数千年来，人类一直在观看星星，并想知道宇宙是如何成为的。但是直到第一次世界大战的几年，研究人员才开发了第一个观察工具和理论工具，将这些大问题转变为精确的研究领域：宇宙学。
普林斯顿大学宇宙学家保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）说：“我认为宇宙学是人类感兴趣的最古老的主题之一，但作为最新的科学学科。”
简而言之，宇宙学研究了宇宙作为一个实体，而不是分别分析填充它的恒星，黑洞和星系。这个领域问大问题：宇宙从何而来？为什么它有星星，星系和星系簇？接下来会发生什么？纽约大学的粒子物理学家格伦尼斯·法拉尔（Glennys Farrar）说：“宇宙学正在试图对宇宙的本质进行非常大规模的了解。”
因为该学科努力应对许多现象，从真空中的粒子到时空的结构，因此宇宙学在许多领域（包括天文学，天体物理学以及越来越多的粒子物理学）上大大吸引。
Steinhardt说：“宇宙学的一部分完全属于物理学，完全存在于天体物理学的部分以及来回的部分。” “这是兴奋的一部分。”
宇宙历史的历史
该领域的跨学科性质有助于解释其相对较晚的开始。我们的现代宇宙图片仅在1920年代开始汇聚在一起，艾伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发展一般相对论的理论，一个数学框架，描述了由于空间和时间的弯曲而导致的重力。
斯坦哈特说：“在理解重力的本质之前，你真的不能说出为什么事物的样子。”其他力对颗粒具有更大的影响，但重力是行星，星星和星系领域的主要参与者。艾萨克·牛顿（Isaac Newton）对重力的描述也经常在该领域中起作用，但它将空间（和时间）视为刻在衡量事件的僵化和不变的背景。爱因斯坦的工作表明，空间本身可以扩展和收缩，将宇宙从舞台转移到演员，并将其作为一个动态的研究对象。
在1920年代中期，天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble）从最近在加利福尼亚州威尔逊山天文台建造了最近建造的100英寸（254厘米）的妓女望远镜进行了观察。他试图解决有关天文学家可以看到的某些云中位置的辩论。哈勃证明，这些“星云”并不小，本地云，而是庞大的，遥远的恒星簇，类似于我们自己的银河系- 当时的“岛屿宇宙”。今天，我们称它们为星系，知道他们数万亿。
宇宙视角上最大的动荡尚未到来。哈勃在1920年代后期的工作表明朝各个方向的星系越过来自我们，引发了数十年的进一步辩论。最终测量宇宙微波背景（CMB） - 从宇宙早年留下的光，从那以后延伸到微波炉中 - 在1960年代证明，现实与一般相对论所建议的一种可能性相匹配：始于小而热，从那以后，宇宙一直在变得越来越冷。这个概念被称为大爆炸理论，它使宇宙学家嘎嘎作响，因为它暗示即使宇宙也可以开始和结束。
但是至少那些天文学家可以在望远镜中看到星系的运动。法拉尔说，宇宙学最巨大的转变之一是，那里的绝大多数东西都是其他东西，这是完全看不见的。我们可以看到的材料只不过是宇宙舍入误差，只有大约5％的宇宙中的5％。
其他95％的宇宙中的第一个居民，即“黑暗部门”，于1970年代抬起头来。那时，天文学家维拉·鲁宾（Vera Rubin应该分开。 Farrar说，除了将星系放在一起的东西不仅是难以看见的事情，因此物理学家完全不知道，除了其引力吸引力以外，完全忽略了普通的物质和光线。后来的映射显示，我们看到的星系只是巨大“暗物质”球中心的核。遍布整个宇宙的可见物质的细丝悬挂在一个远远超过可见颗粒的深色框架上。
这哈勃太空望远镜然后，发现了意外的能量的迹象 - 宇宙学家现在说，这是在1990年代考虑到暗物质（25％）和可见物质（5％）之后剩下的70％的宇宙的70％，当时它将宇宙的扩展为扩展为像失控的火车一样加速。 “暗能量”，可能是一种能量空间本身固有，将宇宙的推动速度超过重力可以将宇宙融合在一起。在数百万年的时间里，任何以银河系的天文学家都将发现自己在一个被黑暗所包围的真实岛屿宇宙中。
Steinhardt说：“我们处于宇宙历史上的过渡点，从物质占据主导地位到它是由一种新的能量形式主导的地方。” “暗物质确定了我们的过去。暗能量将决定我们的未来。”
现代和未来的宇宙学
当前的宇宙学将这些具有里程碑意义的发现包装成其冠冕成就，Lambda-CDM模型。有时称为宇宙学的标准模型，这组方程式从大约第一秒开始描述了宇宙。该模型假设一定量的暗能量（lambda，以表现为一般相对论）和冷暗物质（CDM），并对可见物质的量，宇宙的形状和其他特征进行了类似的猜测，所有这些都由实验和观察确定。
Steinhardt说，播放婴儿宇宙电影的前锋138亿年，宇宙学家获得了一个快照，“从统计上讲，我们可以衡量的一切都可以达到一定的观点。”当宇宙学家将对宇宙的描述更深入到过去和未来时，该模型代表了击败的目标。
与Lambda-CDM一样成功，它仍然有许多需要锻炼的纠结。宇宙学家获得矛盾的结果当他们尝试研究宇宙当前的扩展时，取决于它们是直接在附近星系中测量的还是从CMB中推断出来的。该模型也没有说明暗物质或能量的构成。
然后是一个麻烦的第一秒，当时宇宙大概从无限的斑点变成了相对良好的泡沫。 “通货膨胀“是一种流行的理论，试图处理这一时期，解释了更快的扩展的短暂时刻是如何将微小的原始变化吹入当今星系的大规模不均匀度以及lambda-CDM输入如何获得其价值的方式。
但是，没有人知道通货膨胀是如何详细工作的，或者为什么它在大概做的地方停止了。斯坦哈特说，通货膨胀在许多空间地区都应该继续，这意味着我们的宇宙是只有一片“多元宇宙”包含所有可能的物理现实 - 许多实验者认为令人不安的一个不可检验的想法。
为了在此类问题上取得进展，宇宙学家希望从诸如哈勃太空望远镜之类的空间望远镜和即将到来的空间望远镜进行精确测量詹姆斯·韦伯太空望远镜，以及重力波天文学新兴领域的实验，例如国家科学基金会的激光干涉仪重力波观测站。宇宙学家也加入粒子物理学家和天体物理学家在跨学科的竞赛中，以检测暗物质的颗粒。
正如宇宙学直到物理学成熟之前才开始，直到其他领域更完整之前，它才能揭示宇宙的历史。 “而且其中任何一个都可以从根本上改变宇宙学的故事。”
法拉尔说，她不知道这是否会发生，但惊讶于人们掌握了宇宙的复杂性。她说：“令人惊讶的是，人脑已经演变成显然可以回答这些问题的程度。” “至少其中一些。”
额外的资源：
- 宇宙学家肖恩·卡洛尔（Sean Carroll）纠正您的常见误解关于宇宙。
- 阅读NASA揭开黑暗部门的使命。
- 手表PBS的“时空”解释了一场危机在宇宙学的标准模型中。
