人類對宇宙的認識

2024年3月22日發(作者：氣象科普小報)

人類對宇宙的認識

　　一般說來，對宇宙的認識是指對大尺度的時間和空間中物質存在形

式的認識。人們自然要間：宇宙是什么呢？宇宙有多大？宇宙存在有多

久了？宇宙中的物質是從哪里來的？宇宙有沒有起源和演化？

　　1、古人對宇宙的認識

　　古代自然哲學家們對宇宙問題的探討，大多是在大地和天空的相互

關系問題上。隨著科學的發展，后來又進入到地球和太陽之間的關系

上。

　　中國古代天文中有豐富的關于宇宙結構的設想。遠在人類社會的早

期，中國古代就逐漸形成“天圓如張蓋，地方如棋局”的樸素的直觀見

解。到了3000年前的西周時代，又逐漸形成了“蓋天說”。蓋天說認為，

大地不是平整方形，而是拱形，天空如一個斗笠，大地猶如一個倒扣的

盤子。戰國時代的尸佼在《尸子》一書中對宇宙概念明確寫到“四方上

下曰宇，往古來今曰宙。”意思是：宇表示東南西北上下六個方向，即

表示空間。宙表示過去、現在和將來，即表示時間。東漢著名天文學家

張衡在《渾天儀圖注》一書中載有：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地

如雞中黃，孤居于內，天大而地小，天表里有水，天之包地，猶殼之裹

黃。”這里描述的是渾天說。這個學說最大成就是肯定了大地是球形

的，同時大地是懸在空間的球體。

　　古代各民族都有自己對宇宙的認識和想象。它們帶有深刻的民族特

點。比如，古代埃及人認為大地是漂浮在水上的；古希臘人則認為大地

下有支柱支撐著；古印度想象大地是馱在大象背上的；……。公元2世

紀，古希臘天文學家托勒密在總結前人對宇宙認識的基礎上，提出“地

球中心說”的宇宙模式。1543年，波蘭天文學家哥白尼又建立了“太陽中

心說”的宇宙模式。到17世紀，牛頓的萬有引力定律，奠定了經典的宇

宙學基礎。以上這些宇宙觀基本上只是局限于太陽系范圍，還稱不上宇

宙結構。

　　2、現代宇宙學

　　進入20世紀以來，由于人類科學技術的飛速發展，天文觀測手段出

現一次又一次的革命性的進展，觀測到了上百億光年的宇宙空間，了解

到天體的上百億年的時間演化。天文學家們對這樣的大尺度空間和悠久

的時間里的物質演變產生了濃厚的興趣。如何解釋已觀測到的許許多多

客觀事實，如何利用現代物理學對這許許多多觀測事實給予科學的說

明？這些就是現代宇宙學的任務，它是天文學中的一個分支。也就是

說，現代宇宙學從整體上研究大尺度的時空性質，物質運動的規律。它

是當代天文學中最活躍的前沿陣地之一。現代宇宙學的最大特征是必須

尊重觀測到的客觀事實，不能憑想象。而且必須能在理論物理學的基礎

上給予科學的說明。它涉及到恒星的起源和演化，星系的起源和演化，

元素的起源和演化等多方面的基礎理論問題。人們最想知道的是：宇宙

是什么樣子呢？宇宙有多大？宇宙的結構如何？宇宙有沒有誕生之日和

終結之時？

　　20世紀以來，天文學家們建立起多種宇宙模型。概括起來主要有兩

大派別：一類叫穩恒態宇宙模型，它認為宇宙在大尺度上的物質分布和

物理性質是不隨時間變化的，穩恒不變。不僅在空間上是均勻的，各向

同性的，而且在時間上也是穩定的。這是1948年英國天文學家邦迪

（Hermann Bondi;）等人提出的；另一類叫演化態模型，它認為宇宙在

大尺度上的物質分布和物理性質是隨時間在變化的。這是1922年，蘇聯

數學家弗里德曼（Friedmann）在解愛因斯坦引力場方程時得到的。在

眾多的宇宙模型中，目前影響較大的是熱大爆炸宇宙學說。

　　熱大爆炸宇宙學認為，大約在150億年前，在一個致密熾熱的奇點

發生了驚人的熱大爆炸。這場爆炸后，形成迅速的膨脹，逐漸形成了我

們今日可見的宇宙。這就告訴我們，不僅宇宙間的萬物在演化，大尺度

的宇宙本身也是演化的主體。那么，現在有沒有觀測到的事實來支持這

個觀點呢？上面介紹的有關星系的紅移現象和哈勃定律等，都支持了宇

宙還在膨脹之中的論點。另外，20世紀60年代天文學中的四大發現之一

的微波背景輻射認為，星空背景普遍存在著2.7K微波背景輻射，這種輻

射在天空中是各向同性的。這同由理論預言的熱大爆炸遺留下的余熱相

符，有利地支持了大爆炸宇宙學的觀點。但是，熱大爆炸宇宙學也有些

根本性問題沒解決。如大爆炸前的宇宙是什么樣，大爆炸是怎么引起

的、宇宙的膨脹未來是什么結局？……。關于宇宙的問題雖然沒有解

決，但是，我們可以看到兩個偉大的事實：一、人是宇宙物質演化的結

果。而人的思維又反過來認識宇宙間的萬物，充分體現了人的智慧和力

量的偉大；二、人類對宇宙的認識，特別是近幾十年來在觀測事實和理

論分析中都有巨大的飛躍，它預示著未來會有突破性的偉大成就，這是

人類社會和科學發展的規律，我們每個人都不是局外人。