著者：黃媂

『天文學的第一性原理』被稱為(wei) 「宇宙學原理」，這個(ge) 詞當中的含義(yi) 就是——擁有生命的地球在宇宙中是很普遍的一點也不特殊。

或許你對這個(ge) 詞的含義(yi) 感到很驚訝，「宇宙學原理」憑借什麽(me) 能夠成為(wei) 『天文學的第一性原理』，在回答這個(ge) 問題之前，首先要了解天文學的難處。

天文學是一個(ge) 研究遙遠區域的學科

天文學所研究的對象都是我們(men) 目前無法近距離觀察的。簡單地說如果可以近距離或者可以踏足去觀察的對象，就不能稱得上是天文學的領域了。

舉(ju) 例說明：

在人類第1次登上月球之前，也就是人類還沒有辦法登上月球的時候，月球還是屬於(yu) 天文學的，可是當人類可以登上月球的時候，月球就不再屬於(yu) 天文學領域了，這個(ge) 時候月球是屬於(yu) 地質學的，因為(wei) 研究月球的主力科學家是地質學家，比如我國的登月項目，首席科學家都是以地質學家為(wei) 主，因此天文學的使命就是研究遙遠的區域。

人類的研究朝向哪裏，天文學就會(hui) 跟著擴張到哪裏。相反地，人類能夠近距離或者踏足的時候就不再歸納為(wei) 天文學，所以說天文學最大的困難就是去觀測那些遙遠的區域，因此就局限了我們(men) 隻能夠從(cong) 遠距離進行觀測，而且能夠得到的數據和信息也是非常有限的，但是憑借「宇宙學原理」人類和地球不特殊這一點，就可以從(cong) 中發現更多有關(guan) 宇宙真相的信息。

圖解：登月

舉(ju) 例說明：

目前所有的探測器隻能從(cong) 遠距離對恒星進行觀測，但是目前已經掌握了一些有關(guan) 恒星的信息：

1.距離地球比較近的太陽的核心正發生著核聚變，這是近距離的數據和信息。

2.距離地球比較遠的參宿四即將又或者已經發生爆炸了。這是遠距離的數據和信息。

3.距離地球更遠的區域在138億(yi) 年前發生過一次大爆炸，宇宙就是在這個(ge) 時刻誕生的。這是極其遙遠距離的數據和信息。

總結以上的3點就是目前已經根據相關(guan) 信息推測到了宇宙的開端，但是還有更多關(guan) 於(yu) 宇宙秘密的信息需要探索，天文學家之所以會(hui) 有這樣的動力全都依賴他們(men) 始終都相信「宇宙學原理」背後的含義(yi) ——像地球這樣擁有生命的星球在宇宙中是很普遍的。假如天文學家承認了擁有生命的地球在宇宙中是特殊的，那麽(me) 就沒有必要再去探索宇宙了，因為(wei) 除了地球以外擁有生命的星球在宇宙中不可能會(hui) 有第二顆。但是天文學家相信「宇宙學原理」的含義(yi) 就是地球上擁有的生命在宇宙其他地方也應該有，也就是說把在地球上研究出來的星空体育官网入口网站和規律應用到宇宙的其他地方去尋找地外文明和適合生命存活的星球。

「宇宙學原理」與真實的宇宙秘密

天文學家通過望遠鏡探測到遙遠區域的一顆星星所發出的奇異光，天文學家完全不用近距離或者登陸到那顆星球上，依然可以應用在地球上研究出來的星空体育官网入口网站和規律去分析這顆星球它為(wei) 什麽(me) 會(hui) 發出奇異的光，天文學就可以突破上億(yi) 光年的距離封鎖去對這個(ge) 星球進行研究，發現遙遠宇宙的奧秘全都歸功於(yu) 「宇宙學原理」。假如把「宇宙學原理」從(cong) 天文學中去除掉的話，那麽(me) 人類的文明注定是一個(ge) 患上了“自閉症”的文明。

舉(ju) 例說明：

天文學家弗裏茨·茲(zi) 維基在1937年對一個(ge) 星係團進行了觀察，他驚奇地發現這個(ge) 星係團所包含的每一個(ge) 星係會(hui) 在引力的作用下相互繞轉並且向著中心點慢慢靠攏聚合在一起。事實證明弗裏茨·茲(zi) 維基的觀測結果在本星係團也有發生，最典型的案例就是銀河係與(yu) 仙女座星係它們(men) 在相互繞轉並且45億(yi) 年之後會(hui) 碰撞。

圖解：銀河係與(yu) 仙女座星係45億(yi) 年之後碰撞示意圖

以上的例子就足以說明像星係這種龐大結構它們(men) 之間也會(hui) 因為(wei) 引力聚合在一起，在引力的作用下星係也會(hui) 相互繞轉而運動，天文學家相信「宇宙學原理」在整個(ge) 宇宙都是通用的，因此隻要有引力存在地方，這個(ge) 地方無論是地球或是遙遠的宇宙空間，萬(wan) 有引力定理的規律都是一致的，但是弗裏茨·茲(zi) 維基發現的那個(ge) 星係團與(yu) 目前觀察到的所有星係團的規律卻有著很大的差異。

假如把地球上的引力應用到弗裏茨·茲(zi) 維基發現的那個(ge) 星係團中，就會(hui) 與(yu) 地球的規律不符合，因為(wei) 這些星係移動的速率實在是太快了，用目前已知的所有星空体育官网入口网站都無法解釋星係究竟被什麽(me) 力量緊緊束縛住，使得這些星係不被離心力甩開，但是觀測結果表明這些星係不但不被甩開而且還會(hui) 相互靠近，因此這個(ge) 星係團告訴了我們(men) 一個(ge) 真實的宇宙秘密。

