【百科】宇宙学原理：天文学的第一性原理-新东方前途出国

宇宙学原理：天文学的第一性原理

在最开始，会介绍天文学的第一性原理。这个原理叫做宇宙学原理。它是什么意思呢？通俗地说，就是我们人类和地球在宇宙中一点都不特殊。

 

你可能会好奇了，这一条原理有啥的 ，为什么能成为天文学的第一性原理？这还得先说一下天文学的难处。 

 

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天文学是一个研究远方的学科，它研究的东西都是我们没有办法走近观察的。这是真的啊，原来人类没有办法登上月球的时候，月球还是属于天文学的。可是现在，人类早已登上月球，研究月球的主力就变成了地质学家。就比如我们国家的登月项目，Chief科学家是地质学家。  

所以，研究远方就是天文学的使命，人类的目光朝向哪里，天文学就扩张到哪里，反过来人类能够触达到的地方，天文学又会撤离。  

但同时远方也成为了天文学的最大的困难。因为这注定了我们只能远远地去看，而且能看到的信息还极其有限。  

但就是凭借宇宙学原理，也就是地球不特殊这一点，我们就能发现宇宙中很多的真相。就比如，我们从来没有到过太阳上面，但是我们知道它的核心正在发生着核聚变。太阳的距离还比较近，距离远的，恒星参宿四距离我们有几百光年，但是我们可以知道它即将发生爆炸。再久远，我们还能知道在138亿年前发生过一次大爆炸，宇宙就是在那个时候诞生的。  

我们能知道这些，全都是因为天文学家始终相信宇宙学原理，相信地球在宇宙中一点也不特殊。当然，最关键的还是“地球不特殊”这一点背后的含义。承认了地球不特殊，也就相当于承认了“我们这里有的，其他地方也应该有”，也就是说我们在地球上研究出来的知识和规律放在宇宙其他地方也是适用的。  

这一点对于天文学的意义呢，打个比方，它就相当于同理心对于一个人的意义。你在电视上看到非洲的孩子吃不饱饭，只要你有同理心，不用非得去非洲亲自体验一下，你依然可以感同身受，甚至会为他们默默地流泪。  

宇宙学原理也一样，我们通过望远镜看到远处的一颗星星发出奇异的光芒，我们不用非要去到那颗星球上，依然可以相信它的规律和我们没有什么不同，然后用地球上发现的规律去分析它为什么会发出奇异的光。  

天文学可以突破上亿光年的封锁，发现遥远宇宙的奥秘，全都靠了宇宙学原理，真的非常好用。但是，如果你仔细想想的话，这其实是有问题的。  

你可能注意到我的用词了啊，我说的是“我们相信宇宙学原理”。只是相信就可以吗？只靠相信的话，那不成了迷信吗？你愿意相信，但是世界不是这样的怎么办？  

有两个农民在一起去想象皇帝的奢华生活到底是什么样子的。一个说：“皇帝很有钱，白面馒头想吃多少就吃多少。”另一个说：“不止如此，皇帝下地一定用的是金锄头。”  

这个段子表明的是什么？就是要告诉你，在某个地方获得的经验和知识，是不能随意地把它们推广开的。在日常生活中都是这样，更何况是面对如此广阔的宇宙呢？   

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没错，这个问题的确有。但是，不用宇宙学原理，那还能怎么样呢？你能想象把一个人的同理心剥夺掉吗？如果那样的话，他将会失去理解其他人的渠道。没有朋友，没有社交，他或许还可以生存，但是注定只能自闭地生活在自己的小世界里。  

如果把宇宙学原理从天文学中也给剥夺掉的话，那人类文明也注定是一个患上了自闭症的文明。  

举个例子。1937年的时候，天文学家弗里茨·兹威基观察了一个星系团。星系团，就是好多像银河系一样的星系聚在一起，它们之间也有引力。在引力的吸引下，这些星系会相互环绕运动。

 

