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宇宙学

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宇宙学(英语:Cosmology)或宇宙论,这个词源自于希腊文的κοσμολογία(cosmologia, κόσμος(cosmos) order + λογια(logia) discourse)。宇宙学是对宇宙整体的研究,并且延伸探讨至人类在宇宙中的地位。虽然宇宙学这个词是最近才有的,但人们对宇宙的研究已经有很长的一段历史,牵涉到科学哲学神秘学以及宗教

近代发展

最近,天文物理学在物理宇宙学(借由科学观察与实验来了解宇宙)的发展上扮演了核心的角色。这个学科专注在宇宙最为巨观且最早期的面向,一般被理解为由大爆炸起头。大爆炸指的是空间的膨胀,而到目前为止,宇宙被认为于137亿年前由此膨胀产生。从宇宙剧烈的发生直至它的结束,科学家认为宇宙的整个历史是一个有秩序的、且在物理定律的支配之下的进程。

物理宇宙学

物理宇宙学是物理学和天体物理学的分支,专门研究宇宙的物理起源及其演化。这学科亦会从最大的尺度去研究宇宙的本质。

在过往,希腊哲学家认为天是一个天球,当中的机械原理,就成为了现时天体力学的内容。在当时,阿里斯塔克斯亚里士多德托勒密曾提出过几个不同的天体学理论,当中以托勒密用来解说天体运作的地心说被广为接受,直到16世纪时为哥白尼所推翻,并得到开普勒伽里略等人提出的新日心说理论所取代。这事件成为了宇宙物理学的一个最著名的认识论断裂英语epistemological rupture的例子。

随着牛顿及其于1687年出版的《自然哲学的数学原理》的出现,长久以来有关天体的运动问题终于被解决了。牛顿为开普勒定律的机制提供了物理上的解释,而他的万有引力定律使过往难以解释的各种奇特天文现象,例如行星逆行的现象,都可以透过行星间的引力相互作用而解释。牛顿的天体学理论与先前的理论在根本上最大的分别,在于哥白尼原则只提出地球在宇宙里没有特殊地位,而牛顿却更进一步的指出:不论是天体和地球,两者皆遵守着相同的物理法则。这一点在宇宙物理学的进展来说是很重要的。

近代宇宙学通常以1917年爱因斯坦发表广义相对论做为分界。爱因斯坦于论文《广义相对论的宇宙学考量》(该论文在第一次世界大战前并未普遍流传到德国之外)中发表广义相对论。广义相对论暗示物理学家诸如威廉·德西特卡尔·史瓦西亚瑟·爱丁顿等人去探究这理论的天文现象,这使天文学者有能力去探究极远处的天体。在这之前,物理学家都假设宇宙是稳定无变化的。

另一方面,宇宙学有个历史悠久的说法:宇宙结构曾经达到顶峰。威尔逊山的天文学家哈罗·沙普利推崇仅由一个银河恒星系统所组成的宇宙模型,而希伯·柯蒂斯反驳此想法,认为这只是以自己所在的螺旋星系做推测,是岛宇宙。双方之争在1920年4月26日的华盛顿国家科学院会议中达到高潮,史称“沙普利-柯蒂斯之争”。此辩论的结论促使爱德温·哈勃在1923到1924年间去观测仙女座星系中的超新星。这些星体的位置后来确认了银河系外围附近螺旋星系的距离。

随后爱因斯坦于1917年的论文中引入宇宙常数,再度创造了研究宇宙的可能性。因宇宙常数的大小可能导致宇宙膨胀,于是比利时牧师乔治·勒梅特于1927年提出大爆炸模型,随后由哈勃在1929年发现的红移与1964年阿诺·彭齐亚斯罗伯特·威尔逊所发现的宇宙微波背景辐射证实。这些发现第一步排除了许多替代的宇宙模型。

最近由COBE及WMAP卫星观测的宇宙微波背景提供了很有意义的结果。当这些观测与一种称为宇宙暴涨模型(标准大爆炸模型的规范)的预测吻合时,在许多科学家眼中,这将宇宙学由非常投机的科学化成预测的科学,进入了近代的“宇宙学黄金年代”。

其他相关学说:

另类宇宙学

非标准宇宙学

哲学宇宙学

宗教宇宙学

外部链接