圖解：星係旋轉速度測量與(yu) 理論值對比

可能有人會(hui) 問是「宇宙學原理」失效了嗎？「宇宙學原理」還能被相信嗎？

答：不相信又可以怎麽(me) 樣呢！

假如我們(men) 選擇了不再相信「宇宙學原理」，把弗裏茨·茲(zi) 維基發現的那個(ge) 星係團看作是一個(ge) 特殊的案例，既然把這個(ge) 星係團列為(wei) 了特例，如果某一天又發現了一個(ge) 與(yu) 弗裏茨·茲(zi) 維基發現的星係團一樣的星係，這個(ge) 星係同樣是被一種神奇的力量所縛、與(yu) 地球上的引力規律也不同、也不會(hui) 因為(wei) 離心力的作用被甩開，那麽(me) 也把這個(ge) 星係視為(wei) 一個(ge) 特殊的案例，從(cong) 今以後對宇宙進行觀察的時候發現有類似的星係就將它們(men) 通通列入特殊的案例，按照這樣的處理方案歸納下去，整個(ge) 宇宙就變成了一個(ge) 特殊天體(ti) 的大綱。

但是天文學家始終選擇相信「宇宙學原理」是不會(hui) 錯的，如果有出錯的地方就一定是他們(men) 的測量數據，一定是某個(ge) 數據、某個(ge) 地方出錯了或者觀測的手段錯了或者遺漏了某點，這樣天文學家就會(hui) 不斷地探測，不斷更正數據，就是這種探測的態度，天文學家於(yu) 是從(cong) 弗裏茨·茲(zi) 維基發現的那個(ge) 星係團裏探索出了新的宇宙秘密——「暗物質」，這是一種全新的有關(guan) 宇宙的觀點，「暗物質」是看不見、摸不著的透明實體(ti) ，也會(hui) 產(chan) 生引力，就是這種虛無縹緲的新物質讓星係團緊緊束縛在一起。

圖解：「暗物質」模擬圖

「暗物質」可以把「宇宙學原理」失效這個問題解決，但是又給天文學帶來了更多的天文學問

參照目前最新的估算數值，宇宙是由26.8%的暗物質、4.9%的可見普通物質以及68.3%的暗能量組成，「暗物質」是普通物質的5.4倍，也就是說自從(cong) 探索了宇宙之後發現整個(ge) 宇宙所擁有的物質不僅(jin) 隻有普通物質，看不見、摸不著的暗物質物和暗能量就是宇宙的核心組成部分，二者遍布於(yu) 宇宙中的每一個(ge) 角落，甚至你與(yu) 我都被它們(men) 包圍著。

圖解：宇宙成分

自從(cong) 發現了有「暗物質」的存在之後，科學家不得不重新修改底層理論，因為(wei) 目前的理論都接受所有的物質都是由誇克、電子等等60多個(ge) 基本粒子組成的，但是「暗物質」這一種全新的物質是一個(ge) 未解之謎，科學家並不能證明暗物質是由什麽(me) 組成的，那麽(me) 暗物質的底層理論又是什麽(me) ？

暗物質是由什麽(me) 組成的？暗物質的底層理論又是什麽(me) ？這兩(liang) 個(ge) 問題「暗物質」給宇宙學帶來了更多的學問，是天文學家、化學家和物理學家都必須要解決(jue) 的難題，遺憾的是目前根本沒有能力可以把這兩(liang) 個(ge) 難題解決(jue) 掉。解決(jue) 不掉但並不代表「暗物質」是絆腳石，這隻是暫時還沒有找到答案，關(guan) 於(yu) 「暗物質」的難題遲早會(hui) 被解決(jue) 的，因為(wei) 天文學發展的常態就是——當天文學用出「宇宙學原理」的時候，對宇宙的認識就會(hui) 多一點，因此「宇宙學原理」並不隻是無奈的選擇，更是偉(wei) 人的成功經驗，就因為(wei) 有未解之謎的存在才會(hui) 讓科學家有去發現宇宙真相的動力。

圖解：物質都是由誇克、電子等等60多個(ge) 基本粒子組成的

哥白尼是第一個(ge) 提出「宇宙學原理」的人，「宇宙學原理」成功地把地心說打敗了，日心說成為(wei) 「宇宙學原理」的第一場勝利代表作，第一個(ge) 繼承「宇宙學原理」的人是開普勒，他將地球看作一顆普通的行星之後，經過不懈的努力終於(yu) 得到了行星運動的規律，開普勒三大定律能夠精確地預測行星的移動軌道。讓「宇宙學原理」發揚光大的是牛頓，牛頓始終相信維持著宇宙中星球運轉的力量是和導致地球上蘋果掉落的力量是一樣的，所以他提出了萬(wan) 有引力定律，天文學家依靠萬(wan) 有引力定律就可以發現一顆新的行星。

讓哥白尼、開普勒、牛頓能夠被載入史冊(ce) 的原因就是因為(wei) 他們(men) 相信「宇宙學原理」，他們(men) 都相信擁有生命的地球在宇宙中是很普遍的一點也不特殊。這種觀念能夠讓天文學邁出第1步，所以「宇宙學原理」是『天文學的第一性原理』。

黃媂·總結

1.「宇宙學原理」當中的含義(yi) 就是——擁有生命的地球在宇宙中是很普遍的一點也不特殊，在地球上出現的規律在宇宙中的每一個(ge) 角落都會(hui) 出現。

2.「宇宙學原理」是科學家對宇宙真實情況的一個(ge) 猜測，是一個(ge) 鮮豔的理念，假如沒有「宇宙學原理」天文學就無法開展。

3.「宇宙學原理」不隻是科學家的猜測，隨著天文學的發展它也被大量的事實驗證。


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