一、天文学科的发展历史和现状 天文学是研究宇宙中天体和天体系统的形成、结构、活动和演化的科学，在探索宇宙中的自然规律、促进其他自然学科的发展、推动技术进步、研究日地空间环境和提高全民素质教育中有着不可替代的作用。作为一级学科，天文学是当代最活跃的前沿学科之一。 天文学是一门古老的学科，它的研究对象是辽阔空间中的天体。几千年来人们通过观测这种"被动"的方法测量天体的位置，研究它们的结构，探索它们的运动和演化的规律。 天文学的发展对于人类的自然观产生了重大影响。16、17世纪，哥白尼的日心学说使自然科学从神学中解放出来，人类认识宇宙出现了第一次飞跃。20世纪中叶以来，随着天文观测技术突飞猛进的发展，天文学特别是天体物理学空前地活跃起来，在人类认识宇宙的第二次飞跃中成为无可争辩的主角和带头学科。 天文学家把宇宙当成一个独一无二的实验室，可实现在地球上无法实现的实验条件，可在其中检验已知的物理规律并寻找新物理。天文学在发展过程中与自然科学的几乎所有学科互相促进和渗透，开创了天体化学、天体生物学、天文地球动力学和空间天气学等交叉学科的研究。 天文学研究对技术的需求，如对遥远、暗弱天体的精确位置、亮度、精细结构的测量，对时间的高精度测量，对各种物理、化学和演化过程的大样本统计分析和大规模数值计算等有力地推动了高新技术和方法的发展。 天文学在科学教育中扮演了重要的角色。天文学研究的问题中包含了一些人类需要回答的最基本的问题：如宇宙是何时起源的？它是如何演化的？它最终的命运是什么？其他星球上有没有生命？宇宙将如何影响人类的发展？天文学为公众认识人类在宇宙中的地位和科学的本质提供了窗口。天文学囊括了几乎所有的自然现象，从不可见的基本粒子到空间与时间的本质，它提供了一个框架来说明自然现象的统一性以及解释这些现象的科学理论的演变。综合来看，这些性质使得天文学成了一个提高公众科学意识、向学生介绍科学概念和科学思维过程的最好的工具。 当代天文学科发展的显著特点是观测手段的迅速提高和全波段研究的开拓。近十多年来国际上相继投入使用一系列大型的先进设备，使天文观测的空间分辨率提高了10~100倍，探测暗弱天体的能力提高了近百倍，并开创了全波段研究的崭新纪元。正在建立和完善的开放数据库、功能强大的高速计算机的应用和大批高效天文软件的研制成功，大大加快了全球天文资料共享以及天文资料处理和理论研究工作的进程。天文学研究日益呈现加速发展的态势，涌现出大批重要发现和研究成果，极大地激发了公众的科学热情，成为媒体关注的焦点。在世纪之交，各发达国家一方面根据本国的优势确立天文学发展战略，另一方面积极加强国际合作开展天文学研究。 中国是世界上天文学发展最早的国家之一，曾经在天文观测和研究中取得不少世界领先的成就，但在近代陷于停滞，落后于西方。20世纪初至20世纪50年代，中国有两所大学培养天文人才。1917年在山东济南成立齐鲁大学，建立天文算学系。1926年中山大学数学系扩充为数学天文系，1929年建成中山大学天文台。1947年中山大学天文系从数学天文系中分离出来。新中国成立以后，1952年集中了原中山大学天文系和齐鲁大学天文算学系的师资成立南京大学天文系，同年秋季开始招生，成为新中国天文教育的摇篮。1960年北京师范大学天文系和北京大学地球物理系天体物理专业先后成立。它们和南京大学天文系一道，承担了向急需壮大的天文队伍输送新生力量的任务。1978年中国科学技术大学成立了天体物理中心，以科研和培养研究生为主。1998年和2000年中国科技大学天文与应用物理系和北京大学天文系分别成立。她们与南京大学天文系、北京师范大学天文系一道成为培养中国天文专业人才的骨干力量。目前，全国约有15所高校成立了天文教学或研究机构。 1966年以前的天文教育在课程设置和培养方式方面受苏联的影响很大，专业划分很细，重视基础课学习。以南京大学天文系为例，1954年建立天体物理、天体力学和天体测量三个专业方向，1958年起又增加射电天文专业方向。修读不同方向的学生在课程设置上有很大不同。20世纪90年代以来，各天文教育单位开展了比较深入的天文教育改革，在本科教学中按天文学一级学科设置课程，拓宽和加强基础，同时加强实验室和图书馆的建设。 目前，全国天文学专业每年的招生和毕业人数在60~80人左右。毕业生除部分（约30%~40％）继续攻读本专业研究生学位外，还就业于国防、教育、科研、科普、计算机等其他单位和企业。高校天文学科承担着为全国培养和输送天文人才和科学研究的双重任务。但由于历史的原因，我国天文学的研究队伍和观测设备主要集中在中国科学院的天文台。在高校中的研究队伍规模较小，高级研究人员占全国研究队伍的20％左右。我国高校在现代天文学研究中的另外一个主要不足是缺乏实验、观测和大规模计算的设备。相比而言，国际上发达国家几乎所有大学都有天文学科，一流大学的天文学科往往也是国际天文界的一流科研和教育机构，尤其是近年来很多国外高校建立了天文系或开展天文学研究和教育计划（如在美国有10％的大学生在毕业前学习了天文课）。我国高校天文学科的队伍规模和普及程度远远落后于国际上科学发展的态势，必须进行战略部署，迎头赶上。 除专业教育外，高校天文学还承担着为全体大学生开设天文学选修课的任务。据不完全统计，目前有约50所高校开设天文公选课，每年接受天文教育的大学生占在校学生总数的5％左右，个别中学也开设了天文选修课。但在部分学校由于教师队伍青黄不接，天文教育趋于萎缩。与国外大学普遍开设天文课相比，我国的高校天文普及教育在质量和数量上都亟待提高。 二、国家和社会对天文专业本科生的人才需求 新中国成立50年来，高校培养了大量的优秀天文学和相关学科人才，不少人成为本研究领域的学术带头人和骨干。在今后几年，随着国家对天文研究投入力度的加大，一些大、中型天文设备的投入使用和航天、国防建设的需要，对高素质天文人才的需求量将会明显上升。在新形势下，尤其是国际合作和竞争的大趋势下，用人单位对学生的知识结构、创新与动手能力、团队与合作精神、实践水平等提出了更高的要求。 进入21世纪以来，天文教育开始高速发展，本科生和研究生的招生人数迅速扩大。但由于受到学科规模的限制，天文学科本科毕业生除了从事天文和相关专业的基础与应用研究外，有相当一部分进入其他领域就业。高校的教育理念和培养体系要与时俱进，提出适合我国国情的天文教育发展思路和创新模式，以促进我国天文学科教育的健康发展。 