宇宙膨胀——标准大爆炸模型

在简要介绍了十六和十七世纪的宇宙观以及十九世纪的奥伯斯佯谬之后，我们从哈勃对螺旋星系退行速度的划时代发现开始讲述宇宙膨胀的历史。彼时爱因斯坦的相对论已广为人知，但尚无合适的度规。在引入广义相对论之前，我们首先从狭义相对论和赋予高斯曲率的闵可夫斯基度规出发，非按年代顺序地推导了罗伯逊 - 沃克度规。这使得定义观测天文学所需的所有相对论性距离量度成为可能。此后我们才转向广义相对论，并描述其部分推论：引力透镜、黑洞、各类检验，以及标准大爆炸模型的基石——弗里德曼 - 勒梅特方程。逆时间回溯至大爆炸，我们首先必须追溯热历史，进而理解宇宙暴胀的需求及其预言。大爆炸模型的知识主要基于对宇宙微波背景辐射、大尺度结构以及遥远超新星红移的观测。这些观测告诉我们，引力物质由一种成分未知、无耗散的暗成分主导，且宇宙的可观测部分表现出加速膨胀，其所代表的能量份额甚至大于引力物质。