现代宇宙学

进入20世纪以来，由于人类科学技术的飞速发展，天文观测手段出现一次又一次的革命性的进展，观测到了上百亿光年的宇宙空间，了解到天体的上百亿年的时间演化。天文学家们对这样的大尺度空间和悠久的时间里的物质演变产生了浓厚的兴趣。如何解释已观测到的许许多多客观事实，如何利用现代物理学对这许许多多观测事实给予科学的说明？这些就是现代宇宙学的任务，它是天文学中的一个分支。也就是说，现代宇宙学从整体上研究大尺度的时空性质，物质运动的规律。它是当代天文学中最活跃的前沿阵地之一。现代宇宙学的最大特征是必须尊重观测到的客观事实，不能凭想象。而且必须能在理论物理学的基础上给予科学的说明。它涉及到恒星的起源和演化，星系的起源和演化，元素的起源和演化等多方面的基础理论问题。人们最想知道的是：宇宙是什么样子呢？宇宙有多大？宇宙的结构如何？宇宙有没有诞生之日和终结之时？

20世纪以来，天文学家们建立起多种宇宙模型。概括起来主要有两大派别：一类叫稳恒态宇宙模型，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是不随时间变化的，稳恒不变。不仅在空间上是均匀的，各向同性的，而且在时间上也是稳定的。这是1948年英国天文学家邦迪（Hermann Bondi）等人提出的；另一类叫演化态模型，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。这是1922年，苏联数学家弗里德曼（Friedmann）在解爱因斯坦引力场方程时得到的。在众多的宇宙模型中，目前影响较大的是热大爆炸宇宙学说。

热大爆炸宇宙学认为，大约在150亿年前，在一个致密炽热的奇点发生了惊人的热大爆炸。这场爆炸后，形成迅速的膨胀，逐渐形成了我们今日可见的宇宙。这就告诉我们，不仅宇宙间的万物在演化，大尺度的宇宙本身也是演化的主体。那么，现在有没有观测到的事实来支持这个观点呢？上面介绍的有关星系的红移现象和哈勃定律等，都支持了宇宙还在膨胀之中的论点。另外，20世纪60年代天文学中的四大发现之一的微波背景辐射认为，星空背景普遍存在着2.7K微波背景辐射，这种辐射在天空中是各向同性的。这同由理论预言的热大爆炸遗留下的余热相符，有利地支持了大爆炸宇宙学的观点。但是，热大爆炸宇宙学也有些根本性问题没解决。如大爆炸前的宇宙是什么样，大爆炸是怎么引起的、宇宙的膨胀未来是什么结局？……。关于宇宙的问题虽然没有解决，但是，我们可以看到两个伟大的事实：一、人是宇宙物质演化的结果。而人的思维又反过来认识宇宙间的万物，充分体现了人的智慧和力量的伟大；二、人类对宇宙的认识，特别是近几十年来在观测事实和理论分析中都有巨大的飞跃，它预示着未来会有突破性的伟大成就，这是人类社会和科学发展的规律，我们每个人都不是局外人。

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