三、天文学科专业办学改革目标与措施 我国高校天文学科中长期发展的战略目标是形成和我国地位相符合的在国际前沿具有竞争力的高水平科研和人才培养的队伍，同时建设若干供高校天文学研究和人才培养的高性能实验、观测和计算设施。高校天文学科的重点是学科建设，天文学科的教学改革与创新主要涉及师资队伍的培养、教学内容与方法的改革和良好科研、教学环境的建设等几个问题。在所采取的各项措施和开展的各种项目中，应强调高校间的联合，发挥高校的人才优势并和科学院天文单位密切合作。为此我们提出如下建议： (1) 在各高校，尤其是没有天文系的高校中长期支持天文学科的发展，在有条件的高校中逐步成立物理与天文系、数学与天文系、天文研究中心等，形成良好的科学研究和人才培养环境。重点高校有责任和义务在师资力量、人才培养和科学研究方面帮助普通高校发展天文学科，扩大天文学的教学和科研规模，增强整体实力。加强和支持在更多的高校开设各种类型的天文选修课和科普讲座。 (2) 提高师资队伍素质是保证教育质量的关键。 高质量的天文教育必须依赖于一流的师资队伍。在完成天文教育队伍的新老交替之后，目前的当务之急是提高青年教师的业务素质和教学水平。除了在工作经验和态度方面青年教师与老教师相比尚有差距外，在专业素质和能力方面青年教师队伍的状况也不容过于乐观。他们中有许多人教学任务重，没有时间和机会得到在职培养和提高，难以有精力创造性地完成教学内容和任务。高校对有发展潜力的青年教师应当有计划地派出到国内外一流科研单位进修和合作研究，并营造宽松的学术环境，使得他们能够安心教学。设有天文系和教育系的大学可以建立伙伴关系，以便科学家、教育家和有经验的教师能够一起成功地为未来从事天文教育的教师设计基于天文学的科学课程。 (3) 复合型人才的培养。天文学科人才的培养模式逐渐从专才教育向通才教育过渡。较宽的知识面和良好的科学素养是学生顺利就业和工作的有利因素，因此天文学科教育应当以大理科通才教育作为基础，同时又不能失去本专业的特色，知识面的拓宽不能以牺牲学生的专业基础作为代价。高校天文教育要协调拓宽口径和强化基础之间的关系、优化课程体系、合理安排知识结构，特别注重加强学生素质和能力的培养。 (4) 整合全国天文教学和科研资源实现互惠共享。由于天文研究队伍总体规模偏小，我国科学院和教育部系统的分立使得天文学教育在人才和设备上存在浪费的现象。为了改善这一局面，中科院国家天文台与北京大学共同组建北京联合天体物理中心，与南京大学等组建华东天文与天体物理中心等，发挥各自在研究力量、人才培养、观测仪器及实验设备上的特色和优势，探索重点高校与科学院联合培养高层次天文研究人才的新模式，取得了较好的成绩，但相互合作和交叉的层次还不够深入。高校天文系和科学院天文台合作办学和科研应该成为今后天文教育改革的一个重要方向。在高校内部，从人才培养的角度来讲，统一协调天文学科课程、教材和教学资源建设（如建立高校天文教学网络资源共享库等）也是十分必要的。 (5) 加强天文实习，培养学生的创新精神和动手能力。传统的教学和学习方式主要训练了学生的逻辑思维能力，观察和探索的能力需要通过早期科研训练获得。天文实习是天文教育的一个重要方面。本科生的理论基础不够，较难进入教师的理论研究课题，然而本科生从天文观测和资料处理进入科学研究比较容易。各高校天文教学单位应当建设好天文观测基地和数据分析与处理实验室，保证必需的天文实习内容和学时，在有条件的情况下锻炼学生自主观测研究的能力。 (6) 改革和更新教学内容。天文学的飞速发展使得教学内容的更新速度越来越快，教学实践与教材内容的差距越来越大。目前，天文教学普遍缺乏优秀教材。近年来通过组织部分专家编写天文教材，收到了一定的成效。但由于天文学科总体规模偏小，教师人数少且科研任务重，教材问题长期以来未能得到根本解决。今后可以适当考虑直接采用国外优秀教材进行教学，更多地出版多媒体教材、推广网络教学，鼓励教师编写和修订精品教材等手段提高教材和教学质量。
浅论天文
天文学历史
天文学的起源可以追溯到人类文化的萌芽时代。远古时代，人们为了指示方向、确定时间和季节，而对太阳、月亮和星星进行观察，确定它们的位置、找出它们变化的规律，并据此编制历法。从这一点上来说，天文学是最古老的自然科学学科之一。
古时候，人们通过用肉眼观察太阳、月亮、星星来确定时间和方向，制定历法，指导农业生产，这是天体测量学最早的开端。早期天文学的内容就其本质来说就是天体测量学。从十六世纪中期哥白尼提出日心体系学说开始，天文学的发展进入了全新的阶段。此前包括天文学在内的自然科学，受到宗教神学的严重束缚。哥白尼的学说使天文学摆脱宗教的束缚，并在此后的一个半世纪中从主要纯描述天体位置、运动的经典天体测量学，向着寻求造成这种运动力学机制的天体力学发展。
十八、十九世纪，经典天体力学达到了鼎盛时期。同时，由于分光学、光度学和照相术的广泛应用，天文学开始朝着深入研究天体的物理结构和物理过程发展，诞生了天体物理学。
二十世纪现代物理学和技术高度发展，并在天文学观测研究中找到了广阔的用武之地，使天体物理学成为天文学中的主流学科，同时促使经典的天体力学和天体测量学也有了新的发展，人们对宇宙及宇宙中各类天体和天文现象的认识达到了前所未有的深度和广度。
天文学就本质上说是一门观测科学。天文学上的一切发现和研究成果，离不开天文观测工具——望远镜及其后端接收设备。在十七世纪之前，人们尽管已制作了不少天文观测仪器，如中国的浑仪、简仪，但观测工作只能靠肉眼。1608年，荷兰人李波尔赛发明了望远镜，1609年伽里略制成第一架天文望远镜，并作出许多重要发现，从此天文学跨入了用望远镜时代。在此后人们对望远镜的性能不断加以改进，以期观测到更暗的天体和取得更高的分辨率。1932年美国人央斯基用他的旋转天线阵观测到了来自天体的射电波，开创了射电天文学。1937年诞生第一台抛物反射面射电望远镜。之后，随着射电望远镜在口径和接收波长、灵敏度等性能上的不断扩展、提高，射电天文观测技术为天文学的发展作出了重要的贡献。二十世纪后50年中，随着探测器和空间技术的发展以及研究工作的深入，天文观测进一步从可见光、射电波段扩展到包括红外、紫外、X射线和γ射线在内的电磁波各个波段，形成了多波段天文学，并为探索各类天体和天文现象的物理本质提供了强有力的观测手段，天文学发展到了一个全新的阶段。而在望远镜后端的接收设备方面，十九世纪中叶，照相、分光和光度技术广泛应用于天文观测，对于探索天体的运动、结构、化学组成和物理状态起了极大的推动作用，可以说天体物理学正是在这些技术得以应用后才逐步发展成为天文学的主流学科。
