(全)宇宙的未來【解讀】+練習(xí)

宇宙的未來【解讀】+練習(xí)宇宙的未來課文研討一、整體把握仰望燦爛的星空，我們會肅然起敬，產(chǎn)生無窮無盡的聯(lián)想和想象。從古到今，人們對于宇宙的猜測和探索從來也沒有停止過。如屈原在《天問》里就發(fā)出了一系列的探問：“遂古之初，誰傳道之?上下未形，何由考之?……九天之際，安放安屬?隅隈多有，誰知其數(shù)?天何所沓?十二焉分?日月安屬?列星安陳?出自湯谷，次于蒙汜，自明及晦，所行幾里?”中國古代的宇宙學(xué)有渾天說、蓋天說、宣夜說等，西方有日心說、地心說等。然而直到20世紀(jì)誕生現(xiàn)代宇宙學(xué)，人們對宇宙的認(rèn)識才有了根本性的突破（參見“有關(guān)資料”部分）。本文作者是當(dāng)代著名的理論物理學(xué)家，他以“宇宙的未來”這樣玄而又玄的話題在劍橋大學(xué)作講演，對我們認(rèn)識宇宙有哪些啟示呢?在講演的開頭，作者就指出，預(yù)言將來是非常困難的，預(yù)言宇宙的將來尤其困難。雖然如此，科學(xué)家對此仍然滿懷信心。課文第2段，作者卻話題一轉(zhuǎn)，考察起預(yù)言的歷史。提及預(yù)言，人們會不由自主地想到古代的巫術(shù)。女巫用“毒藥或火山溢出的氣體”把自己“弄得精神恍惚”，不過是為了增加一點兒神秘色彩，“而真正的技巧在于解釋”。近代宗教預(yù)言也是這樣，不斷用新的解釋來掩飾預(yù)言的失敗，如“首先要數(shù)出獲救者名單”等。那么，科學(xué)家的預(yù)言是不是也像古代的預(yù)言家一樣是一時的“騙術(shù)”呢?作者指出，“科學(xué)預(yù)言也許并不比那些巫師或預(yù)言家的更可靠些”，比如對天氣預(yù)報、對“極端條件下物體的精確的定律”，以及對大腦的工作機(jī)制等，都還缺乏準(zhǔn)確的判斷。但是，“宇宙在非常大的尺度下的未來”，還是可以預(yù)言的。宇宙中的局部運(yùn)動也許會出現(xiàn)混沌狀態(tài)，但宇宙在大尺度上是可以預(yù)測的。宇宙正在高速膨脹，其他星系正在飛速離我們遠(yuǎn)去。宇宙微波背景輻射證明了宇宙的膨脹大體上“是平滑的而非混沌的”，因為如果宇宙的膨脹率和平均密度不均勻，來自宇宙各個方向的宇宙微波背景輻射溫度就不會如此一致。“這表明，宇宙的行為在非常大尺度下是簡單的，而不是混沌的。因此我們可以預(yù)言宇宙遙遠(yuǎn)的未來?！睆哪壳暗那闆r看，宇宙中星系之間的距離在增大，但是星系之間的引力吸引有可能降低膨脹率?！叭绻钪娴拿芏却笥谀硞€臨界值，引力吸引將最終使膨脹停止并使宇宙開始重新收縮。宇宙就會坍縮到一個大擠壓。”“大擠壓”和“大爆炸”前的狀態(tài)相似，“具有無限密度”，“物理定律在這種狀態(tài)下失效”。這樣，預(yù)言宇宙的未來，“關(guān)鍵問題在于：平均密度是多少?如果它比臨界值小，宇宙就將永遠(yuǎn)膨脹。但是如果它比臨界值大，宇宙就會坍縮”。但是，計算宇宙的平均密度并不容易。把我們現(xiàn)在能看到的恒星質(zhì)量加起來，還不到臨界值的百分之一；即使加上“氣體云的質(zhì)量”，最多達(dá)到臨界值的百分之一。但是，我們能不能據(jù)此得出宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去的結(jié)論呢?還不能。因為宇宙中還存在許多暗物質(zhì)，這些暗物質(zhì)我們?nèi)庋劭床灰?，不能直接觀測到。黑洞就是這類暗物質(zhì)，它是超大恒星死亡的產(chǎn)物?；艚饘诙吹慕忉屖牵骸翱臻g—時間的一個區(qū)域，因為那兒的引力是如此之強(qiáng)，以至于任何東西甚至光都不能從該處逃逸出來。”