了解宇宙及其影響
宇宙學(xué)可能是一門難以處理的學(xué)科，因為它是物理學(xué)中涉及許多其他領(lǐng)域的一個研究領(lǐng)域。（事實上，現(xiàn)在幾乎所有的物理學(xué)研究領(lǐng)域都涉及到許多其他領(lǐng)域。）什么是宇宙學(xué)？研究它的人（稱為宇宙學(xué)家）實際上做了什么？有什么證據(jù)支持他們的工作？
宇宙一目了然
宇宙學(xué)是研究宇宙起源和最終命運的科學(xué)學(xué)科。它與天文學(xué)和星形物理學(xué)的具體領(lǐng)域關(guān)系最密切，盡管上個世紀(jì)也使宇宙學(xué)與粒子物理學(xué)的重要見解密切相關(guān)。
換句話說，我們達(dá)到了一個迷人的認(rèn)識：
我們對現(xiàn)代宇宙學(xué)的理解來自于將我們宇宙中**結(jié)構(gòu)（行星，恒星，宇宙和galaxy簇）的行為與我們宇宙中最小結(jié)構(gòu)的行為聯(lián)系起來。（基本粒子）。
宇宙史
宇宙學(xué)的研究可能是對自然界進(jìn)行推測性研究的最古老的形式之一，它始于歷史上的某個時候，當(dāng)一個古人類看著天空時，提出了以下問題：
- 我們怎么來這里？宇宙小知識
- 夜空里發(fā)生了什么？
- 我們一個人在宇宙中嗎？
- 天空中那些有光澤的東西是什么？
你明白了。
古代人提出了一些很好的嘗試來解釋這些。西方科學(xué)傳統(tǒng)中最主要的是古希臘人的物理學(xué)，他們發(fā)展了一個全面的宇宙地心模型，這個模型在幾個世紀(jì)以來一直被提煉到托勒密時代，此時宇宙學(xué)確實沒有發(fā)展，幾個世紀(jì)以來，除了一些德國詳細(xì)介紹系統(tǒng)各個組件的速度。
這一領(lǐng)域的下一個重大進(jìn)展來自于1543年的哥白尼（Nicolaus Copernicus），當(dāng)時他在他的死者身上發(fā)表了他的天文學(xué)書籍（預(yù)計會引起與天主教會的爭議），概述了他太陽系日心模型的證據(jù)。推動這種思維轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵見解是，沒有真正的理由認(rèn)為地球在物理宇宙中包含一個基本的特權(quán)地位。這種假設(shè)的變化被稱為哥白尼原則。哥白尼'根據(jù)Tycho Brahe，Galileo Galilei和Johannes Kepler的工作，日心模型變得更加流行和接受，他們積累了大量實驗證據(jù)來支持哥白尼日心模型。
然而，艾薩克·牛頓爵士能夠?qū)⑺羞@些發(fā)現(xiàn)結(jié)合在一起，實際解釋行星運動。他有直覺和洞察力，意識到落在地球上的物體的運動類似于軌道在地球上的物體的運動（實質(zhì)上，這些物體不斷落在地球上附近）。由于這個動作是相似的，他意識到這可能是由他稱之為重力的相同力量引起的。通過仔細(xì)觀察和開發(fā)稱為微積分和他的三個運動定律的新數(shù)學(xué)，牛頓能夠創(chuàng)建在各種情況下描述這種運動的方程。
雖然牛頓和#39;重力定律用于預(yù)測天空的運動，但有一個問題。。。這并不清楚它是如何工作的。該理論提出，具有質(zhì)量的物體在空間上相互吸引，但牛頓能夠為重力用來實現(xiàn)這一目標(biāo)的機(jī)制制定科學(xué)的解釋。為了解釋這個莫名其妙的問題，牛頓依賴于一個通用的應(yīng)用程序?qū)ι系蹃碚f，基本上，物體以這種方式回應(yīng)上帝'在宇宙中的完美存在。為了獲得物理解釋將等待兩個多世紀(jì)，直到一個天才的到來，他的智力甚至可以超過牛頓的智力。
廣義相對論和大爆炸
