1776年7月4日，《独立宣言》签署之时，人类所知的宇宙还很渺小。当时只确认了五颗行星（水星、金星、火星、木星、土星）。日心说已经确立。银河是天空中一道模糊的光带。而据当时所知，这道光带就是整个宇宙。
250年后的今天，我们知道我们的星系只是数万亿个星系之一，宇宙已经膨胀了138亿年，并且其95%的内容是看不见的暗物质和暗能量，我们才刚刚开始理解它们。从最初的认知到现在的认识，这是一段四次概念革命的故事，每一次都由美国科学引领或深刻塑造。
太阳：从煤炭到核聚变
1863年，《科学美国人》发表了一篇文章，驳斥了一个异常顽固的观点：太阳是一块燃烧的煤炭。数字让这个观念显得荒谬，如果它是煤炭，以观测到的能量输出率计算，太阳只能维持5000年。该杂志估计太阳的寿命在1亿到4亿年之间，虽然仍然偏短，但迈出了正确方向的一步。
真正的答案出现在1920年，当时亚瑟·爱丁顿提出恒星由核聚变提供能量，将氢转化为氦。1938年，汉斯·贝特计算出了质子-质子链和CNO循环，即实际的机制。太阳不是燃烧，而是在聚变。这种聚变使其寿命不是数百万年，而是数十亿年。
以太：改变一切的空结果
1887年7月，在俄亥俄州克利夫兰的一个地下室里，阿尔伯特·迈克耳孙和爱德华·莫雷进行了一项实验，该实验成为”科学史上最重要的零结果”。他们建造了一台干涉仪，用来测量光速因地球穿过假想的”发光以太”（一种被认为充满整个空间的不可见介质）的运动方向而产生的差异。
他们没有发现任何差异。以太并不存在。
这个零结果为1905年爱因斯坦的狭义相对论和1915年的广义相对论扫清了道路，后者用对空间、时间和引力全新的概念取代了以太。迈克耳孙-莫雷实验，在美国本土构思并执行，是现代物理学赖以建立的实验基础。
银河系及更远
1785年，威廉·赫歇尔绘制了银河系地图，并得出结论认为银河系呈盘状，太阳系位于其中心。1918年，哈洛·沙普利利用对球状星团的观测证明，太阳系根本不在中心，而是在大约27000光年之外，这一降级比哥白尼的发现更为深刻。
但已知宇宙最戏剧性的扩张发生在1923年。埃德温·哈勃使用加利福尼亚威尔逊山天文台的100英寸胡克望远镜，对仙女座星云进行了成像，并分辨出其中的单颗恒星，包括让他能够计算其距离的造父变星。仙女座星系至少距离100万光年（后来修正为250万光年），远远超出银河系的边界。它是一个独立的星系。
宇宙刚刚以难以想象的规模扩展了。银河系之外的一切，每个星云、每团模糊的光斑，现在都被理解为另一个恒星之岛。
从膨胀到加速
1929年，哈勃有了另一个发现：星系正在远离我们，而且距离越远，退行越快。宇宙在膨胀。爱因斯坦曾经引入一个”宇宙学常数”来保持他的静态宇宙模型，后来称之为他最大的错误。
70年来，宇宙学家假设膨胀在引力的牵引下正在减速。1998年，两个国际团队，均由美国科学家领导（索尔·珀尔马特、亚当·里斯和罗伯特·基什纳），各自独立发现了相反的情况：膨胀正在加速。某种东西正在将星系推开。这个未知的东西被命名为暗能量。
如今，暗能量和暗物质共同占据了宇宙内容的95%。我们通过引力效应知道它们的存在，但我们不知道它们是什么。
未来250年
在2126年，美国建国500周年之际，我们的视野将是什么样子？哈勃太空望远镜、詹姆斯·韦布太空望远镜以及即将发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，有望进一步推动对暗物质和暗能量本质的理解。如果过去250年的模式能够延续，答案将是谦卑的：宇宙比我们想象的还要奇特。
婷 翻译
来源
- Lea R. “Space science has come a long way since July 4, 1776. Here’s a look back at the saga.” Space.com, 2026年7月4日. https://www.space.com/astronomy/space-science-has-come-a-long-way-since-july-4-1776-heres-a-look-back-at-the-saga