宇宙模型方法

宇宙模型方法是利用假設的模型研究認識宇宙結構及演變規律的科學方法。宇宙模型依據模式演繹宇宙的時間結構以及時空與物質的依存關係等問題。早期的宇宙模型基本上都屬於哲學範疇，僅對宇宙作些觀念上的解釋，勿需實踐檢驗和理論論證，只要求符合某種哲學思想體系就行了。這樣的宇宙模型古今中外曾有不少，都在一定程度上反映著人們認識宇宙的階段和水平。以哲學上的宇宙觀取代科學上的宇宙論是不可取的。科學的宇宙模型出現於本世紀。

作為科學的宇宙模型必須符合以下條件：①以豐富的觀測資料為依據;②這些資料必須得到正確的理論解釋;③該理論是自洽的，具有普適性。目前，比較符合上述條件的是大爆炸宇宙模型。該模型最早的觀測依據是本世紀20～30年代發現的河外星系光譜的紅移，而且越遠的星系紅移量越大，根據都卜勒效應、表明這些星系都在遠離我們而去，說明宇宙正在“膨脹”。30年代後期，伽莫夫等人依據廣義相對論和哈勃定理，提出大爆炸宇宙模型。他認為，今天的宇宙是100億年前由一個高溫度、高密度、時空曲率為零的物質團爆炸而成。他指出，若爆炸後的溫度均勻地分布於宇宙空間，那么現在宇宙空間的平均溫度約為5K～7K。60年代兩位美國科學家彭齊亞斯(A.A.Penzias)和威爾遜(R. W.Wilson)偶然發現了宇宙背景2.7K的微波輻射，與早期的理論預言相符合。如果用目前的觀測資料，取宇宙半徑為150億光年，則與實際觀測值更為符合。從此大爆炸宇宙模型被廣泛接受。大爆炸宇宙模型的理論基礎是廣義相對論或稱引力理論。由該理論可知，時空是有曲率的，而時空的曲率與物質或引力有關，引力越大時空曲率半徑越小。對於整個宇宙而言，時空曲率半徑就是宇宙半徑。原始宇宙時空曲率半徑為零，宇宙半徑也等於零。爆炸後時空曲率半徑不斷擴大，宇宙半徑也不斷擴大，這就是目前所說的“膨脹的宇宙”，它符合今天的觀測資料。由引力公式可以解出，未來的宇宙有三種形式：靜止、收縮和膨脹。它取決於宇宙的平均密度，若平均密度等於某一值時為靜止，大於某一值時為收縮，小於某一值時為膨脹。從目前的觀測資料看，傾向於後者。這就是宇宙的過去、現在和未來的基本模式。大爆炸宇宙模型也並非盡善盡美。在星系的起源和各向同性分布等方面，還有一些未解的難題。近年來，有人提出了電漿宇宙模型，尚未被人們普遍接受，有待於證偽或充實與完善。