现代宇宙学的诞生

宇宙有多大？形状如何？结构如何？它有没有起源和终结，它是永恒的还是演化的？从大尺度上研究宇宙这些问题的科学叫宇宙学。近年来，由于观测技术的进步使宇宙学有了很大的发展。大爆炸理论就是宇宙学中关于宇宙发展的一种理论，它得到了某些证明，并且颇引人入胜。
　　各种文明都有自己关于宇宙起源的看法，在中国有盘古开天辟地的传说，在西方有上帝创造世界的神话。至于创世以后的情形，中国古代文献中就有共工怒触不周之山，撞断天柱，天塌地陷，女娲补天的故事。在很长一个历史时期中，由于封建社会的政治黑暗和观测水平的局限，使一些闪耀着智慧火花的真理萌芽未能发展成为科学的理论大树。17世纪以后，自然科学与技术的飞速发展，特别是康德关于太阳系起源的星云学说，达尔文关于物种起源的进化论学说等的提出，不断冲击着“天不变，道亦不变”这一僵化自然观的地位。直到20世纪，以众多观测事实为依据的科学的宇宙起源和演化理论才正式宣告诞生。
　　1915年，爱因斯坦提出的广义相对论认为，一定质量的天体，将对周围的时空产生影响而使它们“弯曲”，而弯曲的空间会迫使其中穿过的光线发生偏转。时间和空间并不像人们（牛顿理论）一贯认为的那样：空间只是一个让物体在其中运动而本身却不受任何影响的容器；时间则如江河入海，自然流淌。空间更像是一个形状依赖于其上所载小球的弹性薄膜，自由粒子和光沿着这一形变薄膜上弯曲的短程线运动，就像它们在小球引力的作用下偏离直线运动一样；时间则与运动状态相关，又通过运动状态与空间（参考系）发生了联系。这种关于时间、空间和引力的全新理论，不仅正确地预言了掠过太阳边缘的星光会发生1.75弧秒的偏折，而且完满地解释了牛顿引力理论不能说明的水星近日点每百年前移43弧秒的“水星进动”现象，因而逐步得到人们的公认，为上演现代宇宙学这场气势恢弘的戏剧搭好了坚实的舞台。
　　1917年，爱因斯坦率先把他的广义相对论应用于宇宙学研究，得到一个“有限无界的静态宇宙”模型。根据广义相对论，宇宙的几何性质取决于物质的质量分布状态，引力场使之对应于弯曲的“黎曼几何空间”。所谓“有限无界”是说整个宇宙是一个弯曲的封闭体，它的体积有限而物质均匀分布；而“静态”是指宇宙既不膨胀，又不收缩，这是就宇宙的整体空间而言，并非说宇宙的各个部分都全然静止不动。尽管 1922年人们发现宇宙不可能保持稳定而被放弃，但毕竟是一次开创性的尝试，揭开了现代宇宙学研究的序幕。
　　1922年，苏联数学家弗里德曼在广义相对论的框架下，得到了爱因斯坦宇宙方程的一组动态解，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态。
　　至此，人类进入了现代宇宙学的研究阶段。