人類認(rèn)識(shí)宇宙的歷史,其實(shí)就是一部觀測(cè)和建構(gòu)的歷史。
觀測(cè)容易理解,就是望遠(yuǎn)鏡越造越大,觀測(cè)到的對(duì)象越來(lái)越多,可觀測(cè)的距離越來(lái)越遠(yuǎn)。
建構(gòu)則主要是構(gòu)造數(shù)理模型,自從愛因斯坦于1915年提出廣義相對(duì)論之后,建構(gòu)宇宙的數(shù)理模型,主要表現(xiàn)為用各種各樣的條件和假定來(lái)解算引力場(chǎng)方程。迄今為止,先后出現(xiàn)過(guò)的宇宙模型,實(shí)際上已經(jīng)有很多種。
現(xiàn)代宇宙學(xué)的第一個(gè)宇宙模型,是1917年愛因斯坦自己通過(guò)解算引力場(chǎng)方程而建立的,通常被稱為“愛因斯坦靜態(tài)宇宙模型”。由于那時(shí)河外星系(銀河系以外的星系——銀河系只是星系之一)的退行尚未被發(fā)現(xiàn),所以愛因斯坦的這個(gè)宇宙模型是一個(gè)“有物質(zhì),無(wú)運(yùn)動(dòng)”的靜態(tài)宇宙模型。
同年,荷蘭天文學(xué)家威廉·德西特也通過(guò)解算愛因斯坦的引力場(chǎng)方程得出了一個(gè)宇宙模型。這個(gè)模型也是靜態(tài)的,但是允許宇宙中的物質(zhì)運(yùn)動(dòng),還提出了“德西特斥力”這個(gè)概念,可以用來(lái)解釋后來(lái)發(fā)現(xiàn)的河外星系退行現(xiàn)象。
1922年,蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家亞歷山大·弗里德曼通過(guò)解算引力場(chǎng)方程,也建立了一個(gè)宇宙模型。和前面的靜態(tài)宇宙模型不同,弗里德曼的宇宙模型是動(dòng)態(tài)的,而且是一個(gè)膨脹的宇宙模型,實(shí)際上這已經(jīng)是“大爆炸宇宙模型”的先聲。“大爆炸宇宙模型”中的奇點(diǎn)問(wèn)題(膨脹始于物質(zhì)密度無(wú)窮大時(shí))在弗里德曼的模型中也已經(jīng)出現(xiàn),成為此后長(zhǎng)期存在的難題。