牛頓和#39;宇宙學(xué)主導(dǎo)科學(xué)，直到二十世紀(jì)初，阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)展了他的廣義相對論理論，重新定義了對重力的科學(xué)理解。在愛因斯坦'新公式中，重力是由于大量物體（如星球，恒星甚至星團(tuán)）的存在而引起的四維空間時間彎曲造成的。
這種新公式的一個有趣含義是，時空本身是平衡的't?？茖W(xué)家們以相當(dāng)短的時間意識到，廣義相對論預(yù)測太空時間將擴(kuò)大或收縮。相信愛因斯坦相信宇宙實際上是永恒的，他在理論中引入了一個宇宙常數(shù)，它提供了一個抵消擴(kuò)張或收縮的壓力。然而，當(dāng)天文學(xué)家埃德溫·哈布（Edwin Hubble）最終發(fā)現(xiàn)宇宙實際上在擴(kuò)張時，愛因斯坦意識到他'd犯了一個錯誤，并從理論中刪除了宇宙常數(shù)。
如果宇宙正在擴(kuò)張，那么自然的結(jié)論是，如果你要重新布線宇宙，你'd看到它一定是從一小塊密集的物質(zhì)中開始的。這個宇宙如何開始的理論被稱為“大爆炸理論”。這是二十世紀(jì)中葉一個有爭議的理論，因為它爭奪對Fred Hoyle'穩(wěn)態(tài)理論的支配。然而，1965年宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)證實了與大爆炸有關(guān)的預(yù)測，因此它在物理學(xué)家中被廣泛接受。
雖然他在穩(wěn)態(tài)理論上被證明是錯誤的，但Hoyle被認(rèn)為是恒星核合成理論的主要發(fā)展，這是氫和其他輕原子在稱為恒星的核坩堝內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^重原子的理論，并且吐出在恒星上進(jìn)入宇宙's死亡。然后，這些較重的原子繼續(xù)形成水，行星，最終形成地球上的生命，包括人類！因此，用許多令人敬畏的宇宙學(xué)家的話來說，我們都是由星塵形成的。
無論如何，回到宇宙的演化。隨著科學(xué)家獲得關(guān)于宇宙的更多信息并更仔細(xì)地測量宇宙微波背景輻射，出現(xiàn)了一個問題。隨著對天文數(shù)據(jù)的詳細(xì)測量，很明顯量子物理學(xué)的概念需要在理解宇宙的早期階段和演化過程中發(fā)揮更強(qiáng)的作用。這個理論宇宙學(xué)領(lǐng)域雖然仍然是高度推測性的，但已經(jīng)變得相當(dāng)肥沃，有時被稱為量子宇宙學(xué)。
量子物理學(xué)顯示出一個非常接近能量和物質(zhì)均勻但不完全均勻的宇宙。然而，早期宇宙的任何波動都會在宇宙擴(kuò)張的數(shù)十億年內(nèi)**擴(kuò)展。。。而且波動遠(yuǎn)小于人們的預(yù)期。因此，宇宙學(xué)家必須找出一種方法來解釋一個不均勻的早期宇宙，但是其中只有95>極小的波動。
進(jìn)入Alan Guth，一位粒子物理學(xué)家，他在1980年隨著通貨膨脹理論的發(fā)展解決了這個問題。早期宇宙中的波動是微小的量子波動，但由于超快速的膨脹周期，它們在早期宇宙中迅速擴(kuò)展。自1980年以來的天文觀測支持了通貨膨脹理論的預(yù)測，現(xiàn)在它已成為人們的共識觀點大多數(shù)宇宙學(xué)家。
現(xiàn)代宇宙學(xué)的奧秘
雖然宇宙學(xué)在上個世紀(jì)取得了很大進(jìn)展，但仍有一些未解之謎。事實上，現(xiàn)代物理學(xué)的兩個中心謎團(tuán)是宇宙學(xué)和星形物理學(xué)中的主要問題：
