著者：黄媂

什么是『天文学的第一性原理』？

『天文学的第一性原理』被称为「宇宙学原理」，这个词当中的含义就是——拥有生命的地球在宇宙中是很普遍的一点也不特殊。

或许你对这个词的含义感到很惊讶，「宇宙学原理」凭借什么能够成为『天文学的第一性原理』，在回答这个问题之前，首先要了解天文学的难处。

天文学是一个研究遥远区域的学科

天文学所研究的对象都是我们目前无法近距离观察的。简单地说如果可以近距离或者可以踏足去观察的对象，就不能称得上是天文学的领域了。

举例说明：

在人类第1次登上月球之前，也就是人类还没有办法登上月球的时候，月球还是属于天文学的，可是当人类可以登上月球的时候，月球就不再属于天文学领域了，这个时候月球是属于地质学的，因为研究月球的主力科学家是地质学家，比如我国的登月项目，首席科学家都是以地质学家为主，因此天文学的使命就是研究遥远的区域。

人类的研究朝向哪里，天文学就会跟着扩张到哪里。相反地，人类能够近距离或者踏足的时候就不再归纳为天文学，所以说天文学最大的困难就是去观测那些遥远的区域，因此就局限了我们只能够从远距离进行观测，而且能够得到的数据和信息也是非常有限的，但是凭借「宇宙学原理」人类和地球不特殊这一点，就可以从中发现更多有关宇宙真相的信息。

图解：登月

举例说明：

目前所有的探测器只能从远距离对恒星进行观测，但是目前已经掌握了一些有关恒星的信息：

1.距离地球比较近的太阳的核心正发生着核聚变，这是近距离的数据和信息。

2.距离地球比较远的参宿四即将又或者已经发生爆炸了。这是远距离的数据和信息。

3.距离地球更远的区域在138亿年前发生过一次大爆炸，宇宙就是在这个时刻诞生的。这是极其遥远距离的数据和信息。

总结以上的3点就是目前已经根据相关信息推测到了宇宙的开端，但是还有更多关于宇宙秘密的信息需要探索，天文学家之所以会有这样的动力全都依赖他们始终都相信「宇宙学原理」背后的含义——像地球这样拥有生命的星球在宇宙中是很普遍的。假如天文学家承认了拥有生命的地球在宇宙中是特殊的，那么就没有必要再去探索宇宙了，因为除了地球以外拥有生命的星球在宇宙中不可能会有第二颗。但是天文学家相信「宇宙学原理」的含义就是地球上拥有的生命在宇宙其他地方也应该有，也就是说把在地球上研究出来的知识和规律应用到宇宙的其他地方去寻找地外文明和适合生命存活的星球。

「宇宙学原理」与真实的宇宙秘密

天文学家通过望远镜探测到遥远区域的一颗星星所发出的奇异光，天文学家完全不用近距离或者登陆到那颗星球上，依然可以应用在地球上研究出来的知识和规律去分析这颗星球它为什么会发出奇异的光，天文学就可以突破上亿光年的距离封锁去对这个星球进行研究，发现遥远宇宙的奥秘全都归功于「宇宙学原理」。假如把「宇宙学原理」从天文学中去除掉的话，那么人类的文明注定是一个患上了“自闭症”的文明。

举例说明：

天文学家弗里茨·兹维基在1937年对一个星系团进行了观察，他惊奇地发现这个星系团所包含的每一个星系会在引力的作用下相互绕转并且向着中心点慢慢靠拢聚合在一起。事实证明弗里茨·兹维基的观测结果在本星系团也有发生，最典型的案例就是银河系与仙女座星系它们在相互绕转并且45亿年之后会碰撞。

图解：银河系与仙女座星系45亿年之后碰撞示意图

以上的例子就足以说明像星系这种庞大结构它们之间也会因为引力聚合在一起，在引力的作用下星系也会相互绕转而运动，天文学家相信「宇宙学原理」在整个宇宙都是通用的，因此只要有引力存在地方，这个地方无论是地球或是遥远的宇宙空间，万有引力定理的规律都是一致的，但是弗里茨·兹维基发现的那个星系团与目前观察到的所有星系团的规律却有着很大的差异。

假如把地球上的引力应用到弗里茨·兹维基发现的那个星系团中，就会与地球的规律不符合，因为这些星系移动的速率实在是太快了，用目前已知的所有知识都无法解释星系究竟被什么力量紧紧束缚住，使得这些星系不被离心力甩开，但是观测结果表明这些星系不但不被甩开而且还会相互靠近，因此这个星系团告诉了我们一个真实的宇宙秘密。