(見《時間簡史》一書所附《小辭典》)我們雖然看不見黑洞的存在，但可以通過觀察螺旋星系和星系團(tuán)來判斷它們的存在：能使大質(zhì)量的星系或星系團(tuán)繞之旋轉(zhuǎn)的東西，其質(zhì)量一定比這些星系和星系團(tuán)大得多。作者指出，根據(jù)現(xiàn)在的觀測研究，將這些暗物質(zhì)估算在內(nèi)，“仍然只達(dá)到要使宇宙重新坍縮的臨界質(zhì)量的百分之十左右”。于是有人擇原理和暴漲理論為之說，前者假設(shè)有多個宇宙共存，而我們所能理解的只是身處其中的一個；后者認(rèn)為宇宙可能采取一種非常規(guī)的方式突變，從一個微小的尺度很快達(dá)到臨界狀態(tài)。宇宙的未來歸根到底，宇宙的未來只有兩種命運(yùn)：繼續(xù)膨脹，或可能收縮。這取決于宇宙現(xiàn)有的密度，所以，科學(xué)家在沒有稱算出宇宙的重量之前，不得不承認(rèn)“宇宙實際上是處在刀鋒上”，所以要繼承巫師或預(yù)言家的傳統(tǒng)：“兩方下賭注，以保萬無一失?！倍栴}探究1.作者是怎樣探討“宇宙的未來”的?作者先從古代的巫術(shù)和近代的宗教預(yù)言談起，引出話題，說明從科學(xué)的角度談?wù)撚钪娴奈磥硎欠浅?yán)肅的事，科學(xué)有別于宗教的地方是它的求實精神。探討宇宙是繼續(xù)膨脹還是有可能收縮是這篇講演的主體部分，計算宇宙的密度又是這一主體部分的關(guān)鍵，有關(guān)宇宙中物質(zhì)密度臨界值的探討，則把問題引向深入。最后，介紹兩種新的理論──人擇原理和暴漲理論，則體現(xiàn)了科學(xué)界最新的探索。作者從可見物質(zhì)談到暗物質(zhì)，從成熟的理論談到科學(xué)的假說，把問題講得透徹明白。最后沒有作出一個明確的預(yù)言，恰恰說明了他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。2.怎樣理解本文的一些相關(guān)論述?這是一篇科學(xué)講演，涉及較為復(fù)雜的背景知識。這些知識和講演的主題是密切相關(guān)的，如果不作必要的交代，講演的內(nèi)容就會顯得抽象和單薄。如，談到天氣預(yù)報、大腦工作原理都具有混沌性質(zhì)，來反襯宇宙在大尺度上是“平滑而非混沌”的；如，談到恒星的死亡(歸宿)引出黑洞，為宇宙中暗物質(zhì)的存在尋找理論支持；如，談到現(xiàn)存宇宙對初始密度的極度敏感，引出了“人擇原理”等等。這些相關(guān)的論述，或從對立面凸顯觀點，或從縱深面強(qiáng)化觀點，使論證豐富多彩。3.這篇講演在語言上具有怎樣的特點?講演是面對面的交流，這種交流又是單向度的，如果不注意講演的語言藝術(shù)，就達(dá)不到最佳的表達(dá)效果。這篇講演，除了推理嚴(yán)謹(jǐn)外，語言幽默也是其突出的特點。幽默的語言創(chuàng)造出一種輕松愉快的氣氛，更具有親和力，使所闡發(fā)的事理更容易為聽眾接受。如，談到輪賭盤的旋轉(zhuǎn)具有混沌性質(zhì)，作者說即使是物理學(xué)家也不能計算出它“出來的數(shù)字，否則的話，物理學(xué)家就會在賭場發(fā)財”，這就生動地說明了什么是混沌現(xiàn)象；如，文章最后一句話：“所以我正是繼承那些巫師或預(yù)言者的良好傳統(tǒng)，兩方下賭注，以保萬無一失?！奔嬗兄S刺與幽默，對宇宙未來命運(yùn)的判斷采取了審慎態(tài)度。關(guān)于練習(xí)一作者講演的題目是“宇宙的未來”，卻先講了許多歷史故事，這起到了什么作用?你認(rèn)為這是“跑題”了還是與話題有關(guān)聯(lián)?設(shè)題意圖：通過對這一問題的思索，引導(dǎo)學(xué)生體會講演“引言”的特點。參考答案：如同中國古代說書人先講一段別的故事以引起正題一樣，這篇講演先從古代的先知和女巫談起，以引起聽眾的興趣，起到了引出話題的作用。