演化發展
在中國古代，關於宇宙的結構主要有三派學說，即蓋天說、渾天說和宣夜說。蓋天說認為大地是乾坦的，天像一把傘覆蓋著大地；渾天說認為天地具有蛋狀結構，地在中心，天在周圍；宣夜說則認為天是無限而空虛的，星辰就懸浮在空虛之中。
 |
| 哥白尼宇宙體系 |
進入中世紀後，宇宙學被納入經院哲學體系，地心說占據正統的地位。十六世紀哥白尼倡導日心說。到十七世紀，牛頓開闢了以力學方法研究宇宙學的途徑，建立了經典宇宙學。二十世紀以來，在大量的天文觀測資料和現代物理學的基礎上，產生了現代宇宙學。
從歷史上看，隨著時代的發展，作為宇宙學研究對象的天體系統，在深度和廣度上不斷擴展。古代自然哲學家所討論的天文學的宇宙，不外乎大地和天空。哥白尼在《天體運行論》一書中說“太陽是宇宙的中心”，意味著宇宙實質上就是太陽系。
十八世紀天文學家引進“星系”一詞，當時這個詞在一定意義上說只不過是宇宙的同義語。二十世紀以來，天文觀測的尺度大大擴展，達到上百億光年的時空區域。現代宇宙學所研究的課題，就是現今觀測直接或間接所及的整個天區的大尺度特徵，即大尺度時空的性質、物質運動的形態和規律。
現代宇宙學
現代宇宙學包括密切聯繫的兩個方面，即觀測宇宙學和理論宇宙學。前者側重於發現大尺度的觀測特徵，後者側重於研究宇宙的運動學和動力學以及建立宇宙模型。
 |
| 漩渦星系M51 ，距離地球3100萬光年。 |
除了幾個近距星系之外，河外天體譜線大都有紅移，而且絕大多數是一致紅移，即各種譜線的紅移量是相等的。此外，在星系團尺度上，對於不同類型的星系，在各自的紅移量與視星等之間、紅移與星系角徑之間存在著系統性的關係。它們反映著紅移量與距離之間的規律。
在整個背景輻射中，微波波段比其他波段都強，譜型接近溫度為3K的黑體輻射。微波背景輻射大致是各向同性的。這種輻射的小尺度起伏不超過千分之二、三：大尺度的起伏則更小一些。
 |
| 宇宙微波背景輻射（CMB） |
從球狀星團的赫羅圖形狀可以判斷，較老的球狀星團的年齡差不多都達到100億年左右。按照同位素年代學計算，太陽系中某些重元素是在50億到100億年前形成的，即最老天體的年齡都不超過200億年。
在宇宙中，氫和氦是最豐富的元素，二者豐度之和約占99％。而且氫和氦的豐度比在許多不同的天體上均約為三比一左右。
這些大尺度上的現象，反映出大尺度天體系統具有特別的性質。它的結構、運動和演化並非小尺度天體系統的簡單延長。現代宇宙學正是以研究這一系列大尺度上所固有的特徵而與其他天文分支學科相區別的。
宇宙模型主要包括三方面的問題，即大尺度上天體系統的結構特徵、運動形態和演化方式。關於大尺度上天體系統的結構，有兩種不同的模型。一種是均勻模型，另一種是等級模型。前者認為在大尺度上天體分布基本上是均勻各向同性的，或者說，在大尺度上沒有任何形式的中心，沒有任何形式的特殊點，這種假定常常稱為宇宙學原理。等級模型則認為在任何尺度上，物質分布都具有非均勻性，即天體分布是逐級成團的。
河外天體的系統性紅移現象與大尺度的運動形態有密切關係。說明紅移現象的各種理論，都要涉及這個問題。大致說來，這些理論分為兩種類型：
膨脹宇宙模型圖 第一種理論認為系統性紅移是系統性運動的反映，各種膨脹宇宙模型都屬於這一類。第二種理論認為紅移現象不是系統性運動的結果，而是由另外的機制形成的。例如假定光子在傳播過程中，能量慢慢衰減；或者假定紅移是由天體本身結構不同而引起的，等等。
