การโต้วาทีครั้งใหญ่ ค.ศ. 1920: ทางช้างเผือกคือทั้งเอกภพหรือไม่

ตั้งแต่คริสต์ศตวรรษที่ 18 นักดาราศาสตร์เห็นวัตถุฝ้า ๆ จำนวนมากบนท้องฟ้า บางวัตถุมีรูปร่างเป็นกังหัน เช่น เนบิวลาแอนดรอเมดา นักปรัชญาอิมมานูเอล คานต์ เคยเสนอว่าวัตถุเหล่านี้อาจเป็น "เอกภพเกาะ (island universe)" ระบบดาวขนาดใหญ่อย่างทางช้างเผือกที่อยู่ไกลออกไปมาก แต่จนถึงต้นศตวรรษที่ 20 ก็ยังไม่มีใครพิสูจน์ได้ คำถามนี้สำคัญมาก เพราะคำตอบจะบอกว่าเอกภพทั้งหมดใหญ่เท่าทางช้างเผือก หรือใหญ่กว่านั้นอย่างเทียบไม่ได้

วันที่ 26 เมษายน ค.ศ. 1920

ณ สถาบันวิทยาศาสตร์แห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ในกรุงวอชิงตัน นักดาราศาสตร์สองคนนำเสนอความเห็นที่ขัดกัน ซึ่งต่อมาเรียกว่าการโต้วาทีครั้งใหญ่ (Great Debate)

• ฮาร์โลว์ แชปลีย์ เพิ่งวัดขนาดของทางช้างเผือกด้วยกระจุกดาวทรงกลม และพบว่าใหญ่กว่าที่ใครคิดไว้มาก ราวสามแสนปีแสง เขาจึงเห็นว่าเนบิวลากังหันน่าจะเป็นกลุ่มแก๊สที่อยู่ภายในทางช้างเผือกอันกว้างใหญ่นี้ ทางช้างเผือกจึงเป็นเกือบทั้งหมดของเอกภพ
• ฮีเบอร์ เคอร์ติส เห็นว่าเนบิวลากังหันเป็นดาราจักรอื่นที่อยู่ไกลออกไป หลักฐานของเขาคือโนวา (ดาวระเบิด) ที่พบในเนบิวลากังหันจางกว่าโนวาในทางช้างเผือกมาก จึงควรอยู่ไกลกว่ามาก และเนบิวลาหลายแห่งมีแถบฝุ่นมืดพาดผ่าน เหมือนแถบฝุ่นของทางช้างเผือกเมื่อมองจากด้านข้าง

ทั้งสองคนถูกบางส่วนและผิดบางส่วน แชปลีย์ถูกที่ว่าดวงอาทิตย์ไม่ได้อยู่ใจกลางทางช้างเผือก แต่ผิดเรื่องเนบิวลากังหัน ส่วนเคอร์ติสถูกเรื่องเนบิวลากังหัน แต่ประเมินขนาดทางช้างเผือกเล็กเกินไป ข้อมูลในเวลานั้นยังไม่พอจะตัดสินได้

VAR!

ในเดือนตุลาคม ค.ศ. 1923 เอ็ดวิน ฮับเบิล ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาด 100 นิ้ว ที่หอดูดาวเมานต์วิลสัน ซึ่งใหญ่ที่สุดในโลกในขณะนั้น ถ่ายภาพเนบิวลาแอนดรอเมดา เขาพบจุดดาวที่คิดว่าเป็นโนวาและเขียนตัว N กำกับไว้ แต่เมื่อเทียบกับภาพเก่าหลายแผ่นพบว่าดาวดวงหนึ่งสว่างขึ้นลงอย่างสม่ำเสมอ เป็นดาวเซฟีอิด เขาจึงขีดฆ่าตัว N แล้วเขียนว่า VAR! (ย่อจาก variable) ด้วยความตื่นเต้น แผ่นภาพนั้นยังเก็บรักษาไว้จนถึงปัจจุบัน

ด้วยกฎของลีวิตต์ จังหวะการกะพริบบอกความสว่างจริงของดาว ฮับเบิลคำนวณได้ว่าแอนดรอเมดาอยู่ห่างราวเก้าแสนปีแสง ไกลกว่าขอบของทางช้างเผือกหลายเท่า แม้แต่ตามขนาดใหญ่ที่สุดที่แชปลีย์ประเมินไว้ (ระยะที่ถูกต้องในปัจจุบันคือราว 2.5 ล้านปีแสง เพราะต่อมาพบว่าเซฟีอิดมีสองชนิดที่สว่างต่างกัน) แอนดรอเมดาจึงเป็นดาราจักรอีกแห่งหนึ่ง ไม่ใช่เนบิวลาในทางช้างเผือก

เอกภพที่ใหญ่ขึ้นทันที

ผลงานของฮับเบิลถูกนำเสนอในที่ประชุมนักดาราศาสตร์ในวันขึ้นปีใหม่ ค.ศ. 1925 ในชั่วข้ามคืน เอกภพที่มนุษย์รู้จักขยายจากดาราจักรเดียวเป็นดาราจักรนับไม่ถ้วน ว่ากันว่าเมื่อแชปลีย์อ่านจดหมายที่ฮับเบิลส่งมาแจ้งผล เขากล่าวว่า "นี่คือจดหมายที่ทำลายเอกภพของผม" ไม่กี่ปีต่อมา ฮับเบิลยังใช้ระยะทางของดาราจักรเหล่านี้ร่วมกับการเลื่อนไปทางแดงของแสง ค้นพบว่าเอกภพกำลังขยายตัว ปัจจุบันประมาณว่าในเอกภพที่สังเกตได้มีดาราจักรหลายแสนล้านแห่ง