作者敢于諷刺那些古代預(yù)言家，正是代表科學(xué)界表明了一種自信，因為科學(xué)的預(yù)言是建立在科學(xué)研究基礎(chǔ)之上的，是可以用科學(xué)原理加以說明的。所以說，“講史”是為了“襯今”，不是“跑題”，而是與話題相關(guān)的。二舉出文中幾個語言幽默風(fēng)趣的例子加以分析，體會霍金這位科學(xué)大師的演說風(fēng)格。設(shè)題意圖：通過舉例分析，使學(xué)生悉心體會這篇講演幽默的語言風(fēng)格，并期望學(xué)生在今后的寫作實踐中有意識地學(xué)習(xí)運(yùn)用。參考答案：除了“課文研討”中舉過的例子，課文中還有許多風(fēng)趣幽默的話語。如，說古代女巫“通常是被毒藥或火山隙溢出的氣體弄得精神恍惚的女人”，敘述生動，語言夸張而帶有諷刺意味，把女巫需要借助神秘力量來作“預(yù)言”的特點揭露無遺。如，諷刺近代宗教預(yù)言家時說“幸運(yùn)的是，數(shù)人名看來要花很長的時間”，委婉地道出這些“末日預(yù)言者”的尷尬與無奈。如，在反思世界末日會使股票下跌時說：“雖然它使我百思不解，為何世界的終結(jié)會使人愿意用股票來換錢，假定你在世界末日什么也帶不走的話。”有力地諷刺了有關(guān)世界末日的預(yù)言給人們精神上造成的恐慌。如，“我比其他的末日預(yù)言者更占便宜。即便宇宙將要坍縮，我可以滿懷信心地預(yù)言，它至少在一百億年內(nèi)不會停止膨脹。我預(yù)料那時自己不會留在世上被證明是錯的”，以慶幸自己會逃脫干系的自嘲式的幽默，傳達(dá)出宇宙“至少在一百億年內(nèi)不會停止膨脹”的重要信息。三學(xué)了本文，你對我們頭上的燦爛星空有哪些新的認(rèn)識?請推舉出一兩位班上的“天文愛好者”，組織一次科普講座，可以參考以下題目：1.日食和月食2.哈雷彗星的回歸3.流星雨4.登陸火星設(shè)題意圖：通過這次科普講座活動，增加學(xué)生對我們所處的宇宙家園的了解，增進(jìn)學(xué)生對科學(xué)的熱愛，并從中提高他們的口語表達(dá)能力。參考答案：略教學(xué)建議一、本文雖然是一篇略讀課文，但涉及的科學(xué)知識有一定難度。教學(xué)中要參考“課文研討”和“有關(guān)資料”部分，幫助學(xué)生讀懂課文。這篇講演的主體部分是論述宇宙物質(zhì)密度的段落，這是課文的重點，也是理解的難點。不過其中的道理比較簡單：宇宙中物質(zhì)的密度，決定了引力的大小。物質(zhì)密度大，引力就大；物質(zhì)密度小，引力就小。當(dāng)物質(zhì)密度超過一個臨界值，引力增大，宇宙就會停止膨脹而收縮。物質(zhì)密度不但取決于可見天體和氣體云，還取決于宇宙中的暗物質(zhì)有多少?，F(xiàn)在科學(xué)家還不能給整個宇宙“過秤”來稱量它的質(zhì)量，所以宇宙未來的兩種命運(yùn)仍是懸而未決的。二、結(jié)合練習(xí)第二題，引導(dǎo)學(xué)生體會這篇講演幽默的語言風(fēng)格?？梢耘c前面學(xué)過的《作為生物的社會》一文作對比，看看兩位作者的幽默風(fēng)格有什么異同。還可以鼓勵學(xué)生沿著作者的思路或另辟蹊徑“仿造幾句”，既加深對課文內(nèi)容的理解，又提高自己的思維和語言表達(dá)能力。三、對本文內(nèi)容的理解，不要求全責(zé)備，能理解作者的主要觀點和推論即可。學(xué)生對一些細(xì)節(jié)問題一時不能完全明了，可留待以后的學(xué)習(xí)中逐漸領(lǐng)悟。科普講座也要量力而行，可大可小，大到專門組織一次活動，小到在課堂上自由發(fā)言?？烧埼锢砝蠋熥饕恍┍尘爸R講解，或提供書目音像資料，以提高講座的科學(xué)性；語文老師則著重在組織和表達(dá)方面給予指導(dǎo)。