宇宙学原理

宇宙学研究的对象是整个可观测时空范围的大尺度特征。目前已探测到的距离尺度是150亿光年,时间尺度是100亿年,包含一亿个星系。根据星系计数、射电源计数和微波背景辐射等实测资料得知,在大于一亿光年的宇观范围内,物质的空间分布是均匀的和各向同性的。作为研究宇宙学的前提,宇宙学家建立了一个资用假设(working hypothesis)。这个假设就叫作宇宙学原理,就是说在宇宙学尺度上,任何时刻,三维空间是均匀的和各向同性的。它的含意是:

(1)在宇宙学尺度上,空间任一点和任一点的任一方向,在物理上是不可分辨的,即无论其密度、压强、曲率、红移都是完全相同的。但同一点,在不同时刻,其各种物理量却可以不同,所以宇宙学原理容许存在宇宙演化。

(2)宇宙中各处的观测者,观察到的物理量和物理规律是完全相同的,没有任何一个观测者是特殊的。地球上观察到的宇宙演化图景,在其他天体上也会看到,所以能建立宇宙时概念。既然任何随时间演变的天体和现象都可以用来标度时间,宇宙图景也能作为时间标度。在宇宙中,处处有完全相同的宇宙图景,也有完全相同的宇宙时。

完全宇宙学原理是宇宙学原理的进一步推广。它的大意是:不仅三维空间是均匀的和各向同性的,整个宇宙在不同时刻也是完全相同的。根据宇宙学原理可以推导出演化态宇宙的罗伯逊-沃尔克度规。运用完全宇宙学原理则能得到稳恒态宇宙度规,利用不同的度规可建立各种宇宙模型