宇宙论的发展,拨云见日,我们的宇宙到底什么样?

天文学中可能没有其他主题比宇宙学更加令人激动或是有争议性了。事实上,历史上每个文化关于自己的宇宙论都存在争议,尝试去解释宇宙和其中生命的存在。在17世纪的第一个十年之前,人们关于宇宙的看法局限于眼睛看到的东西。但当望远镜被发明时,一切都改变了。

图解:理论上抽象的大爆炸创造了137亿年前的宇宙© iStockphoto/Gramper

人类历史上第一次瞥见宇宙的宏伟规模中充满了许许多多的物体。尽管一些人马上把这个新的“仪器”当做魔鬼的杰作,但其他人却认识到了它的重要性而且开始用它去探索天空。现在,天文学家继续为了我们的宇宙学而研究,用更大更好的望远镜,飞行器和计算机,希望能够捕捉大爆炸和远处事物的本质。毫无疑问现在的宇宙论会被一些未来的宇宙论改变,这正是科学的运作方式。但现在我们和所有我们之前好奇的祖先一样,为了最终问题的答案去探索天空。

宇宙学的定义

宇宙学这一术语是古希腊词语“cosmologia”(有序或有序的安排)和“logos”(原因或计划)的合成词。这一领域的研究集中在分析整个宇宙而且是三个思想领域:哲学,宗教和科学的主题。不过本篇文章只讨论关于宇宙学的科学思维模式。

关于科学宇宙学

在科学界,宇宙学也被认为是物理宇宙学。这一领域人们的研究关心宇宙的起源,它的本质,和他随着时间的演变。最早的宇宙学家只研究太阳系的物理力学,例如行星和恒星如何运动和相互作用。几个理论被如亚里士多德,萨摩斯的阿利斯塔克斯和托勒密等哲学家发展起来。

也许最知名的几个关于“天体”力学理论来自托勒密和哥白尼。托勒密提出地球是宇宙的中心且天空中的其他一切都围绕着它。托勒密的体系使星球具有以完美的圆形路径绕太阳系旋转的特色,并且利用本轮解释了天体如何关于地球和其他天体移动。

不太知名的印度,希腊和穆斯林学者争论太阳而不是地球才是宇宙的中心。然而,直到16世纪天文学家哥白尼利才用它的论文详细阐述了他的日心说来支持这一观点。很多科学界的人认为这是天文学历史上出现的最重大的事件。

艾萨克·牛顿爵士

也许最著名的是激励了他的引力理论的“苹果事件”,艾萨克·牛顿爵士发表了他的专注数学原理,此外,还为开普勒的行星理论原理提供了力学基础。他的引力理论解决了行星之间的相互作用的矛盾。尽管他称之为“万有引力”,牛顿却只把它运用到了太阳系。直到阿尔伯特·爱因斯坦出现,提出提出他的数学公式可以适用于整个宇宙。

图解:刻于1833年的以这位科学家,艾萨克·牛顿为特征的版画。牛顿生活在1642到1727年。© iStockphoto/Traveler1116

银河曾一度被当做是宇宙,然而希伯·D·柯蒂斯推理被观察的窝状星云是独立的恒星系统。爱德文·哈勃在1923到1924年观察仙女座星系新星的时候坚信在我们的星系外有更大的空间。

然而,那时人们仍旧认为宇宙是静止的,但即使是这样的信念也在几年后受到了挑战。首先,宇宙的模型使用了一个爱因斯坦创造的宇宙论的常量,表明了宇宙正在膨胀。哈勃在1929年注意到来自遥远星系的光远离了银河,为这一观点提供了支持。

阿尔伯特·爱因斯坦

1917年,阿尔伯特·爱因斯坦发布了一篇名为“广义相对论理论的宇宙学思考”的论文,最终确定了他的引力理论。很多研究宇宙学的人认为这是现代科学宇宙学的开端,它启发了那时研究宇宙的人们,如卡尔施瓦兹希尔德,威利姆·德·锡特,和亚瑟·爱丁顿去研究爱因斯坦相对论的意义。

图解:印度阿尔伯特·爱因斯坦邮票© iStockphoto/Traveler1116

尽管爱因斯坦的理论支持了一个不断变化和膨胀的宇宙,他仍旧相信Harlow Shapely,一位来自威尔逊山的天文学家所说的关于宇宙的:宇宙是个静止的的地方,只有银河系。为了使他的理论和他所相信的结合在一起,爱因斯坦将宇宙常数添加到他的公式中,以确保模型保持不变。幸运的是,他后来改变了自己的想法。称这个常数是个巨大的错误,他否认了这一点。

我们现在的大爆炸理论起源于1931年一个比利时牧师乔治·勒梅特雷的一个推测:过去宇宙的创造性事件可能是它扩大的原因。他推理宇宙起源于一个为了持续扩大到现代的鸡蛋。然而还有很多人关于大爆炸假说创造出了竞争理论,罗伯特·威尔逊和阿尔诺·彭齐亚斯在1964年发现的宇宙微波背景辐射消除了很多这样的理论。

宇宙论的转化

宇宙论曾一度被认为是推测性科学,现在,由于WMAP和COBE卫星对背景辐射的精确观测,宇宙论被当做了预测科学。这些观察顺应了阿兰·古斯,一位在1981年提出宇宙膨胀想法的美国物理学家的预测。这个版本的大爆炸理论解释了宇宙是如何扩展的,而且解决了很多其他有问题的领域。

不过,仍旧有很多领域无法充分科学的解释宇宙的创生。为了解决这些谜题,很多科学家集中研究量子理论学来尝试联系量子物理学和广义相对论。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. thetimenow- ticy

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