夸克之小，宇宙之大！

得益於粒子物理大膽思想的推動和千兆像素的電荷耦合器件照相機（CCD）以及計算機的技術飛速進步，宇宙學正處於蓬勃的發展之中。現在，宇宙的基本圖景已經確定了：137億年的歷史，平直的空間，且正處於加速膨脹階段；宇宙由4%的原子、20%的暗物質、76%的暗能量組成；另外還有證據表明量子微擾是星系和其他結構形成的種子。儘管我們對宇宙了解了很多，但距離完全的認識它還相差甚遠。隨著我們對宇宙和它演化規律了解的不斷深入，宇宙學正處於它的黃金時期。

宇宙經常超乎我們的想像，宇宙學的進步也往往得益於科技的進步和新想法的湧現。20世紀20年代，哈勃（Hubble）在威爾遜山使用2.5米的胡克望遠鏡發現了宇宙膨脹，愛因斯坦剛剛創立的廣義相對論則為理解大爆炸提供了數學基礎。20世紀60年代隨著在帕洛馬山5米的海爾望遠鏡的建成，天文學家們的視野也拓展到了可觀測宇宙的邊緣。1964年，應用射電技術阿莫·彭齊亞斯（Amo Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）發現的宇宙大爆炸的微波背景輻射揭示了宇宙創生時的極高溫和高密。

20世紀80年代宇宙學滑入了低谷，桑德齊（Sandage）描述了當時的宇宙學主要是測量的兩個物理量：宇宙膨脹率和減速因子。儘管熱大爆炸宇宙模型的根基是恰當的，這其中也包括了宇宙結構是怎樣通過引力從一個小的物質密度漲落進而形成了星系、星系團、超星系團的，然而對於這些微小的密度擾動起源卻並沒有足夠的證據。而且，當時我們只了解大爆炸0.00001秒以後的宇宙，對於更早期甚至是大爆炸時的宇宙我們還知之甚少。因為缺乏物理理論基礎，早期的宇宙被認為是由質子、中子和其他基本粒子組成的海洋。

現在的宇宙學正處於蓬勃的發展之中。在過去，該領域已經兩次獲得了《科學》雜誌評出的年度進展：一個是1998年發現的宇宙加速膨脹；另一個是2003年建立的標準宇宙模型。隨著新想法的提出和科技的進步，從夸克的發現、CCD在空間望遠鏡上的使用以及弦理論，20世紀90年代科學革命的足跡遍布了各個領域。

來自於粒子物理學的新思想改變了宇宙學的語言和交流方式。我們最想知道的幾個物理量是：宇宙微波背景的溫度、譜圖和各項異性，宇宙的形狀，宇宙的組成，現今物質的大尺度分布，以及非均勻性的功率譜。

通過使用更大的望遠鏡、更好的探測器和更快的計算機，天文學家和物理學家們已經在更為精確地測定了這些基本量，把處於混沌的宇宙學變成了精確的宇宙學。在絕大多數情況下，這不僅僅是一個測量，更是一張相互補充、環環相扣的網，這張網限定了宇宙的參數，鞏固了宇宙學的框架，改變了宇宙學的進程。宇宙學不再是俄羅斯物理學家列弗·郎道（Lev Landau）所說的那樣，「宇宙學家們經常犯錯誤，但卻從來不被懷疑。」

這就是我們的宇宙：總體來說，宇宙空間是平直的，年齡為137億年，對此我們所了解的精度已達到了1%；另外宇宙正以70±2千米/秒/百萬秒差距的速率膨脹，而且是加速膨脹；此外宇宙由24±4%的物質和76±4%的暗能量組成，物質的4.2±0.5%是以原子形式存在的，0.1-1%以中微子形式存在，其餘的大部分物質則是暗物質，而暗物質到底是什麼目前還不清楚。恆星——桑德齊宇宙模型中唯一的成分——僅占整個宇宙成分的1%。同時，微波背景輻射的重要特性也已經被測量，其溫度為2.725±0.001開（K），而且在好於1°的解析度下其微小的漲落（大約0.001%）也已經被測定。

夸克的發現（組成中子和質子的基本單位）和夸克之間「漸進自由」的特性，為人們了解早期宇宙開啟了一扇大門：早期的宇宙是由夸克和其他基本粒子組成的熱湯，但是它卻像化學家所描述的理想氣體一樣簡單。像夸克湯一樣的早期宇宙引發了許多的問題：反物質在哪？非均勻性的起源是什麼？為什麼宇宙如此平直、年齡如此大？現今存在於宇宙微波背景光子中的、大爆炸的熱量從何而來？是什麼驅動了大爆炸？

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