宇宙有多大？在望遠鏡發明之前，古人所能想像的宇宙就是太陽系。隨著望遠鏡的性能越來越強，人們才發現更多肉眼看不見的星星，也才發覺這些天體其實距離我們非常遙遠。然而到了二十世紀初，人們仍以為太陽和這些天體全都屬於同一個星系──也就是銀河系；即使有一些天文學家注意到仙女座星系（Andromeda Galaxy）具有螺旋結構，而懷疑它是位於銀河系外的星系，但一般仍認為它只是銀河系中一個正在形成類似太陽系的星雲。
1919年，30歲的哈伯（Edwin Hubble）獲聘至加州的威爾遜山天文台（Mount Wilson Observatory）；11月，100吋的胡克望遠鏡（Hooker telescope，命名取自資助建造的美國鋼鐵企業家John Hooker）落成啟用。這是當時世上最大的天文望遠鏡，有此利器，哈伯得以更清楚地一窺宇宙深處。果然，四年後他便在仙女座發現了12顆造父變星（Cepheid），讓他得以釐清仙女座的爭議。
造父變星的光度（所發出來的光）會呈週期性的變化，光度越大的造父變星，變化週期越久，從一、兩天到兩、三個月不等；這是哈佛大學天文台的女性計算員勒維特（Henrietta Leavitt）於1912年發現的，因此也稱為「勒維特定律」。根據這個定律，只要觀察到某顆造父變星的變化週期是幾天，就可以得知它的平均光度是多少。我們知道同樣光度的星星距離我們越遠，看起來越暗，而且亮度與距離平方呈反比，因此從造父變星的變化週期與亮度，就能推算出它距離我們有多遠。
1924年11月，哈伯在紐約時報發表他的估算結果：仙女座距離我們至少100萬光年（目前估算的距離應是250萬光年），因此絕不可能位於銀河系內；我們銀河系只是宇宙大海中的一個「島宇宙」，之外還有浩瀚無垠的宇宙。
接著幾年，哈伯繼續觀測更多銀河系外的星系，發現越遙遠的星系的「紅移」（光譜的譜線整個往紅端移動）程度越大，也就是越遠的星系以越快的速度遠離地球；這代表所有星系都在彼此遠離，也就意謂著宇宙正在膨脹。1929年1月17日，哈伯發表題為《銀河系外星系之距離與徑向速度的關係》的論文，完全顛覆傳統認知。
長久以來，科學家相信宇宙處於平衡穩定的狀態，包括愛因斯坦也是如此，他於1917年在廣義相對論的方程式中另外添加了「宇宙常數」，以確保符合靜態宇宙觀。即使俄羅斯物理學家弗里德曼（Alexander Friedmann）以及比利時天文物理學家勒梅特（Georges Lemaître）分別在1922年與1927年，根據廣義相對論提出宇宙膨脹的模型，愛因斯坦仍打死不信。如今哈伯的觀測結果令他不得不將宇宙常數刪去，並嘆說這是他一輩子最大的錯誤（他萬萬想不到，後來發現的暗能量又讓宇宙常數起死回生）。
哈伯揭露了銀河系外還有廣袤無邊的宇宙，而且宇宙還在一直膨脹中，從此改變了人們的宇宙觀。雖然他的影響如此深遠，卻沒有拿到諾貝爾獎，只因當時的觀念仍不認為天文學是物理的一部分。等到觀念改變時，哈伯已於1953年因腦部血栓過世，等不到他應得的諾貝爾物理獎了（直到1974年，諾貝爾獎物理學獎才首度頒給天文學的學者）。
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