有關(guān)資料一、作者簡介(麥克丹尼爾)斯蒂芬·霍金是繼阿爾伯特·愛因斯坦之后最杰出的物理學(xué)家?；艚?942年出生于英國牛津，先后就讀于牛津大學(xué)和劍橋大學(xué)，學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)、物理學(xué)和宇宙學(xué)。1963年，霍金經(jīng)診斷得了肌萎縮性側(cè)索硬化癥。這種病會引起肌肉萎縮，導(dǎo)致癱瘓；說話會越來越困難，直至完全喪失語言能力；患者通常因并發(fā)肺炎或窒息而死亡。不過，患者的思維能力包括記憶能力不受影響。醫(yī)生告訴霍金他最多只能活兩年。在經(jīng)歷了一段短暫的失望和沮喪后，霍金又開始了他的宇宙學(xué)研究?；艚鸷髞碓谙鄬φ摗ⅰ按蟊ā焙秃诙吹阮I(lǐng)域取得了突出的研究成果。霍金1988年出版的宇宙學(xué)著作《時間簡史：從大爆炸到黑洞》，是一部里程碑式的暢銷書?；艚鸨淮_診患病已三十多年，但他仍孜孜于宇宙起源的理論研究，仍在為大統(tǒng)一理論而耕耘不已?；艚瓞F(xiàn)任劍橋大學(xué)盧卡斯數(shù)學(xué)教授，這也是牛頓爵士曾擔(dān)任過的職位。(選自《斯蒂芬·霍金：偉大的物理學(xué)家》，世界知識出版社1998年版)二、有關(guān)背景知識中國是最早進(jìn)行天文觀測的國家之一，在殷商甲骨文里，就有許多天文觀測記錄。漢語“宇宙”一詞出現(xiàn)較早。戰(zhàn)國時期的尸佼在他的著作《尸子》中就說：“上下四方曰宇，往古來今曰宙?！睎|漢的高誘在《淮南子·原道訓(xùn)》注中也說：“四方上下曰宇，古往今來曰宙。”中國古代的宇宙學(xué)說，有渾天說、蓋天說、宣夜說等。渾天說認(rèn)為：“渾天如雞子，天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居于天內(nèi)，天大而地小。大表里有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。”(《張衡渾儀注》)蓋天說認(rèn)為：“天似蓋笠，地法覆盤?！?《晉書·天文志》)天地都是穹形的，如同一個同心的球穹。宣夜說認(rèn)為：“天了無質(zhì)，仰而瞻之，高遠(yuǎn)無極，眼瞀精絕，故蒼蒼然也?！?《晉書·天文志》)就是說“天”不是一個固體的“天穹”，不過充滿了無邊無際的氣體，日月星辰都在這氣體中浮動。在西方，古希臘人也有多種宇宙學(xué)說。公元前600年左右，住在米利都的古希臘哲學(xué)家泰利斯認(rèn)為地球是一個圓盤，漂浮在一片汪洋中。他的弟子阿那克西曼德認(rèn)為天空是包圍地球的一個球?qū)?，恒星在?nèi)層，太陽和月亮在外層。畢達(dá)哥拉斯認(rèn)為，地球、月亮、太陽、行星和恒星都在一個同心球上圍繞中央火旋轉(zhuǎn)。托勒密總結(jié)了古希臘的天文學(xué)成就，著《天文學(xué)大成》，認(rèn)為地為球形，靜止不動，處于宇宙的中心，其他天體圍繞地球運(yùn)行，創(chuàng)立了“地心說”，統(tǒng)治西方天文學(xué)界一千四百多年，直到波蘭天文學(xué)家哥白尼在16世紀(jì)發(fā)表《天體運(yùn)行論》，創(chuàng)立日心說。17世紀(jì)，意大利物理學(xué)家和天文學(xué)家伽利略親手制造天文望遠(yuǎn)鏡，開拓了人們的天文視野。德國天文學(xué)家開普勒提出了行星運(yùn)動的三大定律，英國物理學(xué)家牛頓用力學(xué)的引力原理解釋開普勒的行星運(yùn)動定律，創(chuàng)立了天體力學(xué)。現(xiàn)代宇宙學(xué)最有影響的學(xué)說是大爆炸宇宙學(xué)。