给我们发邮件。我们的邮箱是[email protected]。我们也希望你能给我们留下评论或评分。

《难以解释》是Vox Media播客网络的一部分。我们下周再见。