了解宇宙及其影響
宇宙學可能是一門難以處理的學科，因為它是物理學中涉及許多其他領(lǐng)域的一個研究領(lǐng)域。（事實上，現(xiàn)在幾乎所有的物理學研究領(lǐng)域都涉及到許多其他領(lǐng)域。）什么是宇宙學？研究它的人（稱為宇宙學家）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
宇宙學是研究宇宙起源和最終命運的科學學科。它與天文學和星形物理學的具體領(lǐng)域關(guān)系最密切，盡管上個世紀也使宇宙學與粒子物理學的重要見解密切相關(guān)。
換句話說，我們達到了一個迷人的認識：
我們對現(xiàn)代宇宙學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
宇宙學的研究可能是對自然界進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。西方科學傳統(tǒng)中最主要的是古希臘人的物理學，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以來一直被提煉到托勒密時代，此時宇宙學確實沒有發(fā)展，幾個世紀以來，除了一些德國詳細介紹系統(tǒng)各個組件的速度。
這一領(lǐng)域的下一個重大進展來自于1543年的哥白尼（Nicolaus Copernicus），當時他在他的死者身上發(fā)表了他的天文學書籍（預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，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)這一目標的機制制定科學的解釋。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，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;宇宙學主導科學，直到二十世紀初，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）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家們以相當短的時間意識到，廣義相對論預測太空時間將擴大或收縮。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張或收縮的壓力。然而，當天文學家埃德溫·哈布（Edwin Hubble）最終發(fā)現(xiàn)宇宙實際上在擴張時，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)的預測，因此它在物理學家中被廣泛接受。
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。隨著科學家獲得關(guān)于宇宙的更多信息并更仔細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)的詳細測量，很明顯量子物理學的概念需要在理解宇宙的早期階段和演化過程中發(fā)揮更強的作用。這個理論宇宙學領(lǐng)域雖然仍然是高度推測性的，但已經(jīng)變得相當肥沃，有時被稱為量子宇宙學。
量子物理學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張的數(shù)十億年內(nèi)**擴展。。。而且波動遠小于人們的預期。因此，宇宙學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。
進入Alan Guth，一位粒子物理學家，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展。自1980年以來的天文觀測支持了通貨膨脹理論的預測，現(xiàn)在它已成為人們的共識觀點大多數(shù)宇宙學家。
現(xiàn)代宇宙學的奧秘
雖然宇宙學在上個世紀取得了很大進展，但仍有一些未解之謎。事實上，現(xiàn)代物理學的兩個中心謎團是宇宙學和星形物理學中的主要問題：
- 暗物質(zhì)-一些星團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，"但物理學家給該物質(zhì)的名字是"暗能量。"天文觀測預測，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（MOND）和光速宇宙學，但這些替代方案被認為是邊緣理論，在該領(lǐng)域的許多物理學家中都不被接受。
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'說物理學不能告訴我們宇宙的起源。當物理學家探索最小規(guī)模的空間時，他們發(fā)現(xiàn)量子物理學導致虛擬粒子的產(chǎn)生，正如卡西米爾效應(yīng)所證明的那樣。事實上，通貨膨脹理論預測，在沒有任何物質(zhì)或能源的情況下，那么時空將會擴大。從表面上看，這為科學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行解釋。
人類'在宇宙學中的作用
認識到地球不是宇宙的中心，這將很難過分強調(diào)宇宙學，哲學甚至神學的重要性。從這個意義上說，宇宙學是最早產(chǎn)生與傳統(tǒng)宗教世界觀相沖突的證據(jù)之一。事實上，宇宙學的每一項進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的思維轉(zhuǎn)變：
Nicolaus Copernicus'太陽系的日心模型被公認為第一個令人信服的科學研究我們?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。