人类很早以前就想到太空畅游一番了。1903年人类在地球上开设了第一家月亮公园。花50美分就能登上一个雪茄状、带翼的车，然后车身剧烈摇晃，最后登上一个月亮模型。
同一年，莱特兄弟在空中哒哒作响地飞行了59秒，同时一位名为康斯坦丁·焦乌科夫斯基、自学成才的俄罗斯人发表了题为《利用反作用仪器进行太空探索》的文章。他在文内演算，一枚导弹要克服地球引力就必须以1．8万英里的时速飞行。他还建议建造一枚液体驱动的多级火箭。
50年代，有一个公认的基本思想是，哪个国家第一个成功地建立永久性宇宙空间站，它迟早就能控制整个地球。冯·布劳恩向美国人描述了洲际导弹、潜艇导弹、太空镜和可能的登月旅行。他曾设想建立一个经常载人的、并能发射核导弹的宇宙空间站。他说：“如果考虑到空间站在地球上所有有人居住的地区上空飞行，那么人们就能认识到，这种核战争技术会使卫星制造者在战争中处于绝对优势地位。
1961年，加加林成为进入太空的第一人。俄国人用他说明，在天上飞来飞去的并不是天使，也不是上帝。美国约翰·肯尼迪竞选的口号是“新边疆”。他解释说：“我们又一次生活在一个充满发现的时代。宇宙空间是我们无法估量的新边疆。”对肯尼迪来说，苏联人首先进入宇宙空间是“多年来美国经历的最惨痛的失败”。唯一的出路是以攻为守。1958年美国成立了国家航空航天局，并于同年发射了第一颗卫星“探险者”号。1962年约翰·格伦成为进入地球轨道的第一位美国人。
许多科学家本来就对危险的载人太空飞行表示怀疑，他们更愿意用飞行器来探测太阳系。
而美国人当时实现了突破：三名宇航员乘“阿波罗号”飞船绕月球飞行。在这种背景下，计划在1969年1月实现的两艘载人飞船的首次对接具有特殊的意义。 补充回答： 20世纪的80年代，苏联的第三代空间站“和平”号轨道站使其航天活动达到高峰，都让美国人感到眼热。“和平”号被誉为“人造天宫”，1986年2月20日发射上天，是迄今人类在近地空间能够长期运行的唯一载人空间轨道站。它与其相对接的“量子1号”、“量子2号”、“晶体”舱、“光谱”舱、“自然”舱等舱室形成一个重达140吨、工作容积400立方米的庞大空间轨道联合体。在这一“太空小工厂”相继考察的俄罗斯和外国宇航员有106名，进行的科考项目多达2.2万个，重点项目600个。
在“和平”号进行的最吸引人的实验是延长人在太空的逗留时间。延长人在空间的逗留时间是人类飞出自己的摇篮地球、迈向火星等天体最为关键的一步，要解决这一难题需克服失重、宇宙辐射及人在太空所产生的心理障碍等。俄宇航员在这方面取得重大进展，其中宇航员波利亚科夫在“和平”号上创造了单次连续飞行438天的纪录，这不能不被视为20世纪航天史上的一项重要成果。在轨道站上进行了诸如培养鹌鹑、蝾螈和种植小麦等大量的生命科学实验。
如果将和平号空间站看作人类的第三代空间站，国际空间站则属于第四代空间站了。国际空间站工程耗资600多亿美元，是人类迄今为止规模最大的载人航天工程。它从最初的构想和最后开始实施既是当年美苏竞争的产物，又是当前美俄合作的结果，从侧面折射出历史的一段进程。
国际空间站计划的实施分3个阶段进行。第一阶段是从1994年开始的准备阶段，现已完成。这期间，美俄主要进行了一系列联合载人航天活动。美国航天飞机与俄罗斯“和平”号轨道站8次对接与共同飞行，训练了美国宇航员在空间站上生活和工作的能力；第二阶段从1998年11月开始：俄罗斯使用“质子－K”火箭把空间站主舱——功能货物舱送入了轨道。它还担负着一些军事实验任务，因此该舱只允许美国宇航员使用。实验舱的发射和对接的完成，将标志着第二阶段的结束，那时空间站已初具规模，可供3名宇航员长期居住；第三阶段则是要把美国的居住舱、欧洲航天局和日本制造的实验舱和加拿大的移动服务系统等送上太空。当这些舱室与空间站对接后，则标志着国际空间站装配最终完成，这时站上的宇航员可增至7人。 补充回答： 美、俄等15国联手建造国际空间站，预示着一个各国共同探索和和平开发宇宙空间的时代即将到来。不过，几十年来载人航天活动的成果还远未满足他们对太空的渴求。“路漫漫其休远兮，吾将上下而求索”，人类一直都心怀征服太空的欲望和和平利用太空资源的决心。1998年11月，人类第一个进入地球轨道的美国宇航员、77岁的老格伦带着他未泯的雄心再次踏上了太空征程，这似乎在告诉人类：照此下去，征服太空不是梦。
古代天文学的论文
古典文学常见论文一词，谓交谈辞章或交流思想。当代，论文常用来指进行各个学术领域的研究和描述学术研究成果的文章，下面是关于古代天文学的论文的内容，欢迎阅读！
摘要： 中国古代天文学有着上千年的悠久历史，自神话时期兴起，绵延千年不衰。但中外学者对于中国古代天文学的质疑也从未停止过。本文从科学哲学角度，叙述中国古代天文学的兴起与发展，详细分析其功能效用与历史影响，从而辨别中国古代天文学是否为真科学。
关键词： 中国古代天文学；科学哲学；真科学
一、中国古代天文学的兴起
从众多资料来看，中国古代天文学的历史之悠久，可以追溯到上古时期。传说在少昊氏时，人人私下研习天文，都搞起了沟通上天的巫术，致使天下大乱。颛顼帝命令重、黎二人“绝地天通”，禁止了平民与上天沟通交流。之后与天交流的权利就专属于天子，也只有天子钦定的巫觋才有资格去沟通上天。从此天文学在古代中国就成了皇家的专属品，而天子也开始拥有了对“天命”的解读权。这也就是中国漫长天文学史的开端。
二、中国古代天文学的发展
我国天文学至于夏商周代时已经有了一定水准的历法。特别是到了周代，已经有人开始观测流星、行星等天象及星辰。相比于上古时代，这已经有了很大的进步。
传统的天文学体系是在春秋战国时期正式完成的。在这一时期，不仅二十八星宿体系确立，而且在历法方面有了重大的进步。我们古人开始通过观测日影长短的周年变化来确定冬至和夏至的日期。并且在这一时期流传了大量人们观测流星、彗星等天象的详细记录。这些都成了我国历史上的宝贵资料。
自从春秋战国时期传统天文学大框架建立之后，秦、汉、魏晋南北朝、隋、唐、宋时期，天文学进一步蓬勃发展。不仅历法得到统一，二十四节气，浑天仪等天文知识以及天文学仪器的进一步发明使得我国的天文学一路高歌猛进。到了元朝，由于铁木真缔造了一个横跨欧亚大陆的辉煌帝国，我国古代天文学甚至传到阿拉伯等国，可谓是盛极一时。明清时期，中国开放了千年来“严禁私习天文”的禁令，使得我国古代天文学有机会走向一个新的巅峰。