我们相信宇宙学原理，所以只要是引力，那么不论是地球上还是遥远的宇宙，规律都应该是一样的。但是兹威基发现的这个星系团很不同。如果用地球上的引力规律进行计算的话，这些星系移动的速度太快了，肯定吸不住，早就被甩开了。  

但是，这些星系还能好好地聚在一起。这就是一个摆在眼前的反例，宇宙学原理还能被相信吗？  

答案是，不相信还能怎样呢？  

如果不相信，那这个星系团完全可以作为一个特例。这个星系团作为了一个特例，那么下次再看到某个星球发出了奇怪的光，我们也可以把它作为一个特例。我们观察宇宙，只要发现有不同，那就是特例。这样下去，整个宇宙就是一个一个特例的集合。那样的天文学根本不能算是一门科学，只能算是在“集邮”。天文学知识也将会变成一本词典，只是把一个一个的特例像词条一样记录下来。那样的天文学还能发现什么宇宙的真相呢？  

对于兹威基来说，根本没有“不相信”这一个选项。所以只能坚信宇宙学原理没有问题，有问题的一定是他的眼睛，在那里一定有什么东西是他还没有发现的。于是暗物质就被提出来了。它们看不到摸不着，但是会产生引力。就是这么个虚无缥缈的新物质让星系团粘在了一起。   

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暗物质可以解决宇宙学原理失效的问题，但是它同时也带来了更多的麻烦。  

按照现在估算，暗物质是我们普通物质的5倍，我们的宇宙忽然增加了5倍的东西。它们遍布在宇宙各处，甚至就在你我身边，但是我们就是看不到它。这还没完，暗物质的存在，还代表着我们要修改底层理论。因为我们现在的理论认为，所有物质都由电子、夸克等60多个基本粒子组成。这里面可没有说暗物质是由什么组成的。如果暗物质真的存在，这个底层理论就要修改。  

这些都是暗物质带来的麻烦，而且到现在也没有能力解决掉。但是这并不会成为障碍，因为这就是天文学发展的常态。  

每次天文学用出宇宙学原理，我们对宇宙的认识就更进一步。而且每次宇宙给我们的反馈都是“很好，你们用对了，继续加油”。所以宇宙学原理并不只是我们的无奈选择，更是我们的成功经验。  

第一次提出宇宙学原理的是哥白尼，他成功地把地球从宇宙中心的位置给拉了下来，所以宇宙学原理也叫做哥白尼原理。继承了哥白尼的是开普勒，他把地球当做一颗普通的行星后，终于找到了行星运动的规律，这也是人类第一次能够精确地预测行星的行为。  

接下来用宇宙学原理让天文学突飞猛进的是牛顿。他认为在宇宙中维持着星球运转的力量，和地球上苹果下落的力量是一样的，所以提出了万有引力定律。靠着牛顿的万有引力定律，天文学通过计算就发现了一颗新的行星，这就是海王星。精准程度啊，就相当于在北京的范围里找到了一颗黄豆。

 

到了现在，宇宙学原理已经被应用到了整个宇宙。宇宙大爆炸后的宇宙虽然和现在千差万别，但是本质的规律是一样的，那时候发出的光我们现在是可以接收到的。最后我们真的成功地发现了宇宙大爆炸之后的余晖。有人形容过这个发现的难度，这就好比你坐在房间里掐指一算，说某年某月某日将会有个飞碟降落在白宫草坪。 而到了那一天，居然真有个飞碟降落在了那里。  

所以，暗物质带来了那么多麻烦，我们一点也不担心，因为这只是我们暂时还没有找到答案，它迟早会被解决的。而且，正因为有像暗物质这样的麻烦，天文学才充满了活力，就是这些未解之谜的存在，才会驱动着我们去发现宇宙更本质的真相。  

而这一切的起点，就是宇宙学原理，就是我们相信地球在宇宙中并不特殊。这也是为什么在第一讲我一定要先讲宇宙学原理，因为它是天文学迈出去的第一步，所以它是天文学的第一性原理。

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