 |
| 宇宙大爆炸構想圖 |
按照大尺度特徵變化與否來區分，有穩恆態宇宙模型和演化態模型。前者認為大尺度上的物質分布和物理性質不隨時間變化；後者則認為隨著時間的推移基本特徵有明顯變化。
按照與溫度有關的演化方式來區分，則有熱模型和冷模型。前者主張溫度是從高到低，後者主張溫度是從低到高發展的。
按照物質組成來區分，有“正”物質模型和“正—反”物質模型。前者主張宇宙全由“正”物質組成，後者主張由等量的“正”物質和“反”物質組成。
在已有的各種宇宙模型中，以熱大爆炸宇宙模型最有影響，因為與其他模型相比，它能說明的觀測事實最多。
大爆炸宇宙模型-內部結構圖 理論概要
宇宙學（或宇宙論）譯自英文之Cosmology，這個詞源自於希臘文的κοσμολογία(cosmologia,κόσμος (cosmos) order+λογια(logia)discourse)。宇宙學是對宇宙整體的研究，並且延伸探討至人類在宇宙中的地位。雖然宇宙學這個詞是最近才有的，人們對宇宙的研究已經有很長的一段歷史，牽涉到科學、哲學、esotericism以及宗教。
學科
在最近，物理學與天文物理學在目前所謂的物理宇宙學(藉由科學觀察與實驗來了解宇宙)的發展上扮演了核心的角色。這個學科專注在宇宙最為巨觀且最早期的面向，一般被理解為由大爆炸起頭，大爆炸指的是空間的膨脹，而宇宙被認為約於137億年前由此膨脹產生。從宇宙劇烈的發生直至它的結束，科學家認為宇宙的整個歷史是一個有秩序的、且在物理定律支配之下的進程。
天體物理學
 |
| 宇宙大觀 |
利用理論物理方法研究天體的物理性質和過程的一門學科。1859年﹐基爾霍夫根據熱力學規律解釋太陽光譜的夫琅和費線﹐斷言在太陽上存在著某些和地球上一樣的化學元素﹐這表明﹐可以利用理論物理的普遍規律從天文實測結果中分析出天體的內在性質﹐是為理論天體物理學的開端。理論天體物理學的發展緊密地依賴於理論物理學的進步﹐幾乎理論物理學每一項重要突破﹐都會大大推動理論天體物理學的前進。二十世紀二十年代初量子理論的建立﹐使深入分析恆星的光譜成為可能﹐並由此建立了恆星大氣的系統理論。三十年代原子核物理學的發展﹐使恆星能源的疑問獲得滿意的解決﹐從而使恆星內部結構理論迅速發展﹔並且依據赫羅圖的實測結果﹐確立了恆星演化的科學理論。1917年愛因斯坦用廣義相對論分析宇宙的結構﹐創立了相對論宇宙學。1929年哈勃發現了河外星系的譜線紅移與距離間的關係﹐以後人們利用廣義相對論的引力理論來分析有關河外天體的觀測資料﹐探索大尺度上的物質結構和運動﹐這就形成了現代宇宙學。
從公元前129年古希臘天文學家喜帕恰斯目測恆星光度起，中間經過1609年伽利略使用光學望遠鏡觀測天體，繪製月面圖，1655～1656年惠更斯發現土星光環和獵戶座星雲，後來還有哈雷發現恆星自行，到十八世紀老赫歇耳開創恆星天文學，這是天體物理學的孕育時期。
十九世紀中葉，三種物理方法——分光學、光度學和照相術廣泛套用於天體的觀測研究以後，對天體的結構、化學組成、物理狀態的研究形成了完整的科學體系，天體物理學開始成為天文學的一個獨立的分支學科。
 |
