抬頭仰望星空，人們從來就不曾放棄藉此看出個人類命運的端倪。這樣一聽，好像是回到古時候巫師看星星占圤的年代，玄之又玄，但現在藉由科學的方法，我們的確可以對宇宙有更深刻的了解。而我們要談的並不是如某某人明天以至於明年會怎麼樣般的芝麻小事，而是希望了解宇宙的過去現在與未來。

    或許你會先想到，那宇宙學跟天文學差在哪裡呢?簡單來說，天文學研究的是比較小尺度、個體的行為，比如說太陽風、太陽黑子的形成，星球的生成演化等行為，或是星系與星系間的碰撞過程如何產生一個新的星系等等，這些從我們小小人類的觀點而言，應該算是很大的，但我們必須承認，從整個宇宙的觀點而言，這的確只能算是小尺度。宇宙學要問的可以說是宇宙整體的問題，包括宇宙是如何的演化，這意味了宇宙究竟是一開始就這樣呢?還是慢慢演化來的，未來又將會如何?如果是演化來的，為什麼會有星系般的結構出現?明明粒子物理告訴我們有正物質也有反物質，為何這是一個正物質主宰的宇宙?為何某某元素佔了整個宇宙的比例是這樣多而不是那樣多?諸如此類等等的問題，都是宇宙學希望去探討的。

    宇宙學是在上個世紀才開始慢慢嶄露頭角的(其實20世紀也才離我們而去不遠)。愛因斯坦發現廣義相對論後，就爲宇宙學找到了用重力了解宇宙結構的理論工具，再加上應用宇宙學原理，即假設靜止於宇宙任何一點來看宇宙都是均勻等向的(這是指宇宙各處物質組成密度等都完全相同，且從任何一點往四面八方看都一模一樣，當然這是在大尺度的觀點下才成立，即”小”如星球、星系等大小的物質差異是看不出來的)，愛因斯坦率先解出了宇宙正在膨脹的解，只是他的信念宇宙該是靜止不動的，因而在愛因斯坦方程式中再加入了所謂的宇宙常數，使得宇宙得以靜止不動。直到1923-1929哈伯望遠鏡觀察到了我們的宇宙的確是在膨脹的，愛因斯坦才承認了錯誤拿掉了宇宙常數。有趣的是，1998年觀察到超新星爆炸之後，發現我們的宇宙原來是在”加速”膨脹的，這又使得宇宙常數又有敗部復活的機會，同樣的手法只要在方程式另一邊加入宇宙常數，就可以得到加速膨脹的宇宙。關於宇宙加速膨脹的真實原因，仍尚未解決，我們給宇宙加速膨脹需要的能量取了個名字，叫做”黑暗能量”，所以宇宙加速膨脹的問題就相當於黑暗能量的問題，這也是當前宇宙學亟待解決的主流問題之一。

    但一門科學如果只是停留在理論的部份，沒有實驗的方式去佐證或推翻它，是難以令人信服的，也無法成為真正的科學。宇宙學真正成為一門實驗科學，是在宇宙背景輻射的測量上。1964年發現的均向性宇宙背景輻射無疑是20世紀最偉大發現之一，此一發現強烈支持了大霹靂宇宙說(big bang cosmology)，使人們相信宇宙確實有個開端。背景輻射是早期宇宙遺留的產物，透過觀察它我們可以了解早期的宇宙究竟是怎麼回事，從而知道宇宙的演化。另一個高峰是1992年COBE人造衛星以更高的解析度看了宇宙背景輻射，發現原來它不是那麼的均向，而是各方向彼此間有約十萬分之一小小的差異，此一現象有助於了解為何宇宙有星系般結構等問題。 

    那當前宇宙學的發展及潛力如何呢?或許宇宙學只是門新興科學，但它馬上遇到的及要回答的都是科學界的重量級問題。最值得一提的就是”黑暗能量”以及”黑暗物質”問題：在之前已經提過，黑暗能量就是指讓宇宙加速膨脹的能量，照常理判斷，宇宙的物質因為萬有引力的作用，應該是彼此聚集收縮的，但黑暗能量卻是反著這個方向進行的，目前沒有任何我們所熟知的能量可以達到這個效果，故名黑暗；至於黑暗物質的發現，是由於觀察銀河系的旋轉曲線(rotation curve)得知，這是以繞銀河系中心旋轉的星球速率對離銀河中心半徑做圖，依常理而言，提供星球旋轉的重力來源，應該都是聚集在銀河系中心的(因為萬有引力會使得物質傾向聚集在一起)，且密度愈往外遞減，所以越在銀河系外圍的星球旋轉速率要越慢才對，但由實驗所得的旋轉曲線看來卻不是這麼一回事。

    可以說現在正是一個大好機會，去了解宇宙種種的問題。物理學在理論與實驗上的成就，還有儀器的進步等，都為宇宙學提供了必備的工具，可以說少了任一個，自古以來我們都無法像現在般試圖去了解我們的宇宙。宇宙學也正與其他學科結合以新的面貌呈現，宇宙學與粒子物理學的結合就是最好的例子，結合了最大尺度與最小尺度的學問。宇宙是最好的粒子物理實驗室，提供了最高能量的反應；而我們對粒子物理學的認識，也幫助我們更了解早期宇宙的現象，進而瞭解宇宙的演化，或是我們為何處於正物質的世界等問題。哥倫布發現了新大陸，證明地球是圓的之後，顛覆了人類的世界觀；現在，我們也正在對宇宙提問，或許，不久的將來，我們也將有一個嶄新的宇宙觀!

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