三、对中国古代天文学的质疑
也正是因为我国古代天文学在很长一段时间是服务于皇室，很多中西方学者就质疑中国古代天文学是否是真正的科学。甚至有些激进派的学者直接将中国古代天文学打入伪科学的深渊。在此，笔者持有不同看法。
马克思主义的科学观认为，科学是历史发展总过程的产物，它抽象地表现了这一历史发展总过程的精华，这个精华显然包括自然科学与社会科学。每一种不同的运动形式都构成每一门具体科学的研究对象，而整个物质世界和精神世界在总体上便构成总体科学的研究对象。因此，所谓科学就是对自然界和人类社会运动、变化规律的概括，都是人们在感觉经验基础之上用“理性方法”整理概括的结果。此外在科学的本质与功能上，马克思还突出强调了科学技术是生产力，科学是一种在人类历史上起推动作用的、革命力量的思想。
按照马克思的观念，我们反观中国古代天文学，这是一门有着上千年悠久历史的学科，毫无疑问它也是历史发展的产物。无数古代先贤们定历法、造仪器、编文献来研究这浩渺天空中天体运转的奥秘。这分明就是在研究自然界的运动变化规律。更为重要的是，我国古代天文学对社会发展变革起了很大的推动作用。
中国古代天文学最重要的应用领域之一便是航海。早在战国时期中国人就根据天文学中观测到的星辰位置，发明了具有指向性功能的“司南”。这在当时的'世界上是独一无二的。这为日后开辟海上丝绸之路做出了不可磨灭的贡献。
如果大家觉得航海之术离我们日常生活过于遥远，不能说对社会变革起了决定性的作用。那么，中国作为一个传统的农业大国，农业该是我们的立身之本了吧。中国古代天文学对我国农业的发展也起到巨大的推动作用。在石器时代，人们保持着刀耕火种的农业经营方式，这种粗放的耕作模式导致了极端的低产。不过正是伴随着天文学的发展，历法的完善，节气的确立，使得传统农业高度关注农时后，精耕细作的优良方式才逐步趋于成熟，造福了无数黎民百姓。
如果说马克思的观点太过于阳春白雪，那当代科学哲学界的泰斗吴国盛教授在《什么是科学》一书中精辟分析了科学的两种基本用法，堪称下里巴人式的真知灼见。第一种是可以依靠它来振兴国家，第二种是某种积极意义上的价值判断。根据这种观点，中国古代天文学及推动了航海时代的发展，促进了国家的繁荣发展。同时，它又大力推动了农业的进步，在价值意义上来讲也是毋容置疑的“好东西”。那么我们为什么不能承认中国古代天文学是真正的科学呢？
参考文献：
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[4]吴国盛.什么是科学[M].民出版社，2016.
天文观测精确地检验了牛顿力学，并把它推上科学巅峰
1845年，当时的巴黎天文台台长阿喇果(Dominique F. J. Arago)建议勒威耶(Urbain Le Verrier)研究天王星运动的反常问题。勒威耶利用有关天王星的大量观测资料，运用牛顿万有引力定律计算出对天王星起摄动作用的未知行星的轨道和质量，并且预测了它的位置。他将计算结果呈送给法国科学院，与此同时他还写信给当时拥有较大望远镜的几位天文学家，请求帮助观测。他的工作在法国同行中受到了冷遇，但是却获得了德国天文学家伽勒(Johann G. Galle)的协助。1846年9月23日，伽勒收到勒威耶信的当天晚上就进行了观测搜寻。他仅用一个半小时就在偏离勒威耶预言的位置52′处观测到了这颗当时星图上没有的星，即后来大名鼎鼎的海王星。海王星的发现把牛顿力学推上了科学的巅峰。
后来，勒威耶发现水星的近日点进动，在排除太阳引力和其它已知天体的轨道摄动影响后，还有每百年43角秒的多余进动。这是牛顿引力所不能解释的。受海王星发现的启示，勒威耶由此预言了“水内行星”的存在。然而勒威耶穷其一生也无法找到这颗预言的行星。他的水星近日点进动观测结果后来被爱因斯坦用广义相对论成功地加以解释。与牛顿力学不同，在广义相对论中，两个没有自转的物体之间的引力与它们自转起来之后的引力是不同的。这一效应会引起自转轴的进动，水星进动就是由这一效应所产生的。
天文观测对爱因斯坦广义相对论的验证
广义相对论的验证主要是通过天文观测进行的。“天文验证”之一是用广义相对论成功地解释了水星近日点进动问题，计算的进动值在扣除了其它行星的影响后为每100年移动42.91〃，与观测值——43〃十分吻合。后来观测到的地球、金星等行星近日点的进动值也与广义相对论的计算值吻合得相当好。
“天文验证”之二是利用日全食的观测，验证了引力场中光线弯曲的量是符合广义相对论的。1911年，爱因斯坦就在理论上预言了这一现象。他认为在发生日全食时，可以通过测量太阳附近引力场的某一恒星的星光，与先前这颗恒星的位置相比较，便可以测出偏转的角度。从1912年到1922年，天文学家进行了多次日全食观测。特别是英国著名天文学家爱丁顿(Arthur S. Eddington)自爱因斯坦提出这一理论开始就支持他的预言，并为此做了大量的日全食观测。爱因斯坦关于“太阳的引力可能引起恒星光线偏折”预言的正确性，经坎普贝尔(William W. Campbell)1922年的观测结果的检验才最终被主流科学界所确认。。
“天文验证”之三是在一颗白矮星上观测到了谱线的引力红移。广义相对论认为，光线在引力场中传播时，它的频率会发生变化。当光线从引力场强的地方传播到引力场弱的地方时，其频率会略有降低，即发生引力红移现象。1911年，爱因斯坦计算从太阳射到地球的光线的相对引力红移变化是2×10-6。这个数值很小，测量起来相当困难。而白矮星的质量与太阳接近，但半径只有太阳的百分之一，其发出光的引力红移效应比较显著。1925年，美国天文学家亚当斯(Walter S. Adams)观测了一颗白矮星(天狼星B)，测到的引力红移与广义相对论的理论计算值基本相符。
值得一提的是，在1974年，美国科学家赫尔斯(Russell A. Hulse)和泰勒(Joseph H. Taylor)发现了一颗新的脉冲双星PSR1913+16。通过对这颗脉冲星的转动周期衰减测量，间接证实了广义相对论所预言的引力波。赫尔斯和泰勒也由于此项工作而荣获1993年诺贝尔物理学奖。
天文观测推翻了托勒玫地心说的统治地位
哥白尼通过三十年的天象观测，渐渐地对长期以来居于宗教统治地位的托勒玫地心说产生了怀疑。哥白尼在他的《天体运行论》中详细讨论太阳、地球、月亮和各个行星的运动，认为太阳是不动的，是宇宙的中心，而地球只是一个围绕太阳转动的普通行星。