| M31仙女座大星系距離我們300萬光年遠 |
人類對宇宙的認識不斷擴大，不僅使人們愈來愈深入地了解宇宙的結構和演化規律，同時也促使物理學在揭示微觀世界的奧秘方面取得進展。氮元素就是首先在太陽上發現的，過了二十五年後才在地球上找到。熱核聚變概念是在研究恆星能源時提出的。由於地麵條件的限制，某些物理規律的驗證只有通過宇宙這個“實驗室”才能進行。六十年代天文學的四大發現——類星體、脈衝星、星際分子、微波背景輻射，促進了高能天體物理學、宇宙化學、天體生物學和天體演化學的發展，也向物理學、化學、生物學提出了新的課題。
高能天體物理學
天體物理學的一個分支學科。主要任務是研究天體上發生的各種高能現象和高能過程。它涉及的面很廣，既包括有高能粒子（或高能光子）參與的各種天文現象和物理過程，也包括有大量能量的產生和釋放的天文現象和物理過程。最早，高能天體物理學主要限於宇宙線的探測和研究，真正作為一門學科是20世紀60年代後才建立起來的。60年代以後，各種新的探測手段套用到天文研究中，一大批新天體、新天象的發現，使高能天體物理學得到了迅速發展。高能天體物理學的研究對象包括類星體和活動星系核、脈衝星、超新星爆發、黑洞理論、X射線源、γ射線源、宇宙線、各種中微子過程和高能粒子過程等等。
研究領域
以下所列的是宇宙學研究的一些最活躍的領域，大致按時間順序排列。這個單子不包括大爆炸宇宙學。它可以參見宇宙時間表。
１、極早期宇宙
 |
| 宇宙在不斷加速膨脹 |
宇宙學的另一主要問題是解釋為什麼粒子要多於反粒子。X射線觀測表明宇宙並不是由物質和反物質的區域組成的。它的主要組成是物質。這個問題稱為重子不對稱性，解釋這種現象的理論被稱為重子產生。重子產生理論是由薩哈羅夫於1967年提出的，它的必要條件中包括物質和反物質間的電荷——宇稱對稱性的破缺。粒子加速器只觀測到很小的電荷——宇稱對稱破壞，不能解釋宇宙的重子不對稱性。宇宙學家和粒子物理學家希望能發現電荷——宇稱破壞的其它來源。
重子產生和宇宙暴漲都與粒子物理有密切的聯繫。這些問題的解決答案可能會產生於高能理論和實驗而不是於天文觀察中。
２、大爆炸核合成過程
大爆炸核合成是關於元素在早期宇宙形成的理論。當宇宙演化到大約三分鐘時，它已經足夠冷卻，這時核聚變及核合成過程就終止了。因為大爆炸核合成過程持續的時間極為短暫，從氫離子（質子）出發，它的主要合成成品是輕元素如氘、氦-4和鋰。其它元素則極為微量。（重元素主要是由星體如超新星中的核反應而形成的。）雖然在1948年伽莫夫、阿爾菲和赫爾曼就已經提出了這個理論的基本觀點，由於在此理論中輕元素的豐度與早期宇宙的物理性質關係密切，它至今仍然是檢驗大爆炸時期物理理論的極靈敏的探針。比如，它可以用來檢驗等效原理、暗物質和中微子物理。
３、宇宙微波背景輻射
宇宙微波背景輻射是指退偶過程（即大爆炸所產生的輻射停止與帶電離子的湯普生散射及原子第一次形成這一過程）所殘餘的輻射。這種輻射是由彭齊亞斯和威爾遜在1965年發現的。它具有幾乎完美的2.7K黑體輻射譜，只在十萬分之一內偏離各向同性。宇宙學家們可以用描寫早期宇宙細微起伏演化的宇宙學微擾理論來精確地計算輻射的角度功率譜。最近的衛星（COBE和WMAP）和地面及氣球（DASI，CBI和Boomerang）實驗也測量了此功率譜。這些工作的目的是為了更精確地測量Λ-冷暗物質模型的參數，同時也為了檢驗大爆炸模型和新物理模型的預言。例如，最近WMAP的測量就為中微子的質量提供了限制。