大爆炸宇宙學(xué)認(rèn)為，宇宙早期溫度極高(在100億度以上)，物質(zhì)密度極大。在那里，物質(zhì)被壓縮成一個奇點，時間和空間都毫無意義。大約200億年前，發(fā)生“爆炸”，溫度逐漸冷卻，形成各種各樣的恒星體系，也就是我們今天所能觀測到的宇宙。宇宙大爆炸學(xué)說是逐漸形成的。20世紀(jì)初，愛因斯坦的相對論改變了科學(xué)家研究宇宙的方法。1927年，比利時天文學(xué)家勒梅特第一個提出了動態(tài)宇宙模型，認(rèn)為宇宙是從一種“原始原子”不斷分裂、膨脹形成的。他推測：如果宇宙中物質(zhì)的質(zhì)量小于某個臨界值，宇宙就會繼續(xù)膨脹下去，成為“開放的宇宙”；反之，就會坍縮，成為“閉合的宇宙”。1948年，出生在俄國的美籍物理學(xué)家伽莫夫發(fā)展了這一理論，提出了“大爆炸”學(xué)說。大爆炸學(xué)說得到了以下天文觀測的支持。(1)河外星系有系統(tǒng)地譜線紅移(課文中涉及)。1917年，美國天文學(xué)家斯里弗發(fā)現(xiàn)河外星系譜線有系統(tǒng)地向紅端移動，表明這些遙遠(yuǎn)的天體正在離我們遠(yuǎn)去。1929年，美國天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的星系都有紅移現(xiàn)象。星系距離越遠(yuǎn)，紅移越大。這種紅移與距離之間的線性關(guān)系，稱為哈勃定律。(2)在各種不同的天體上，氦的豐度相近，大都是30％。根據(jù)大爆炸理論，早期宇宙溫度很高，所以產(chǎn)生氦的效率也很高。(3)測定各種天體的年齡，均小于200億年。(4)宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)。三、宇宙論導(dǎo)引(J.希爾克)宇宙論是研究宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)和演化的學(xué)科。當(dāng)我們巡視遙遠(yuǎn)的太空深處時，也就是在沿著時間上溯。我們所看到的那些最遠(yuǎn)的星系，是很久很久以前當(dāng)它們發(fā)出的光開始其漫長的太空旅行時的面貌。既然龐大的星系都曾經(jīng)是年輕的，所以宇宙結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生的問題就同宇宙論不可分割地聯(lián)系在一起。研究宇宙中可觀測的結(jié)構(gòu)(從巨大的星系團(tuán)到太陽系)的起源屬于天體演化學(xué)的領(lǐng)域。有待查明的根本問題包括：宇宙是何時和怎樣發(fā)端的，星系是如何形成并獲得我們觀測到的形態(tài)及尺度分布的，恒星是如何誕生的，行星和生命是如何演化的，等等。僅僅在20年前，人們還沒有什么把握來回答宇宙論和天體演化學(xué)的這些根本問題。我們對于遙遠(yuǎn)宇宙和早期宇宙的知識是如此貧乏，以至于好些很不相同的宇宙學(xué)理論似乎都可以解釋觀測資料。然而近年來天文學(xué)家們作出了有關(guān)宇宙本性的激動人心的新發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)提供了壓倒優(yōu)勢的證據(jù)支持一種宇宙學(xué)理論，即大爆炸理論。今天，人們正是在這個理論的框架內(nèi)探索著宇宙論和天體演化學(xué)的根本問題。盡管大爆炸理論還不能對所有的重大問題作出回答，但它卻為我們勾畫出了一幅宇宙演化的大致輪廓。在下面幾章中，我們將描述那些為大爆炸理論提供了證據(jù)的發(fā)現(xiàn)，并將追溯宇宙從最初時刻以來的演化?？