1609年，伽利略首次将望远镜用于天文观测，并以此发现了一些可以支持日心说的新的天文现象后，日心说才开始引起人们的关注。这些天文现象主要是木卫体系的发现直接说明了地球不是唯一中心，金星盈亏的发现暴露了托勒玫地心说体系的错误。然而，由于支持哥白尼日心说的数据与支持托勒玫体系的数据都不能与第谷的观测相吻合，因此日心说当时仍不具有优势。直至开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后，日心说在与地心说的长期斗争中才取得了真正的胜利。人类终于认识到地球不是宇宙的中心。德国诗人歌德曾说：“哥白尼撼动人类意识之深，自古无一种创见、无一种发明，可与之相比。”可以毫不夸张地说是哥白尼的日心说揭开了近代科学革命的序幕。
然而，太阳真的位于宇宙中心吗？这是人们一直非常关心的问题。自从18世纪以来，包括赫歇尔等在内的许多著名天文学家，都认为太阳是在银河系中心。美国天文学家沙普利(Harlow Shapley)通过观测发现球状星团并不均匀地分布在全天，而是比较集中在南天，尤其是人马座一带。他大胆而明确地提出，这是由于太阳并不在银河系中心，而是远离中心的缘故，银河系中心在人马座方向。沙普利把太阳从银河系中心挪开，放到它应该在的地方，其见解意义重大。
1924年，哈勃利用威尔逊山天文台的2.54米望远镜分析一批造父变星的亮度以后断定，这些造父变星和它们所在的“星云”距离我们远达几十万光年，因而一定位于银河系外。这一发现使人们不得不改变对宇宙的看法，即银河系在宇宙中也是一个非常普通的星系。1925年，哈勃对河外星系的最新观测显示星系看起来都在远离我们而去，且距离越远，远离的速度越快。这项发现是20世纪天文学的重大成就，它颠覆了人类对宇宙已往的理解与认识。一直以来，人们都认为宇宙是静止的，而现在发现宇宙是在膨胀的，这一结论意义深远。今天，通过天文观测，人类终于认识到宇宙是没有中心的，整个宇宙各个部分都在彼此远离，并正在加速膨胀。
天文观测正逐渐推翻地球是宇宙生命中心说
人类在抛弃地球是宇宙中心地位的过程中，也提出了地球是否是宇宙中唯一的生命家园，即地球是不是宇宙生命中心的问题。事实上，每个人都在根据自己的认识来寻找着上述问题的答案。对这些问题的回答与思考贯穿于整个文学、艺术和科学的发展史中。新的科学发现使我们更为接近揭开太阳系外生命的一些基本问题，但又提出了更多的新问题。
随着新千年的到来，人类希望凭借自己掌握和拥有的先进的科学和技术能力来回答这些最古老和深奥的问题。虽然对此问题尚无确切的答案，但是至少太阳系外行星存在的理论已为近年的最新天文观测所证实。90年代以来，通过大口径光学望远镜观测，对发现具有类似太阳系的恒星行星系统有了许多突破性进展。到目前为止，天文学家已确定了400余颗有行星系统的恒星候选体。观测还表明，这些具有行星环绕的恒星系统和行星本身都存在多样性。约40颗恒星行星系统具有多行星存在，其中一个恒星系统拥有5颗行星，2个恒星系统拥有4颗行星。从统计来看，至少5%的类太阳恒星存在行星系统。最近已探测到一颗质量大约为2个地球质量的类地行星候选体。特别令人振奋的是天文学家相继在多个行星状星云和多颗行星上发现了生命所必需的一氧化碳、二氧化碳、甲烷和水等大气谱线。天文学家甚至已经能够通过大望远镜和先进的技术方法直接观测到围绕恒星旋转的行星了。目前，通过太阳系外行星的探测，正朝着推翻宇宙生命中心说的方向发展。越来越多的天文观测表明，地球并不是宇宙中唯一存在生命的星球。
我们有理由相信，人类与生俱来的好奇心和求知欲将是驱动人们进行太阳系外行星及其生命搜寻的原动力。新的天文观测和发现必将并继续深刻地影响和改变着整个人类的宇宙观，不断加深人类对宇宙的认识。这种在理性指导下的实践活动体现了现代的科学探索精神，也必将为人类认识自然、与自然和谐相处带来无穷的益处。
（4）量子引力理论
20世纪基础物理研究的巨大成就，当归功于相对论、量子论与引力论的建立。相对论、量子论和引力论都具有普适性，它们的普适性的一个重要体现分别表现在c、h和G这三个普适常数上。然而，三个理论是否真的具有普适性，还在于它们彼此间的相容性，广义相对论的建立证实了引力论与相对论的相容性。
量子理论的发展证明，物质的各种运动形态都遵从量子化的要求，与此同时，一切相对论性场，如电磁场也应是量子化的。在场量子化研究的初期，曾出现了一系列的发散困难。在40年代末，量子化电磁场的发散困难初步通过重正化理论得以解决。发散困难的最根本解决是在60年代完成。弱电统一理论的建立，不仅解决了弱相互作用中的发散困难，而且在类似弱相互作用的框架之中，还可望在强相互作用领域解决相对论与量子论的相容性。最困难的一步就是引力论与量子论的相容，这一步骤的一个主要目标就是建立量子化的引力理论。量子引力理论的研究还起源于广义相对论的奇点问题。由彭罗塞提出，后经霍金和杰罗奇等人最终建立的奇点定理表明，在相当宽的物态条件下，引力场方程的解必定具有奇性。奇性的存在表明，广义相对论属于服从因果律的经典物理范畴，在奇点处，这一理论不再适用。有可能在考虑到引力场的量子性之后，奇性自然消失，这一猜测随后在霍金黑洞蒸发理论中得到了支持。
迫使人们研究量子引力理论的第三个动机来源于大统一理论。弱电统一理论已经建成，弱电与强相互作用的大统一理论正是当前的热门课题，研究过程表明，必须同时考虑到它们与引力作用的统一，而这一统一的实质就是建立量子引力理论。经典物理学的理论框架是建立在因果律的基础上的，经典物理学依赖于物理定律和它相应的边界条件，然而当问题涉及到奇点，而这个奇点又不是数学或模型的缺陷由人为造成的时，奇点很难消除，又很难给出合理的边界条件，这就迫使人们必须重新考虑原有的理论。
