人类对宇宙的认识

2024年3月22日发(作者：气象科普小报)

人类对宇宙的认识

　　一般说来，对宇宙的认识是指对大尺度的时间和空间中物质存在形

式的认识。人们自然要间：宇宙是什么呢？宇宙有多大？宇宙存在有多

久了？宇宙中的物质是从哪里来的？宇宙有没有起源和演化？

　　1、古人对宇宙的认识

　　古代自然哲学家们对宇宙问题的探讨，大多是在大地和天空的相互

关系问题上。随着科学的发展，后来又进入到地球和太阳之间的关系

上。

　　中国古代天文中有丰富的关于宇宙结构的设想。远在人类社会的早

期，中国古代就逐渐形成“天圆如张盖，地方如棋局”的朴素的直观见

解。到了3000年前的西周时代，又逐渐形成了“盖天说”。盖天说认为，

大地不是平整方形，而是拱形，天空如一个斗笠，大地犹如一个倒扣的

盘子。战国时代的尸佼在《尸子》一书中对宇宙概念明确写到“四方上

下曰宇，往古来今曰宙。”意思是：宇表示东南西北上下六个方向，即

表示空间。宙表示过去、现在和将来，即表示时间。东汉著名天文学家

张衡在《浑天仪图注》一书中载有：“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地

如鸡中黄，孤居于内，天大而地小，天表里有水，天之包地，犹壳之裹

黄。”这里描述的是浑天说。这个学说最大成就是肯定了大地是球形

的，同时大地是悬在空间的球体。

　　古代各民族都有自己对宇宙的认识和想象。它们带有深刻的民族特

点。比如，古代埃及人认为大地是漂浮在水上的；古希腊人则认为大地

下有支柱支撑着；古印度想象大地是驮在大象背上的；……。公元2世

纪，古希腊天文学家托勒密在总结前人对宇宙认识的基础上，提出“地

球中心说”的宇宙模式。1543年，波兰天文学家哥白尼又建立了“太阳中

心说”的宇宙模式。到17世纪，牛顿的万有引力定律，奠定了经典的宇

宙学基础。以上这些宇宙观基本上只是局限于太阳系范围，还称不上宇

宙结构。

　　2、现代宇宙学

　　进入20世纪以来，由于人类科学技术的飞速发展，天文观测手段出

现一次又一次的革命性的进展，观测到了上百亿光年的宇宙空间，了解

到天体的上百亿年的时间演化。天文学家们对这样的大尺度空间和悠久

的时间里的物质演变产生了浓厚的兴趣。如何解释已观测到的许许多多

客观事实，如何利用现代物理学对这许许多多观测事实给予科学的说

明？这些就是现代宇宙学的任务，它是天文学中的一个分支。也就是

说，现代宇宙学从整体上研究大尺度的时空性质，物质运动的规律。它

是当代天文学中最活跃的前沿阵地之一。现代宇宙学的最大特征是必须

尊重观测到的客观事实，不能凭想象。而且必须能在理论物理学的基础

上给予科学的说明。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础理论问题。人们最想知道的是：宇宙

是什么样子呢？宇宙有多大？宇宙的结构如何？宇宙有没有诞生之日和

终结之时？

　　20世纪以来，天文学家们建立起多种宇宙模型。概括起来主要有两

大派别：一类叫稳恒态宇宙模型，它认为宇宙在大尺度上的物质分布和

物理性质是不随时间变化的，稳恒不变。不仅在空间上是均匀的，各向

同性的，而且在时间上也是稳定的。这是1948年英国天文学家邦迪

（Hermann Bondi;）等人提出的；另一类叫演化态模型，它认为宇宙在

大尺度上的物质分布和物理性质是随时间在变化的。这是1922年，苏联

数学家弗里德曼（Friedmann）在解爱因斯坦引力场方程时得到的。在

众多的宇宙模型中，目前影响较大的是热大爆炸宇宙学说。

　　热大爆炸宇宙学认为，大约在150亿年前，在一个致密炽热的奇点

发生了惊人的热大爆炸。这场爆炸后，形成迅速的膨胀，逐渐形成了我

们今日可见的宇宙。这就告诉我们，不仅宇宙间的万物在演化，大尺度

的宇宙本身也是演化的主体。那么，现在有没有观测到的事实来支持这

个观点呢？上面介绍的有关星系的红移现象和哈勃定律等，都支持了宇

宙还在膨胀之中的论点。另外，20世纪60年代天文学中的四大发现之一

的微波背景辐射认为，星空背景普遍存在着2.7K微波背景辐射，这种辐

射在天空中是各向同性的。这同由理论预言的热大爆炸遗留下的余热相

符，有利地支持了大爆炸宇宙学的观点。但是，热大爆炸宇宙学也有些

根本性问题没解决。如大爆炸前的宇宙是什么样，大爆炸是怎么引起

的、宇宙的膨胀未来是什么结局？……。关于宇宙的问题虽然没有解

决，但是，我们可以看到两个伟大的事实：一、人是宇宙物质演化的结

果。而人的思维又反过来认识宇宙间的万物，充分体现了人的智慧和力

量的伟大；二、人类对宇宙的认识，特别是近几十年来在观测事实和理

论分析中都有巨大的飞跃，它预示着未来会有突破性的伟大成就，这是

人类社会和科学发展的规律，我们每个人都不是局外人。