梢钥吹剑?dāng)我們試圖回答宇宙論和天體演化學(xué)的某些基本問題時，新的問題和爭議又會不可避免地出現(xiàn)。我們理論的許多細(xì)節(jié)仍然是不確定的。在這種情況下，我們可以描述一些可供選擇的假說，并指出一些方向留待進(jìn)一步的研究來判明。因此，我們的討論既包含了宇宙本身的過去和未來，也包含著人類為理解它所作努力的歷史和前景。作為開始，我們要介紹一些形成任何科學(xué)的宇宙理論基礎(chǔ)的原理。1.宇宙學(xué)原理自古以來，人類就不愿放棄我們在宇宙里起著中心作用的想法。先是提出了地心宇宙觀，放棄地心宇宙觀以后又提出了日心宇宙觀。直到20世紀(jì)人們才認(rèn)識到，我們的太陽不過是處在一個普普通通星系邊沿的一顆普普通通的恒星。我們的星系是一個大星系團(tuán)外部的一個松散星系群的一員。甚至這個星系團(tuán)(即室女座星系團(tuán))同我們在宇宙中其他地方看到的真正巨大的星系團(tuán)相比，也只不過是一個毫不出眾的角色而已。我們在宇宙中的地位可以說是平凡到了極點。這種用最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測得來的知識，給宇宙學(xué)者留下了一個棘手的難題。我們的觀測是從宇宙中的一個特殊位置進(jìn)行的，而建立一個宇宙學(xué)理論卻要求一般地了解整個宇宙中物質(zhì)的性質(zhì)和分布。宇宙學(xué)者需要擺脫這種令人遺憾的限制，他們的辦法是假設(shè)一個普適原理，這個原理要求宇宙在我們附近的部分同極遙遠(yuǎn)的區(qū)域相比沒有什么差別。有很強(qiáng)的哲學(xué)理由來為這種普適原理辯護(hù)。舉個例來說，物理學(xué)規(guī)律在全宇宙中應(yīng)當(dāng)是同樣的；因為若不如此，實驗就會不可重復(fù)，而我們的物理規(guī)律就會不成其為規(guī)律了。一個更強(qiáng)的要求是，大宇宙應(yīng)當(dāng)盡可能地簡單。用可以容許的最簡單模型來解釋現(xiàn)象，這是物理學(xué)前進(jìn)的自然方式。不過，宇宙學(xué)原理也有一些不同的說法。1543年，哥白尼提出地球可能不是宇宙的中心。哥白尼學(xué)說的邏輯推廣是應(yīng)將我們的銀河系從任何優(yōu)越的空間位置挪走。于是我們得到了近代宇宙論的重要基石，即哥白尼宇宙學(xué)原理。這個原理說，我們在宇宙空間中并不處于特別優(yōu)越的位置。人們研究了天文底片上的大量星系以后發(fā)現(xiàn)，它們的出現(xiàn)頻率在不同方向上是頗為相似的。這一跡象表明，宇宙是局域各向同性的，從地球上看來，宇宙在不同方向上顯示出相同的面貌。(從中心看一個球是各向同性的，而看一個雞蛋就不然了。)哥白尼原理要求，宇宙在空間任何一點周圍都是各向同性的。矩的反射應(yīng)足以驗證，點點各向同性要求宇宙在空間上也必須均勻。因為，如果宇宙是非均勻的，那么它只能在某些特定位置上顯示出各向同性。某些宇宙學(xué)者曾試圖把宇宙學(xué)原理推廣到包括沿時間不變的概念。根據(jù)這個原理，至少在最大的尺度上宇宙是永恒不變的。于是，完美宇宙學(xué)原理說，從空間和時間中的任何一點看去，宇宙都呈現(xiàn)出相似的面貌。由這個假設(shè)導(dǎo)出的穩(wěn)恒態(tài)宇宙論已被觀測排除。因而，宇宙學(xué)者一般只接受宇宙學(xué)原理的較弱的形式，而我們也樂于承認(rèn)，宇宙在空間(而不是時間)中是近似均勻且各向同性的。為了完備起見，我們還得談?wù)勅藫裼钪鎸W(xué)原理。這個原理采取的觀點同完美宇宙學(xué)原理正好相反，宣稱人類是在一個特定時期觀察著宇宙的，盡管目前的宇宙從空間任何點看去顯得一樣。