沿着膨胀和暴涨的宇宙反向历程，应用经典宇宙学所给出的框架，回溯宇宙在暴涨之前的状态，很自然地会得到宇宙的尺度将趋于零。这意味着，引力场的强度以及物质场的能量密度将趋于无限大，宇宙是从一个奇点演化而来的，而这个奇点并非由于模型的缺陷人为引起的。早在60年代，彭罗塞和霍金就曾利用整体微分几何证明过①，奇点不仅是高度对称的，而且是广义相对论的必然产物。这意味着，在广义相对论的理论框架之中，不可能找到解决奇点的方案，或者说，尽管广义相对论揭示了时空的引力弯曲，但它对于极高曲率的空间并不适用。量子论的鼻祖普朗克很早就主张，应在所有的自然力之间建立联系。1899年，他首先提出了“普朗克长度”这一普适的这一最小长度Lp，以后又陆续提出了“普朗克时间”tp、“普朗克温度”Tp与“普朗克质量”Mp，它们分别为Lp=(hG/c3）1/2=4.05×10-33cm, tp=(hG/c5)1/2=1.35×10-43s,Mp=(hc/G)1/2=5.45×10-5g，Tp=(hc5/k2G)1/2=3.56×1032K。由于h、c和G三个常量都是相对论不变量，以它们为基准的普朗克自然单位将是不变和唯一的，这一点具有深刻意义。审查上述量的大小不难看出，温度Tp极高，甚至比宇宙大爆炸时刻的温度还高，长度Lp、时间tp却极小，质量Mp也不很大，虽然这些值都是实验室条件下无法得到的，它们却使人们想到，在暴涨之前的宇宙这些是否是可以接近的尺度，因此，应该由一个量子化的广义相对论取代经典广义相对论。
本世纪初，量子力学诞生之后，量子力学原理首先用于解释微小系统——原子结构方面的困难，确立了薛定谔方程，同时也得到了有关原子特征的一系列量子力学描述。本世纪60年代以来，当人们试图用量子力学解释巨大的体系——宇宙结构时，却发现它们之间有着惊人的相似①。首先，在具有电磁作用的质子与电子微小体系中，重要自由度r（t）在趋于零时，产生奇点的经典困难，而在具有引力作用的大物质体系中，重要自由度标度因子R（t）在趋于零时，也产生奇点的经典困难；微小电磁体系具有玻尔半径10-8cm的量子长度，而引力作用体系则具有普朗克长度10-33cm的量子长度；微小体系服从薛定谔方程的动力学规律，而引力体系则有惠勒-德维特方程。关于这两个体系间的相似与联系，近年来的研究又有了新的进展。本世纪60～70年代，德维特(DeWitt,B.S.)、米斯纳(Misner,C.W.)和惠勒等人在量子宇宙学方面做出了重要的基础性工作，他们建立了描述宇宙量子特征的惠勒-德维特方程，然而求解这个方程却面临边界条件的确立。因为最初宇宙究竟处于什么状态仍然不能确定。
D、宇宙学的进展
在物理学研究深入发展的同时，人们也在力求对时空大尺度上，即从整体上认识宇宙。宇宙的起源、结构和演化都是人们关心的课题。物理学与高科技的结合，创造了口径相当于25米的巨型光学望远望、空间X射线和红外线望远镜以及地域甚大的天线阵列射电望远镜，这不仅使人们观测宇宙的窗口从红外、可见光一直延伸到X射线和γ射线整个波段，还使观测宇宙的时空尺度伸展到了170亿光年。如今，在人类面前，已展现出一幅生动壮丽的宇宙画面。
以现代高能粒子物理与广义相对论为基础建立起来的理论宇宙学，已能从理论上描述出从原始火球大爆炸，到星系形成和演化的整个过程。大爆炸模型已经由现代天文学的观测，如河外星系谱线红移、3K微波背景辐射以及氦丰度等得到了一定的证实。与此同时，在解决这一模型自身的问题，如视界问题、平坦性问题和磁单极问题等的过程中，与高能物理真空相变理论相结合，又发展成更为完善的暴胀宇宙模型。虽然具有暴胀机制的大爆炸模型为宇宙学的发展奠定了基础，然而随着量子引力理论的发展，有关量子宇宙学的一系列更深层次的问题，如宇宙时空拓扑结构、基本耦合常数的真空参数问题、宇宙常数的动力学解释等，又引起了更新一轮的激烈争论。这场理论研究的重要进展的源头，即把世人的目光从一般天体引向宇宙整体的就是哈勃定律的建立。
1.哈勃定律与膨胀的宇宙
研究表明，宇宙的年龄、演变及结局，在很大的程度上决定于它的膨胀速率。对宇宙膨胀的观测大体分成两个方面，这就是测定星系的运动速率与测定地球到星系的距离。前者关系到宇宙的形成模型及有关理论的发展，而后者则是估算天体亮度、质量和大小的重要依据，然而无论哪一种，都取决于哈勃常数的测量。哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要的基本常数之一。20世纪初，几台口径1米的大型望远镜陆续建造成功，它们为河外星系的系统观测创造了条件。美国天文学家哈勃(Hubble,EdwinPowell1889～1953)在这种条件下，为现代天文学与宇宙学做出了重要的贡献。哈勃1910年毕业于芝加哥大学天文学系，后到英国牛津大学读书，在那里获得法律学硕士学位。1914年至1917年在耶基斯天文台攻读天文学博士学位。第一次世界大战期间，曾在法国服役，战后在威尔逊山天文台从事星系的观测研究。当时的威尔逊山天文台已建成100英寸的天文望远镜。利用这台望远镜，哈勃把观测的目标集中在他所称的“一片片的亮雾”之上，这就是星云。与哈勃同时代的一些天文学家也在对这些星云做了大量的观测工作，例如在里克天文台工作的美国天文学家柯蒂斯(Curtis,HeberDoust1872～1942)致力于河外星系的研究，他借助对新星的观测及利用星系角大小估算距离，认为所观测到的绝大部分星云都属于河外星系。热衷于星系观测与研究的还有美国天文学家沙普利(Shap-ley,Harlow1885～1972)，他曾任美国哈佛大学天文台台长，1915～1920年间，曾用威尔逊山天文台100英寸望远镜研究旋涡星云，他利用勒维特(Leavitt,HenriettaSwan1868～1921)发现的造父变星作为量天尺，确定了这些星云的距离，认为它们大约距太阳5万光年左右，应该属于银河系，因此将银河系的尺度扩展到原有的3倍。沙普利还第一个提出，太阳系不处在银河系的中心，虽然他把太阳从银河系的中心地位赶了下来，却又把银河系放到了宇宙的中心之上。柯蒂斯的看法则不同，他认为宇宙中充满着大量的像银河系那样的恒星系统。1920年，在美国国家科学院，柯蒂斯与沙普利的两种不同观点正式交锋，虽然在这场论战中柯蒂斯占了上风，却并未有得出公认一致的结论，直到三年后，哈勃给出的观测事实，才使上述论战有了决定性的结果。1923年，威尔逊山天文台建成了2.5米口径的天文望远镜，哈勃利用它在仙女座星云外缘找到一颗造父变星，根据其光变周期与光度之间的关系，他推断出该星的距离为15万秒差距（实际为80万秒差距），比沙普利的银河系要大得多。这表明，仙女座大星云是一个河外星系，从而结束了河外天体是否存在的辩论，使天文学家的研究领域迈出了银河系。与哈勃同时代的另一位天文学家斯里弗(Slipher,VestoMelvin 1875～1969)也对星云研究感兴趣。他对星系光谱做了大量的观测。