這期我們再來聊一個宏大的話題：宇宙到底是什麼樣子的？
其實，對於宇宙的研究，歷經了一代又一代科學家的努力，學者們猛然發現：隨著研究的深入，越發覺得人類如此之渺小，宇宙的一切越發越廣闊，越發越難以預測。
科學家對於宇宙的描述，其實不像很多人以為的那樣，就是簡單地講一下宇宙是什麼樣子的。他們其實會根據觀測建立一個宇宙模型，這個模型通常是用數學語言來表述的。這樣做的關鍵其實是為了預測。
托勒密的地心說模型
1900多年前，古羅馬帝國有位天文學家托勒密，他是最早建立完整宇宙模型的人。這個宇宙模型被稱為：地心說模型，是托勒密基於大量的觀測數據和各種理論相結合的成果。
在當時，這個模型已經能夠指導人們預測天象，而且理論核心“地球是宇宙的中心”深得教會人士的認同。於是，這套理論被廣泛使用，也是在眾多宇宙模型中壽命最長的，流行了近1400年。
牛頓世界觀的宇宙模型
不過，地心說模型也有自身的問題，因為它是基於亞里士多德的運動學理論，在這套體系裡天體的運行只能是勻速圓周運動，但是實際觀測中並不是這樣，為了擬合現實和理論之間的矛盾，托勒密假設了80多個圈圈，一環套一環，使得現實觀察可以符合亞里士多德的理論。
不過，這無形之中增加了大量的運算，用起來超級麻煩。哥白尼對此很不滿，他嘗試去簡化，但也摒棄不了亞里士多德的理論，最終提出了日心說模型。
只是這個宇宙模型少用了一些圈圈，但還有40多個，還是很麻煩，而且也沒有比托勒密的地心說模型更精準。
這個時候，有個被後世人成為“天空立法者”的開普勒提出了自己的觀點，他基於大量的觀測數據發現，其實天體的軌道是橢圓的，這一下子就把這些圈圈趕出了日心說模型，運算大幅度的銳減，而且還十分精準，所以說，放棄一個固有的觀念確實很難，做到了說不定能夠有很大的收穫。
不過，還是有個問題，開普勒一直沒有辦法解釋為什麼天體軌跡會是橢圓的。這個時候，物理學界大佬牛頓出手了，他提出了自己的運動學理論，這套理論完爆亞里士多德的運動學理論。其次，他基於開普勒的理論提出了“
萬有引力定律”，成功解釋了開普勒沒能解釋的問題“為什麼天體軌跡會是橢圓的”。
經過牛頓這一頓折騰，日心說模型也沒了，取而代之的是牛頓的宇宙模型，這個模型的內核是天體運動是跟距離平方反比的力的作用下運動。運動軌道不需要再觀測了，可以直接通過計算預測很多未知的事物。
相對論宇宙模型
看起來牛頓的宇宙模型已經很完美了，實際上問題還是很多。首先，如果萬物之間是引力，那宇宙應該在引力的作用下向中心收縮的。牛頓為了彌補這個漏洞，只能提出一個假設：宇宙是無限大的，沒有中心，或者處處都是中心，這樣就不會有向中心收縮的情況。這也是為什麼日心說模型會被踢出局的原因。
但牛頓還是高興的太早，後來科學家發現光速不變原理，這又違反的牛頓運動學的基本假設。也就是說，牛頓世界觀模型看樣子是不適用於超大尺度和高速的世界。緊接著，愛因斯坦的廣義相對論橫空出世，他彌補了牛頓世界觀模型出現的問題，不過愛因斯坦深受前人“宇宙恆定不變”的影響，在廣義相對論中的愛因斯坦場方程加了一個常數項，使得宇宙變成一個靜態的世界。
此處的Λ是宇宙常數，其物理意義是宇宙真空場。Λ*g_uv為宇宙項。
看起來好像很完美了，可惜，愛因斯坦沒得意太久。弗裡德曼等科學家基於愛因斯坦場方程的研究，認為愛因斯坦的常數項是多餘的，宇宙應該是膨脹的。緊接著，哈勃通過觀測也發現了宇宙正在膨脹。
所以，相對論宇宙模型被修正，這個理論認為：宇宙會隨著時間的推移而變化，尤其是會膨脹。並且
預言了宇宙大爆炸之後的38萬年會留下宇宙背景輻射，這後來被彭齊亞斯和威爾遜的觀測所證實。
修正後的宇宙模型，我們現在更多的稱為：大爆炸宇宙模型。
LCDM模型
但大爆炸模型也是有問題的，1933年有位科學家發現，銀河系在星系團裡的運動速度超級快，不符合牛頓力學。1977年又有一位科學家發現，太陽在銀河系裡的運動速度應該低於160km/s，實際上測出來的結果卻是230km/s，這也不符合牛頓力學。繼而很多科學家開始研究更大尺度的天體，他們發現星系團能引起的引力透鏡效應更明顯，這再一次違反了牛頓力學。那究竟是咋回事呢？
為了修正這些誤差，科學家提出了“暗物質”的概念，暗物質不會和其他物質發生除了引力之外的相互作用，但除了這些科學家一所無知，只能提出一些沒有證據的假說。暗物質的提出修正了大爆炸宇宙模型。
暗物質3D分佈圖 Credit：Wiki
模型中的引力和膨脹的矛盾，還是深深地讓科學家感到不安。為了擬合針對矛盾，科學家設想了這樣一幅情景，在地球表面向上扔石頭，石頭雖然是逆著引力方向，但速度一直在減小直到減小為零，再開始下落。所以科學家得出結論，宇宙的膨脹也應該是類似於扔石頭，現在就是逆著引力方向在膨脹，所以膨脹的速度應該減小，等減小到零，宇宙就得開始收縮了。
可是，萬萬沒想到，1998年，兩個科學團隊同時發表了對Ia型超新星的光度和紅移值測量的結果，這個結果告訴我們宇宙的膨脹在加速，領導這兩個團隊的科學家，在2011年獲得了諾貝爾物理學獎。
他們的發現和理論又出現了矛盾，這大大出乎了科學家們的預料，這相當於往上扔個石頭，石頭非但沒不斷地減速，還在加速，那肯定有個向上的力這作妖。科學家為了解釋這個現象，只能再假設一個能提供和引力相反的斥力，而這個力的來源被科學家稱為“暗能量”。
至於暗能量是什麼，我們現在也是一所無知。根據暗物質和暗能量表現出的現象，科學家提出了了一個新的宇宙模型：LCDM模型。
在這個模型下，科學家計算出了宇宙的物質和能量的比例：暗能量68.3%，暗物質約為26.8%，遊離的氫元素和氦元素約4%，剩下的其他物質約0.83%。
宇宙的未來到底是什麼？其實我們還無法預知，如果按照現在的情況一直持續下去不改變，借用發現宇宙加速膨脹的科學家施密特的話來說就是：
“1000億年以後，除了我們所在的銀河系，所有星系都將消散，人們看到的宇宙將空無一物。”你認同現在科學家對於宇宙的認知麼？
在你的心目當中，宇宙到底又是什麼樣的呢？
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