假設(shè)這個特定時期是因為需要產(chǎn)生那些有利于生命演化的特殊條件，比方說，假如宇宙比現(xiàn)在熾熱得多或稠密得多，星系就不能形成；假如引力的強(qiáng)度和我們的觀測值大不相同，行星系統(tǒng)就不能形成，或不適合于我們所知的生命形式存在?，F(xiàn)已查明，地球的年齡和天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)的最老恒星或星系的年齡相仿(頂多差4倍)，這畢竟是一個驚人的符合。人擇宇宙學(xué)原理用“許可”來解釋這種相似性。宇宙本來可以比它實際的情形不規(guī)則和無序得多。人擇宇宙學(xué)原理斷言，若是那樣的話，各種條件就不能容許生命存在了。因此，作為觀察者，我們是生活在一個非常特殊的宇宙中，并且這個宇宙必須是均勻各向同性的?！叭藫瘛笔且粋€非?；镜恼摀?jù)，因為它試圖對哥白尼宇宙學(xué)原理作出解釋，而后者幾乎是所有有生命力的宇宙論的核心。2.近代宇宙論不同的宇宙學(xué)原理導(dǎo)致迥然不同的宇宙圖景。哥白尼宇宙學(xué)原理是大爆炸理論的基礎(chǔ)。的確，大爆炸理論實際上先于宇宙膨脹的發(fā)現(xiàn)。如果要求宇宙處處均勻各向同性，我們就唯一地得出大爆炸宇宙論。實際上有兩種不同的大爆炸宇宙論模型。按第一種模型，宇宙將永遠(yuǎn)膨脹下去。按第二種模型，宇宙最后將重新收縮。在這兩種模型中，使宇宙趨向再收縮的引力都是由初始爆炸的力抗衡著，后者在永遠(yuǎn)膨脹的模型中相對較強(qiáng)，而在注定要再收縮的模型中相對較弱。按照大爆炸理論，宇宙在過去一定要比現(xiàn)在致密得多熾熱得多。這個理論不符合完美宇宙學(xué)原理，后者要求宇宙在一切時期顯示出相同的面貌。建立穩(wěn)恒態(tài)宇宙論就是為了滿足完美宇宙學(xué)原理的要求。這種理論是1948年由海爾曼·邦迪、托馬斯·哥爾德和弗雷得·霍依耳引入的。它假設(shè)物質(zhì)不斷地以準(zhǔn)確的速率產(chǎn)生出來恰好維持宇宙中各處相同的平均物質(zhì)密度，從而預(yù)言宇宙在一切時代都具有相同的面貌。穩(wěn)恒態(tài)理論(至少它的初始形式)是一個非常大膽的理論。大爆炸理論最薄弱的一環(huán)，即初始創(chuàng)生的時刻被暴露出來了。既然大爆炸理論可以斷言宇宙是在遙遠(yuǎn)而有限的過去一瞬間創(chuàng)生的，那為什么不能同樣合理地斷言任何時刻任何地方都在發(fā)生創(chuàng)造呢?觀測證據(jù)是任何理論最嚴(yán)格的仲裁者，它終于否定了穩(wěn)恒態(tài)宇宙論的這個大膽斷言。在1950年，由于進(jìn)行了更精巧更有鑒別力的天文觀測，穩(wěn)恒態(tài)理論的提倡者逐漸修改了它的形式。因為這個理論變得越來越牽強(qiáng)，只剩下一些最固執(zhí)的支持者還相信它。最后，穩(wěn)恒態(tài)宇宙論在1965年被宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)推翻了，這一發(fā)現(xiàn)為宇宙早期的熾熱階段提供了不容置辯的證據(jù)?，F(xiàn)在，穩(wěn)恒態(tài)宇宙論只不過是在現(xiàn)代宇宙論發(fā)展過程中的一個有相當(dāng)歷史意義的插曲而已。雖然人們一直敦促穩(wěn)恒態(tài)理論的提出者同意宇宙膨脹開始于百億年前的一瞬，但關(guān)于早期宇宙行為的無數(shù)種可能的宇宙模型仍然具有活力。哥白尼宇宙學(xué)原理只能用可觀測的宇宙來評判，而大爆炸理論對后者提供了極好的描述。不過，在宇宙還很年輕的早期，我們可以想象一種宇宙論和標(biāo)準(zhǔn)大爆炸模型的均勻各向同性膨脹非常不同。這種膨脹是各向異性的：在某個優(yōu)先的方向上迅速膨脹而同時在另外的方向上坍縮?；蛘?，宇宙也可能是非常不均勻的；在較密