1921年，他首先把多普勒-斐索效应用于仙女座大星云，发现所观测到的星系光谱波长大多比实验室观测到的要长，这表明，这些星云都在远离地球退行，其退行速度大大地高于恒星的视向速度。 1929年，在同行们研究成果的基础上，哈勃仅以24个已知距离星系的观测资料为依据，做出了速率-距离的关系图。图中显示速率与距离值成正比，即vr=H0r，vr为星系对银河系的视向速率，上式即为哈勃定律，式中的常数H0就是哈勃常数，由这一常数得到的宇宙年龄H0-1=1.84×108年，该值恰与当时用散射方法观察到的地壳中古老岩石年龄1.8×108年惊人地一致，哈勃的结果，很快地得到认同。哈勃的这一结果，不仅证明了整个宇宙处于膨胀之中，而且这种膨胀速度与距离r成正比，因而既是处处没有中心又是处处为中心的。为了扩展观测的范围，需要能观测到更为遥远星系团中的星系。由于工作量的骤增，哈勃开始与赫马逊(Huma-son,MiltonLaSalle1891～1972)合作。哈勃负责测量星系的亮度，赫马逊负责测量红移量。赫马逊并非科班出身，最初只是威尔逊山天文台的一位看门人，工作之便使他热爱上了天文学，在为别人假期代班的天文观测中，显示了他出众的才华和娴熟的观测技巧，不久即正式投入天文学研究。在哈勃去世后，他继续了哈勃的天文观测事业，1956年，他又与其他人合作，利用观测到的资料，改进了哈勃定律，因而与勒梅特和盖莫夫的大爆炸理论取得了一致。
2.哈勃常数值修正的三次高潮
从原理上看，似乎哈勃常数的测定是简单的，即只要测出星系距离与退行速率，即可由哈勃定律得到哈勃常数。然而在实际上并非如此，星系的速率可以直接从谱线红移获得，可是距离的测量却是既困难又复杂的。对于1000万光年以内附近星系的距离，天文学家们的测量结果都比较一致，这种测量以造父变星为量天尺进行。1908年，在哈佛天文台工作的勒维特在南非观测时发现，造父变星的亮度周期性变化，光变周期越长，平均亮度也越大。这一发现具有不寻常的意义，因为观察亮度变化的整个过程，就可以得到光变周期和视亮度，随后即可计算得到它的绝对亮度。再根据距离加大，视亮度递减的关系，即可由绝对亮度与视亮度之比，确定造父变星的距离。因此，把造父变星作为量天尺，利用三角视差法，逐步扩大测量范围，不仅可以量出银河系的大小，还能测量出各河外星系的大小和距离。在20年代，哈勃用造父变星证实了银河系以外还存在有其它星系以后，从30年代到50年代，哈勃与桑德奇（Sandage，Allen Rex 1926～）等人，又在附近星系中寻找更多的造父变星以确立更新的量天尺，为此做了大量的工作。他们成功地测量了十几个星系的距离，改进了确定哈勃常数的基础。
最初的哈勃常数值为H0=550千米/秒/百万秒差距（以下单位略）。1936年，考虑到星际消光因素，哈勃常数被修定为H0=526。在最初，这一数值被认为是准确的，因为按H0-1得到的宇宙年龄恰好与当时的地质观测结果相一致。二战之后，利用造父变星为量天尺，使哈勃常数逐渐得到了修正。1952年，在威尔逊山帕洛马文天台工作的旅美德国天文学家巴德（Baade，Walter 1893～1960）掀起了哈勃常数修正的第一个高潮。这次高潮是由修改量天尺引起的。此时，帕洛马天文台5米口径天文望远镜建成并开始运转。巴德利用他的精确而系统的测量，不仅在仙女星座中找到了300个以上的造父变星，而且还发现恒星分为两种星族，每一星族都有自己的造父变星，它们只适用于附近星系，而原有哈勃定律所针对的则都是建立在第一星族基础上的造父变星。随着对造父变星周光曲线的修定，随着观测尺度的加大，必须更换原有哈勃常数测定中的量天尺。经巴德计算，遥远星系的距离比原来的估计值增加了一倍，哈勃常数将比原来减小一倍。1952年，巴德在罗马举行的第8届国际天文学大会上，宣布了他的结果，H0=260。
哈勃常数修正的第二个高潮由哈勃的接班人桑德奇掀起。桑德奇是一位著名的实测天文学家，从1956年开始，他在帕洛马天文台对哈勃常数进行了系统的测量工作。在几年的时间内，他得到了600多个星系的数据，最大的红移量值达到Z=0.202，所得到的哈勃常数值为H0=180。在此基础上，桑德奇又对哈勃常数做了进一步的修正，他们再度更换量天尺并把观测范围进一步加大，此时原有确定距离的方法已不再适用，因为当星系距离达到了几百万秒差距时，望远镜已无法区分星系中单个的星，必须寻找代替造父变星做为新距离标准的“指示体”。他们通过天体的绝对星等和视星等的关系，先确定指示体的距离，再由指示体确定星系距离。他们认为能作为距离指示体的有，造父变星、HⅡ区、球状星云、超新星和椭圆星系等。1961年，桑德奇在美国伯克利召开的国际天文学大会上宣布，总估各种测量结果，哈勃常数值应在75与113之间，最或然值为H=98±15，一般可取为100。这一结果表明，宇宙的尺度要比人们早期预期结果远大得多。
进入70年代以来，哈勃常数的测定日益受到天文学家们的重视，对它的测量方法也更加系统，测量的精度也日益提高，因而形成了哈勃常数修正的第三次高潮。然而，这次修正高潮之后，局面却日益复杂化。哈勃常数的各次测量值越来越多地接近高低两个值上。桑德奇和他的合作者塔曼得到的值是50，而德克萨斯大学的德瓦科列尔（de Vaucouleurs）的结果却是100，两个值的测量方法都是以造父变星为起点，其后选用不同距离的指示体进行的，结果竟然相差一倍，不仅出现了哈勃常数纷争的局面，也使人们在实际运算中，出现了任意选择的局面，有人选取50，有人选取100，还有人选择平均值75，虽然这些值的选取都具有权威性，但是仍无法最后判定哪一个最准确。目前，对哈勃常数做出裁决为时尚早，但是，从其它方面得到的佐证中，仍然可以提出带有倾向性的意见。
根据哈勃常数值，宇宙的哈勃年龄应为t0=19.7×109年和t9=9.8×109年。然而宇宙的年龄还有其它的估算方法。一种方法是测量矿石中放射性元素的含量，根据其半衰期加以估算。对各种放射性元素综合测量的结果，所给出的宇宙年龄是1×1010另一种较为有效的方法是测定球状星团的年龄。根据球状星团的赫罗图，得出它们的年龄在（10～20）×1010综合这些从不同角度得到的估算结果，宇宙的年龄不超过200亿年，这表明取小值哈勃常数更符合实际。
由于哈勃常数已成为近代宇宙学中最重要也最基本的常数之一，近年来，对它的研究已成为十分活跃的课题。正式发表的有关哈勃常数的论文已有数百篇。1989年，著名天体物理学家范登堡（Van den Bergh）为天文学和天体物理评论杂志撰写了一篇权威性论文①，它综述了截止到80年代末所有关于哈勃常数的测量和研究结果，最后认为，哈勃常数的取值应为H0=67±8。
