书摘
至此,我们尚未考虑**解与物理宇宙之间的关系。沿着Einstein的思
路,我们要问,能否找到某种时空作为适当形式的物质场的**解,而且它
对可观测宇宙的大尺度性质能给予很好的说明?如果答案是肯定的,则我们
可以宣称我们拥有了一个合理的“宇宙学模型”或物理宇宙的模型。
但是,若不对现有的某些思想加以综合取舍我们就无法构造宇宙学模型
。在*早的宇宙学里,人类把自身置于宇宙**的主宰地位。自CoperTIiCU
S时代以来,我们的地位已降低为在一个中等大小的星系的边缘绕着一颗中
等大小的恒星旋转的中等大小的行星,而这个星系本身也不过是局部星系群
里的一员。其实,我们今天已经没什么好骄傲的了,我们不再声称我们在空
间的位置具有任何意义的特殊。按Bondi(1960)的说法,我们将这种假定称
为Copernicus原理。
对这个多少有些含糊的原理,一种合理的诠释是将它理解为,从某个恰
当的尺度看,宇宙在空间上是近似均匀的。
这里所谓空间的均匀性是指,存在一自由作用于。M的等距变换群,其
可迁曲面是类空三维曲面。换言之,这些曲面上的任一点均等价于同一曲面
上任何其他点。当然,宇宙并不是严格空间均匀的,还存在诸如恒星和星系
等局部不均匀性。尽管如此,我们仍可以合理地假定宇宙在足够大的尺度上
是空间均匀的。
虽然我们可以构建满足这种均匀性要求的数学���型(见下节),但要通过
观察来直接检验这种均匀性则是十分困难的,因为没什么简单方法可以用来
测量我们与遥远天体之间的距离。这种困难可以克服,因为原则上我们可以
很容易地在对河外星系的观察中发现各向同性(即我们能看出不同方向上的
观察结果是否相同),而各向同性与均匀性是密切相关的。迄今为止进行的
各向同性观测结果表明,我们周围的宇宙是近似球对称的。
特别是,观测表明,河外星系射电源的分布是近似各向同性的,而*近
观测的宇宙微波背景辐射,在我们检测过的区域,也是高度各向同性的(进
一步讨论见第10章)。
我们完全可以写出并验证所有球对称时空的度规,尤其是Schwalzschild和R
eissner-Nordstrom解(见§5.5),但它们都是渐近平直的空间。一般说来
,球对称空间可能至多存在两点,从这两点看,空间才呈球对称。尽管它们
可作为大质量天体附近的时空模型,但只能作为与我们从某个非常特
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