- 暗物質(zhì)-一些星團(tuán)正在以一種無法根據(jù)它們內(nèi)部觀察到的物質(zhì)數(shù)量完全解釋的方式移動（稱為"可見物質(zhì)"），但如果存在可以解釋在galaxy中有一個額外的看不見的物質(zhì)。根據(jù)最近的測量，這個額外的物質(zhì)被稱為暗物質(zhì)，預(yù)計將占宇宙的25%。除了天文觀測之外，地球上的實驗，如低溫暗物質(zhì)搜索（CDMS）正試圖直接觀察暗物質(zhì)。
- 暗能量-1998年，天文學(xué)家試圖檢測宇宙的速度正在放緩。。。但他們發(fā)現(xiàn)它不是't放緩。事實上，加速率正在加快。畢竟似乎愛因斯坦和#39;宇宙常數(shù)是需要的，但實際上似乎并沒有把宇宙視為一種平衡狀態(tài)，而是隨著時間的推移以越來越快的速度將宇宙分開。它'不知道究竟是什么原因造成這種情況"排斥重力，"但物理學(xué)家給該物質(zhì)的名字是"暗能量。"天文觀測預(yù)測，這種暗能量構(gòu)成了宇宙的約70%'s物質(zhì)。
還有一些其他的建議來解釋這些不尋常的結(jié)果，如修正的牛頓動力學(xué)（MOND）和光速宇宙學(xué)，但這些替代方案被認(rèn)為是邊緣理論，在該領(lǐng)域的許多物理學(xué)家中都不被接受。
宇宙的起源
值得注意的是，大爆炸理論a實際上描述了宇宙自創(chuàng)建后不久就發(fā)展起來的方式，但無法提供有關(guān)宇宙實際起源的任何直接信息。
這不是'說物理學(xué)不能告訴我們宇宙的起源。當(dāng)物理學(xué)家探索最小規(guī)模的空間時，他們發(fā)現(xiàn)量子物理學(xué)導(dǎo)致虛擬粒子的產(chǎn)生，正如卡西米爾效應(yīng)所證明的那樣。事實上，通貨膨脹理論預(yù)測，在沒有任何物質(zhì)或能源的情況下，那么時空將會擴(kuò)大。從表面上看，這為科學(xué)家們提供了一個合理的解釋，說明宇宙最初是如何形成的。如果有一個真的"沒有"，無論是沒有能量，沒有空間時間，那么什么都不會不穩(wěn)定，并且會開始產(chǎn)生物質(zhì)，能量和擴(kuò)大的空間時間。這是書籍的核心論點，例如the Grand Design和A Universe From No，它們假定宇宙可以在不參考上清液創(chuàng)建者神志不清的情況下進(jìn)行解釋。
人類'在宇宙學(xué)中的作用
認(rèn)識到地球不是宇宙的中心，這將很難過分強(qiáng)調(diào)宇宙學(xué)，哲學(xué)甚至神學(xué)的重要性。從這個意義上說，宇宙學(xué)是最早產(chǎn)生與傳統(tǒng)宗教世界觀相沖突的證據(jù)之一。事實上，宇宙學(xué)的每一項進(jìn)步似乎都是面對我們最珍貴的假設(shè)，我們希望讓人類作為一個物種有多特殊。。。至少在宇宙史方面。Stephen Hawking和Leonard Mlodinow雄辯地闡述了來自宇宙學(xué)的思維轉(zhuǎn)變：
Nicolaus Copernicus'太陽系的日心模型被公認(rèn)為第一個令人信服的科學(xué)研究我們?nèi)祟惒皇怯钪娴慕裹c。。。。我們現(xiàn)在意識到哥白尼'結(jié)果只是一系列嵌套降級中的一個，推翻了有關(guān)人類的長期假設(shè)'特殊狀態(tài)：我們'不位于太陽系的中心，我們'不位于宇宙的中心，我們'不位于宇宙的中心，我們'甚至沒有制成構(gòu)成宇宙絕大多數(shù)的黑暗成分##39;質(zhì)量。這樣宇宙降級。。。舉例說明科學(xué)家現(xiàn)在所說的哥白尼原則：在偉大的事物計劃中，我們所知道的一切都指向人類不占據(jù)特權(quán)地位。