3．多余天线温度的发现
1963年初，在贝尔实验室工作的年青物理学家彭齐亚斯（Penzias，Arno Allan 1933～）和射电天文学家威尔逊（Wilson，Robert Woodrow 1936～）合作，测量银河系内高纬星系的银晕辐射。他们所使用的射电望远镜原是用于接收人造卫星“回声号”回波用的大喇叭口天线加辐射计制成。他们还采用了当时噪音最低的红宝石行波微波激射器，并利用液氦致冷的波导管作为参考噪音源，因为它能产生功率确定的噪音以作为噪音的基准，使噪音的功率可以用等效的温度表示。由于当时的手头正好有一台7.35cm的红宝石行波微波激射器，他们就先在7cm波段上开始了天线的测试工作。
彭齐亚斯和威尔逊的测量结果①表明，天线的等效温度约为6.7±0.3K，天线自身的温度为3.2±0.7K，其中大气贡献为2.3±0.3K，天线自身欧姆损耗和背瓣响应的贡献约为1K，扣除这些因素，最后得到，天线存在有多余噪音，它的等效温度约为3.5±1K。尽管他们采用了各种措施，把各种估计到的噪音来源尽量消除，这个多余噪音的等效温度值依然存在，它不仅稳定，而且均匀无偏振，在任何方向都能接收到。
彭齐亚斯和威尔逊观测到天线多余噪音温度现象，带有一定的偶然性，因为实验并没有在理论的预言或指导下进行。然而可贵的是，他们重视观测的结果，忠实于原始资料，不但没有轻易放弃偶然观测到的现象，反而抓住它们一追到底。并想方设法挖掘观测事实背后的意义，这就使他们能不失时机地做出重大发现。在这一成功之中，更难能可贵的是贝尔实验室对实验工作的支持。这一当今最大的工业实验室，拥有数千名才华出众的科技工作者，他们在进行电话、电报技术发展与开发业务的同时，始终重视基础科学，特别是基础物理学的研究工作。它在世界通讯事业中起着中流砥柱的作用，在物理学的研究中，也取得了许多令世人瞩目的成果，例如，在天体物理学方面，1931年，贝尔实验室的电信工程师央斯基（Jansky，Kart Guthe 1905～1950）首先发现了来自银心的周期性噪音射电辐射，从此开创了射电天文学的新领域。这次彭齐亚斯与威尔逊的观测是贝尔实验室与国家射电天文观测台合作进行，贝尔实验室远见卓识地从人力、设备与资金上给予了大力支持，提供了当时世界一流的灵敏毫米波谱线射电望远镜、热电子辐射计、液氦致冷参照噪音源，为实验的成功起到了至关重要的作用。
4．宇宙微波背景辐射的证实
在与彭齐亚斯、威尔逊实验观测的同时，另一些人也在对同一目标搜寻着。他们是以迪克（Dicke，Robert Henry 1916～）为首的普林斯顿大学的一个研究小组，正在开展一项有关宇宙学的探索性研究。1941年，迪克从罗彻斯特大学获得博士学位。1946年前，他在普林斯顿大学物理系执教。迪克成名于他的一项重要成果——标量-张量场论的提出①。这一理论与爱因斯坦的引力理论并驾齐驱，也能成功地解释引力研究中的一些观测现象，以致在引力场研究中，谁是谁非还一时难见分晓。在60年代，随着宇宙学研究的兴起，迪克对伽莫夫的宇宙原始大爆炸理论产生了浓厚的兴趣。他曾设想，至今宇宙应残存有大爆炸的遗迹，例如宇宙早期炽热高密时期残留的某种辐射。他与他的合作者认为，这种辐射有可能是一种可观测到的射电波②。迪克建议罗尔（Roll，P.G.）和威尔金森（Wilkinson，D.T.）进行观测，还建议皮布尔斯（Peebles，P.J.E.）对此进行理论分析。皮布尔斯等人在1965年3月所发表的论文中①明确指出，残存的辐射是一种可观测的微波辐射。叙述了极早期宇宙中重元素分解后，轻元素重新产生的图景。皮布尔斯后来在霍普金斯大学做过的一次学术报告中，也阐明了这个想法。1965年，彭齐亚斯在给麻省理工学院射电天文学家伯克（Burke，B.）的电话中，告之他们难以解释的多余天线噪音，伯克立即想起了在卡内基研究所工作的一个同事特纳（Turner，K.）曾提到过的皮布尔斯的那次演讲，就建议彭齐亚斯与迪克小组联系。就这样，实验上和理论上的两大发现由此汇合并推动事态迅速地发展起来。先是彭齐亚斯与迪克通了电话，随即迪克寄来一份皮布尔斯等人论文的预印本，接着迪克及其同事访问了彭齐亚斯和威尔逊的实验基地，他们在离普林斯顿大学只有几英里之遥的克劳福德山讨论了观测的结果之后，双方协议共同在《天体物理学》杂志上发表了两篇简报，一篇是迪克小组的理论文章《宇宙黑体辐射》②，另一篇是彭齐亚斯与威尔逊的实验报导《在4080MHz处天线多余温度的测量》③，虽然后一篇论文考虑到自己尚未在宇宙论方面做出什么工作，出于慎重，论文并未涉及背景辐射宇宙起源的理论，只是提到“所观察到的多余噪音温度的一种可能解释，由本期Dicke、Peebles、Roll和Wikinson所写的另一篇简讯中给出”，但是，两篇论文分别从理论与实验的不同角度表述的研究成果竟如此珠联璧合，不能不令人惊叹。两篇论文发表后，引起了极大的反响。人们意识到，如果能给出天线多余温度确实来自宇宙背景辐射的证明，这个成果对宇宙学的发展的影响将是不可估量的。根据理论分析，早期宇宙极热状态下的光辐射是处于热平衡状态下的，它应具有各向同性且热辐射能量密度分布遵守普朗克定律等特点。随着宇宙的热膨胀，宇宙逐渐冷却，残存的光辐射谱仍应保持普朗克分布。彭齐亚斯与威尔逊所检验到的辐射是否遵从这一分布，应是检验天线多余温度是否来源于宇宙背景辐射的一项重要标准。从1965年到70年代的中期的近十年时间里，不少研究小组相继完成了各种测试。迪克小组在3.2cm波段上得到了3.0±0.5K，夏克斯哈夫特和赫威尔在20.7cm上测得2.8±0.6K，彭齐亚斯和威尔逊在21.1cm上测得3.2±0.1K。然而3K黑体辐射的峰值应在0.1cm附近，为取得0.1cm附近的测量值，康奈尔大学的火箭小组和麻省理工学院的气球小组的高空观测结果是，在远红外区有相当于3K的黑体辐射。加州大学伯克利分校的伍迪小组用高空气球测出，在0.25cm到0.06cm波段，有2.99K的黑体辐射。至此，实验结果与理论已得到极好的符合，彭齐亚斯和威尔逊观测到的多余天线温度确实是宇宙微波背景辐射，这种辐射在宇宙各处的各向同性、无偏振、具有大约3K的黑体谱。这项成果对宇宙学的研究具有重大意义，为此，彭齐亚斯和威尔逊获得了1978年诺贝尔物理学奖。