图解：星系旋转速度测量与理论值对比

可能有人会问是「宇宙学原理」失效了吗？「宇宙学原理」还能被相信吗？

答：不相信又可以怎么样呢！

假如我们选择了不再相信「宇宙学原理」，把弗里茨·兹维基发现的那个星系团看作是一个特殊的案例，既然把这个星系团列为了特例，如果某一天又发现了一个与弗里茨·兹维基发现的星系团一样的星系，这个星系同样是被一种神奇的力量所缚、与地球上的引力规律也不同、也不会因为离心力的作用被甩开，那么也把这个星系视为一个特殊的案例，从今以后对宇宙进行观察的时候发现有类似的星系就将它们通通列入特殊的案例，按照这样的处理方案归纳下去，整个宇宙就变成了一个特殊天体的大纲。

但是天文学家始终选择相信「宇宙学原理」是不会错的，如果有出错的地方就一定是他们的测量数据，一定是某个数据、某个地方出错了或者观测的手段错了或者遗漏了某点，这样天文学家就会不断地探测，不断更正数据，就是这种探测的态度，天文学家于是从弗里茨·兹维基发现的那个星系团里探索出了新的宇宙秘密——「暗物质」，这是一种全新的有关宇宙的观点，「暗物质」是看不见、摸不着的透明实体，也会产生引力，就是这种虚无缥缈的新物质让星系团紧紧束缚在一起。

图解：「暗物质」模拟图

「暗物质」可以把「宇宙学原理」失效这个问题解决，但是又给天文学带来了更多的天文学问

参照目前最新的估算数值，宇宙是由26.8%的暗物质、4.9%的可见普通物质以及68.3%的暗能量组成，「暗物质」是普通物质的5.4倍，也就是说自从探索了宇宙之后发现整个宇宙所拥有的物质不仅只有普通物质，看不见、摸不着的暗物质物和暗能量就是宇宙的核心组成部分，二者遍布于宇宙中的每一个角落，甚至你与我都被它们包围着。

图解：宇宙成分

自从发现了有「暗物质」的存在之后，科学家不得不重新修改底层理论，因为目前的理论都接受所有的物质都是由夸克、电子等等60多个基本粒子组成的，但是「暗物质」这一种全新的物质是一个未解之谜，科学家并不能证明暗物质是由什么组成的，那么暗物质的底层理论又是什么？

暗物质是由什么组成的？暗物质的底层理论又是什么？这两个问题「暗物质」给宇宙学带来了更多的学问，是天文学家、化学家和物理学家都必须要解决的难题，遗憾的是目前根本没有能力可以把这两个难题解决掉。解决不掉但并不代表「暗物质」是绊脚石，这只是暂时还没有找到答案，关于「暗物质」的难题迟早会被解决的，因为天文学发展的常态就是——当天文学用出「宇宙学原理」的时候，对宇宙的认识就会多一点，因此「宇宙学原理」并不只是无奈的选择，更是伟人的成功经验，就因为有未解之谜的存在才会让科学家有去发现宇宙真相的动力。

图解：物质都是由夸克、电子等等60多个基本粒子组成的

哥白尼是第一个提出「宇宙学原理」的人，「宇宙学原理」成功地把地心说打败了，日心说成为「宇宙学原理」的第一场胜利代表作，第一个继承「宇宙学原理」的人是开普勒，他将地球看作一颗普通的行星之后，经过不懈的努力终于得到了行星运动的规律，开普勒三大定律能够精确地预测行星的移动轨道。让「宇宙学原理」发扬光大的是牛顿，牛顿始终相信维持着宇宙中星球运转的力量是和导致地球上苹果掉落的力量是一样的，所以他提出了万有引力定律，天文学家依靠万有引力定律就可以发现一颗新的行星。

让哥白尼、开普勒、牛顿能够被载入史册的原因就是因为他们相信「宇宙学原理」，他们都相信拥有生命的地球在宇宙中是很普遍的一点也不特殊。这种观念能够让天文学迈出第1步，所以「宇宙学原理」是『天文学的第一性原理』。

黄媂·总结

1.「宇宙学原理」当中的含义就是——拥有生命的地球在宇宙中是很普遍的一点也不特殊，在地球上出现的规律在宇宙中的每一个角落都会出现。

2.「宇宙学原理」是科学家对宇宙真实情况的一个猜测，是一个鲜艳的理念，假如没有「宇宙学原理」天文学就无法开展。

3.「宇宙学原理」不只是科学家的猜测，随着天文学的发展它也被大量的事实验证。