更新的實驗的目的則是測量微波背景譜的極化。它將為微擾理論提供更多的證據，也將為宇宙暴漲和所謂的次級非各向同性（如由背景輻射和星系和星系團相互作用引起的散亞耶夫-澤爾多維奇效應和薩克斯-沃爾夫效應）提供信息。
４、大尺度結構的形成和演化
 |
| 英仙座星系團 |
理解結構形成的一個重要工具是模擬。宇宙學家們用它來研究宇宙中物質的引力堆積和線狀結構，超團和空穴的形成。因為宇宙中冷暗物質要比可見的重子物質多許多，所以大多數模擬只計入它們。這種處理對理解最大尺度的宇宙是足夠了。更先進的模擬已經開始計入重子的效應，它們也開始研究星系的形成。宇宙學家們檢查這些模擬是否與星系普查的結果一致。如果不一致，則研究偏差的原因。
宇宙學家還用其它互補的方法來測量宇宙遙遠處的物質分布和重離子化過程。這些方法包括：
*萊曼阿爾法譜線森林。通過測量氣體對遙遠類星體所發射光的吸收來測量早期宇宙中中性氫原子的分布。
*中性氫原子的21厘米吸收線也提供了靈敏的測試。
*由於暗物質的引力透鏡效應而引起的對遙遠物象的扭曲，即所謂的弱透鏡效應。
這些方法都將幫助宇宙學家解決第一顆類星體如何形成這一問題。
５、暗物質
 |
| 暗物質三維立體圖 |
星系中心的物理（如活躍星系核，超重黑洞）可能會給暗物質的性質提供線索。
６、暗能量
 |
| 宇宙的組成分 |
除了暗物質的密度和結團性質外，我們對它一無所知。量子場論預言了一種類似暗物質但比它大120個數量級的宇宙常數。溫伯格和一些弦理論家由此提出人類學原理。他們認為宇宙常數如此小的原因是因為人類不能在其他大宇宙常數的世界中生存。許多人覺得這種解釋很牽強。暗能量其他可能的解釋包括精粹物質（quintessence）和在大尺度下引力的修正。這些模型的核心是暗物質的狀態方程，不同的理論有不同的狀態方程。暗物質的本質是宇宙學中最具挑戰性的問題之一。
如果我們對暗物質有更好的理解，我們可能會解開宇宙最終結局這一謎題。在現在這個宇宙時期，由暗物質引起的宇宙加速膨脹阻礙了比超團更大結構的形成。我們還不清楚這種加速膨脹會不會永久持續下去。或許它會加快，甚至它也可能會變成減速膨脹。
７、其它研究方向
原初黑洞。
宇宙射線譜中的格萊森-查策平-庫茲明截斷。對此截斷的違反是否隱示了在極高能下狹義相對論的失效。
等效原理。愛因斯坦引力理論是否正確，物理原理的普適性。
相關詞條
宇宙 地心說 日心說宇宙學常數
黑洞 星象學暗物質譜線紅移
天文學分類導航
| 天文學，是研究宇宙空間天體的學科。主要通過觀測天體發射到地球的輻射，發現並測量它們的位置、探索它們的運動規律、研究它們的物理性質、化學組成、內部結構、能量來源及其演化規律。” | |||
| 天文學家 | 天文現象 | 天體 | 宇宙天文 |
| 天文觀測 | 天文術語 | 宇宙 | 曆法 |
| 天文學著作 | 天文台 | 天體測量 | |
星空知識
| 天文對於每個人來說是不會陌生的，但它奇妙的力量卻人類望而卻步。它浩瀚，飄渺，卻如實存在。每當夜晚你仰望星空，你是否想起什麼，或者感慨到了什麼，如果有真的話你可以在這裡寫下來。 |
