著者：黃媂

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

或許你對這個詞的含義感到很驚訝，「宇宙學原理」憑借什么能夠成為『天文學的第一性原理』，在回答這個問題之前，首先要了解天文學的難處。

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天文學是一個研究遙遠區(qū)域的學科

天文學所研究的對象都是我們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，月球還是屬于天文學的，可是當人類可以登上月球的時候，月球就不再屬于天文學領域了，這個時候月球是屬于地質學的，因為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主，因此天文學的使命就是研究遙遠的區(qū)域。

人類的研究朝向哪里，天文學就會跟著擴張到哪里。相反地，人類能夠近距離或者踏足的時候就不再歸納為天文學，所以說天文學最大的困難就是去觀測那些遙遠的區(qū)域，因此就局限了我們只能夠從遠距離進行觀測，而且能夠得到的數(shù)據(jù)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，就可以從中發(fā)現(xiàn)更多有關宇宙真相的信息。

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圖解：登月

舉例說明：

目前所有的探測器只能從遠距離對恒星進行觀測，但是目前已經(jīng)掌握了一些有關恒星的信息：

1.距離地球比較近的太陽的核心正發(fā)生著核聚變，這是近距離的數(shù)據(jù)和信息。

2.距離地球比較遠的參宿四即將又或者已經(jīng)發(fā)生爆炸了。這是遠距離的數(shù)據(jù)和信息。

3.距離地球更遠的區(qū)域在138億年前發(fā)生過一次大爆炸，宇宙就是在這個時刻誕生的。這是極其遙遠距離的數(shù)據(jù)和信息。

總結以上的3點就是目前已經(jīng)根據(jù)相關信息推測到了宇宙的開端，但是還有更多關于宇宙秘密的信息需要探索，天文學家之所以會有這樣的動力全都依賴他們始終都相信「宇宙學原理」背后的含義——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，那么就沒有必要再去探索宇宙了，因為除了地球以外擁有生命的星球在宇宙中不可能會有第二顆。但是天文學家相信「宇宙學原理」的含義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知識和規(guī)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。

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「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(qū)域的一顆星星所發(fā)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知識和規(guī)律去分析這顆星球它為什么會發(fā)出奇異的光，天文學就可以突破上億光年的距離封鎖去對這個星球進行研究，發(fā)現(xiàn)遙遠宇宙的奧秘全都歸功于「宇宙學原理」。假如把「宇宙學原理」從天文學中去除掉的話，那么人類的文明注定是一個患上了“自閉癥”的文明。

舉例說明：

天文學家弗里茨·茲維基在1937年對一個星系團進行了觀察，他驚奇地發(fā)現(xiàn)這個星系團所包含的每一個星系會在引力的作用下相互繞轉并且向著中心點慢慢靠攏聚合在一起。事實證明弗里茨·茲維基的觀測結果在本星系團也有發(fā)生，最典型的案例就是銀河系與仙女座星系它們在相互繞轉并且45億年之后會碰撞。

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圖解：銀河系與仙女座星系45億年之后碰撞示意圖

以上的例子就足以說明像星系這種龐大結構它們之間也會因為引力聚合在一起，在引力的作用下星系也會相互繞轉而運動，天文學家相信「宇宙學原理」在整個宇宙都是通用的，因此只要有引力存在地方，這個地方無論是地球或是遙遠的宇宙空間，萬有引力定理的規(guī)律都是一致的，但是弗里茨·茲維基發(fā)現(xiàn)的那個星系團與目前觀察到的所有星系團的規(guī)律卻有著很大的差異。

假如把地球上的引力應用到弗里茨·茲維基發(fā)現(xiàn)的那個星系團中，就會與地球的規(guī)律不符合，因為這些星系移動的速率實在是太快了，用目前已知的所有知識都無法解釋星系究竟被什么力量緊緊束縛住，使得這些星系不被離心力甩開，但是觀測結果表明這些星系不但不被甩開而且還會相互靠近，因此這個星系團告訴了我們一個真實的宇宙秘密。

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圖解：星系旋轉速度測量與理論值對比

可能有人會問是「宇宙學原理」失效了嗎？「宇宙學原理」還能被相信嗎？

答：不相信又可以怎么樣呢！

假如我們選擇了不再相信「宇宙學原理」，把弗里茨·茲維基發(fā)現(xiàn)的那個星系團看作是一個特殊的案例，既然把這個星系團列為了特例，如果某一天又發(fā)現(xiàn)了一個與弗里茨·茲維基發(fā)現(xiàn)的星系團一樣的星系，這個星系同樣是被一種神奇的力量所縛、與地球上的引力規(guī)律也不同、也不會因為離心力的作用被甩開，那么也把這個星系視為一個特殊的案例，從今以后對宇宙進行觀察的時候發(fā)現(xiàn)有類似的星系就將它們通通列入特殊的案例，按照這樣的處理方案歸納下去，整個宇宙就變成了一個特殊天體的大綱。

但是天文學家始終選擇相信「宇宙學原理」是不會錯的，如果有出錯的地方就一定是他們的測量數(shù)據(jù)，一定是某個數(shù)據(jù)、某個地方出錯了或者觀測的手段錯了或者遺漏了某點，這樣天文學家就會不斷地探測，不斷更正數(shù)據(jù)，就是這種探測的態(tài)度，天文學家于是從弗里茨·茲維基發(fā)現(xiàn)的那個星系團里探索出了新的宇宙秘密——「暗物質」，這是一種全新的有關宇宙的觀點，「暗物質」是看不見、摸不著的透明實體，也會產(chǎn)生引力，就是這種虛無縹緲的新物質讓星系團緊緊束縛在一起。

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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(shù)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，也就是說自從探索了宇宙之后發(fā)現(xiàn)整個宇宙所擁有的物質不僅只有普通物質，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，二者遍布于宇宙中的每一個角落，甚至你與我都被它們包圍著。

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圖解：宇宙成分

自從發(fā)現(xiàn)了有「暗物質」的存在之后，科學家不得不重新修改底層理論，因為目前的理論都接受所有的物質都是由夸克、電子等等60多個基本粒子組成的，但是「暗物質」這一種全新的物質是一個未解之謎，科學家并不能證明暗物質是由什么組成的，那么暗物質的底層理論又是什么？

暗物質是由什么組成的？暗物質的底層理論又是什么？這兩個問題「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的難題，遺憾的是目前根本沒有能力可以把這兩個難題解決掉。解決不掉但并不代表「暗物質」是絆腳石，這只是暫時還沒有找到答案，關于「暗物質」的難題遲早會被解決的，因為天文學發(fā)展的常態(tài)就是——當天文學用出「宇宙學原理」的時候，對宇宙的認識就會多一點，因此「宇宙學原理」并不只是無奈的選擇，更是偉人的成功經(jīng)驗，就因為有未解之謎的存在才會讓科學家有去發(fā)現(xiàn)宇宙真相的動力。

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圖解：物質都是由夸克、電子等等60多個基本粒子組成的

哥白尼是第一個提出「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「宇宙學原理」的第一場勝利代表作，第一個繼承「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后，經(jīng)過不懈的努力終于得到了行星運動的規(guī)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(fā)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，所以他提出了萬有引力定律，天文學家依靠萬有引力定律就可以發(fā)現(xiàn)一顆新的行星。

讓哥白尼、開普勒、牛頓能夠被載入史冊的原因就是因為他們相信「宇宙學原理」，他們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』。

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黃媂·總結

1.「宇宙學原理」當中的含義就是——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(xiàn)的規(guī)律在宇宙中的每一個角落都會出現(xiàn)。

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

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


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