[[德雷克公式]] ## 宇宙学是干 什么的？ 简要地说，**宇宙学（Cosmology）**是一门研究**“整个宇宙的起源、演化、结构和命运”**的科学。与传统天文学着重研究单个天体或星系不同，宇宙学关心的是**“整体尺度”**——时间跨度从宇宙大爆炸（约 138 亿年前）到遥远未来，空间尺度从最小量子涨落到数百亿光年的大尺度结构。 --- ## 1. 它和“天文学”有何区别？ |领域|典型研究对象|关注尺度|常用方法| |---|---|---|---| |**天文学 / 天体物理**|恒星、行星、黑洞、星系|**局部或中等尺度**（几光秒–几百万光年）|望远镜观测、光谱、数值模拟| |**宇宙学**|整个可观测宇宙、大尺度结构|**极大尺度**（10⁵–10¹⁰ 光年）|精确测量宇宙背景辐射、超新星距离、宇宙学 N 体模拟、广义相对论| > 通俗比喻：天文学像“研究森林中的每棵树”，宇宙学像“研究森林的整体形成和演变”。 --- ## 2. 现代宇宙学的核心问题 1. **宇宙起源** - 大爆炸模型：宇宙从一个高温高密度奇点膨胀而来。 - 暗能量/宇宙常数：为什么现在膨胀在加速？ 2. **宇宙组成** - 普通物质只占 ≈ 5%。 - **暗物质** (~ 27%)：看不见、只通过引力显现。 - **暗能量** (~ 68%)：驱动宇宙加速膨胀的“神秘压力”。 3. **宇宙几何与命运** - 空间是平直、正曲率还是负曲率？ - 膨胀会永远持续，还是某天反转或“热寂”？ 4. **大尺度结构形成** - 从最早期量子涨落——> 暗物质主导的“宇宙网”——> 星系团与星系。 - 模拟 + 观测配合检验 ΛCDM（Lambda Cold Dark Matter）标准模型。 5. **宇宙微波背景（CMB）** - “宇宙的婴儿照片”，提供年龄、几何、组成等精确参数。 - 温度各向异性 & 偏振模式为早期物理提供窗口。 --- ## 3. 研究工具与证据链 - **望远镜** - 光学/红外：哈勃望远镜、韦布望远镜。 - 射电：平方公里阵列（SKA）。 - CMB 专项：普朗克卫星、未来的 LiteBIRD。 - **标准烛光 & 标准尺** - Ia 型超新星：测距、发现宇宙加速（1998）。 - 重子声波振荡（BAO）：测宇宙几何。 - **数值模拟** - Millennium Simulation、IllustrisTNG：再现从暗物质网状结构到星系形成的全过程。 - **粒子物理实验** - LHC、暗物质直探、0νββ 实验：补充暗物质与早期宇宙微观机制信息。 --- ## 4. 经典突破与里程碑 |年份|发现|意义| |---|---|---| |1929|哈勃红移–距离关系|证实宇宙在膨胀| |1965|宇宙微波背景 (Penzias & Wilson)|大爆炸模型关键证据| |1998|超新星观测发现膨胀加速|引入“暗能量”概念| |2013|普朗克卫星数据|精确测定 ΛCDM 各参数（H₀, Ω_m, Ω_Λ, n_s …）| --- ## 5. 仍未解开的谜团 1. **暗物质到底是什么粒子？** 2. **暗能量是常数项还是随时间变化的场？** 3. **早期暴胀的物理机制**——是否涉及高能新物理？ 4. **哈勃常数张力**：本地宇宙测量与 CMB 推导的 H₀ 值不一致。 5. **多宇宙** / **循环宇宙** 等理论是否能被观测验证？ --- ### 小结 > **宇宙学=宏观“宇宙史” + 微观“物理学”** > 它试图用观测和理论，把“138 亿年前的火球”到“今天的星系网”连成一张时间轴，并预测未来的结局。 如果你想了解某个具体方向（如 CMB 温度各向异性解析、暗物质候选粒子，或“哈勃常数张力”的最新争议），随时告诉我，我们可以深入拆解！