这是一个极好的问题。

要剖析这个问题，我们只能从坚实的“地基”出发、一点一点排除“合理怀疑”，直到我们可以放心说出“看来就是这个原因了”。

一、光谱

当我们把物体加热到炽热状态时，它就会发光。这叫“黑体辐射”。

理想的黑体辐射是这样的连续光谱：

温度不同，光谱能量分布不同；但涵盖了所有电磁波频段。

只要拿出一个三棱镜，就可以看到各种光谱的真面目。

二、元素谱线

可是，当我们点燃一些奇奇怪怪的物质时，情况发生了变化。

比如，用三棱镜看高压钠蒸汽，它的光谱是这个样子的：

再比如，汞蒸气的光谱是这个样子的（三棱镜分解后，测量不同位置的光强度；其中横轴是波长，越靠左波长越短，越接近紫外线乃至 x 射线）：

不仅如此：当我们让黑体辐射的“连续光谱”透过钠蒸气或者别的气体时，看到了这个：

上图是钠、氮、氢、氧各自的吸收光谱和发射光谱。我们可以清晰的看到，它的吸收光谱和发射光谱是严格对应的——它会发射哪个频率的光子，它就吸收哪个频率的光子。

太阳光谱

当你知道这个知识时，会不会“触类旁通”，然后“大逆不道”的想去窥探下太阳？

你看，太阳本身是一个“大火球”，它自然会按黑体辐射的规律发射出电磁波；但，太阳外层肯定还笼罩着一层大气，这层大气相对会“冷”一些——那么，它本体发出的连续光谱会不会被它的大气中的各种元素吸收，也变成某种“吸收光谱”？

答案是：当然！

你看，有了太阳光谱，我们是不是就能分辨出它的大气里的各种元素？

喏：

甚至，我们还可以根据“吸收谷的深度”，猜测出太阳表面各种元素的含量百分比（丰度）^[1]！

这是现代科技采集到的、分辨率更高的太阳吸收光谱图像：

其他恒星的光谱

既然可以得到太阳的光谱；那么，我们是否可以通过望远镜镜筒把杂散光隔离，一个个测量天上其他星星的光谱？

答案当然是肯定的。

事实上，人类不仅能测量出“其他恒星的光谱”，对于离的比较近的恒星，人类甚至能趁它的行星掩食的机会、测出其他恒星系统里面的行星大气的吸收光谱、从而推导出该行星的大气层里都有什么^[2][3]。

星际气体的光谱

另一方面，我们知道，宇宙空间弥散着大量的气体。这些气体可能是星云，也可能是恒星爆炸抛出的气体外壳，还可能是中子星 / 黑洞进食时喷出的气体喷流……借助星光背景，是否也可以研究它们的吸收光谱呢？

答案仍然是可以。

不仅可以，我们还可以借助“红移”和“蓝移”，测出这些气体喷流的喷射速度^[4]！

三、“红移”和“蓝移”

红移和蓝移的本质是“多普勒效应”^[5]，指的是远离我们的物体发出的光频率降低，整体上它的光谱向着红色一端移动；反之，当它向着我们而来时，它的光谱会整体向着蓝色一端移动。

我们已经知道，各种元素的发射 / 吸收光谱和它的核外电子相关，只要是同一种元素（同位素也会对光谱产生一定影响），其光谱线的精细结构就不可能改变。

这个判断受到了全方位的检验。

比如，我们知道，地球绕着太阳公转；那么对于黄道面上的恒星，地球会有半年远离它、另外半年接近它。

地球公转速度约 30km/s；这就会在连续观测同一颗恒星时、发现它的光谱线在一年内周期变化，这个变化对应于最大±30km/s 的公转速度（实际还得考虑地球自转的影响）。

这在天文观测中得到了充分证实。

事实上，如今人类已经能通过观测星光的红移 / 蓝移，把它和地球之间的速度变化精确到 15 厘米 / 秒（对应于光谱线频率 100khz 的变化）^[6]。

再比如，利用地球公转轨道直径，利用三角定位法，我们可以相当准确的测量出较近的恒星和我们之间的距离变化^[7]。这个测量数据可以和通过光谱红移 / 蓝移量推算出来的数据交叉验证。

还有，由于多普勒效应，恒星光谱中的特征谱线会“展宽”，这是因为恒星自转时，可能一侧远离我们而另一侧接近我们，于是两侧就有了不同的红 / 蓝移，这就使得我们捕捉到的元素谱线频率范围变宽^[8]。例如，牛郎星（天鹰座α）的光谱分析显示其赤道自转速度约 286 公里 / 秒，远超太阳的 2 公里 / 秒，导致其赤道半径比两极大 20%，呈明显扁球状。

多普勒效应也能用于测量星系的自转或者恒星的公转^[9]。这些都可以、也已经通过多种手段交叉验证过。

除了速度之外，恒星光谱的红移还和引力相关。这也能通过相对论精确推算。

四、观测事实

如你所见，人类科学家并不是贸然就把红移蓝移拿来乱用的。我们尽其所能的用各种手段测量了可以交叉验证的各种天体，证明了它的可靠。

并且，如你所见，天体并不是只有“红移”，而是既有红移也有蓝移的。

但是，当人类尝试用光谱分析更远的天梯时，意外出现了——那些更遥远的天体竟然没有蓝移、统统是红移！

不仅如此，人类科学家还精确测量了它们与我们的距离，发现它们的红移量正比于它们和我们的距离。距离越远，红移幅度就越大。这叫做宇宙学红移。

五、原因分析

人类也曾经想尽办法去解释宇宙学红移；但最终，假设最少、最可靠的解释只有一种，就是远处的天体在远离我们；距离越远，远离我们的速度就越快。

我们熟悉的、符合这个约束的现象只有一种，就是爆炸。或者，说的更准确点，空间在膨胀。