数学史专题
四千年前，巴比伦人就是技艺娴熟的天文学家，能够预测月亮、恒星、行星和太阳在天空中的视运动，甚至能预测日食和月食。但最早建立宇宙学模型来解释这些运动的是古希腊人。公元前四世纪，他们提出了这样的观念：恒星固定在一个天球上，天球每24小时绕球形地球旋转一周，而行星、太阳和月亮则在天地之间的以太中运动。
这一模型在随后几个世纪中得到进一步发展，最终在公元二世纪由克劳狄乌斯·托勒密的伟大体系达到顶峰。完美的运动应当是圆周运动，因此恒星和行星作为天体，都沿圆周运动。然而，为了解释行星看似会周期性折返自身的复杂运动，不得不引入本轮，使行星在固定的地球周围沿圆上之圆运动。
尽管结构复杂，克劳狄乌斯·托勒密所构建的模型在再现行星视运动方面如此成功，以至于当尼古拉·哥白尼在十六世纪提出日心体系时，其精度无法与克劳狄乌斯·托勒密的地心体系相比。尼古拉·哥白尼构建了一个模型，其中地球自转，并与其他行星一起沿圆形轨道绕太阳运动。但当时的观测证据却支持托勒密体系！
当时许多天文学家拒绝哥白尼关于地球绕太阳运动的观念，还有其他实际原因。第谷·布拉赫是十六世纪最伟大的天文学家。他意识到，如果地球绕太阳运动，那么从地球轨道不同位置观测时，恒星的相对位置应当发生变化。但并没有这种称为视差的位移的证据。要么地球是固定的，要么恒星必须极其遥远。
直到十七世纪初借助新发明的望远镜，伽利略才得以对地球位于宇宙中心的观念给予致命打击。他发现了环绕木星的卫星。而如果卫星可以环绕另一颗行星，为什么行星不能环绕太阳呢？
与此同时，第谷·布拉赫的助手约翰内斯·开普勒发现了构建日心模型的关键。行星绕太阳沿椭圆而非完美圆周运动。艾萨克·牛顿后来表明，椭圆运动可以用他的引力平方反比定律来解释。
但当地球绕太阳转动时，恒星视位置中没有任何可观测的视差，这就意味着恒星必定距离太阳极其遥远。宇宙似乎是一片浩瀚的星海。借助望远镜，伽利略能够分辨出数千颗肉眼不可见的新恒星。艾萨克·牛顿得出结论：宇宙必定是一片无限而永恒的星海，每一颗都像我们自己的太阳。
直到十九世纪，天文学家和数学家弗里德里希·威廉·贝塞尔才终于通过视差测出了到恒星的距离。离我们最近的恒星（除太阳外）距离约为2500万亿英里！（相比之下，太阳离地球只有9300万英里。）
我们能看到的大多数恒星都包含在银河系中——那条横跨夜空的明亮星带。康德等人提出，我们的银河系实际上是一个透镜状的“岛宇宙”或星系，而在我们自己的银河系之外必定还有其他星系。
除了恒星和行星，天文学家还注意到夜空中模糊的光斑，他们称之为星云。一些天文学家认为这些可能是遥远的星系。直到20世纪20年代，美国天文学家爱德文·哈勃才证实其中一些星云确实是遥远的星系，大小与我们自己的银河系相当。
爱德文·哈勃还做出了一个非凡的发现：这些星系似乎在离我们远去，其速度与它们离我们的距离成正比。人们很快意识到，用阿尔伯特·爱因斯坦最近发现的广义相对论可以非常自然地解释这一点：我们的宇宙正在膨胀！
事实上，阿尔伯特·爱因斯坦在1915年首次提出他的理论之后，本可以预言宇宙正在膨胀。物质在引力作用下倾向于聚拢，因此不可能有一个静态的宇宙。然而，阿尔伯特·爱因斯坦意识到他可以在数学方程中引入一个任意常数，这个常数可以平衡引力，使星系彼此分离。这后来被称为宇宙学常数。在发现宇宙实际上正在膨胀之后，阿尔伯特·爱因斯坦宣称引入宇宙学常数是他一生中最大的错误！
俄罗斯数学家和气象学家亚历山大·弗里德曼在1917年意识到，阿尔伯特·爱因斯坦方程可以描述一个膨胀的宇宙。这个解意味着宇宙是在大约一百亿年前的一个瞬间诞生的，在那次初始爆发之后，星系仍在离我们远去。所有的物质，乃至宇宙本身，都是在那一瞬间被创造出来的。英国天文学家弗雷德·霍伊尔轻蔑地称之为“大爆炸”，这个名字就此流传下来。
曾有一种与之竞争的模型，称为稳恒态理论——由赫尔曼·邦迪、戈尔德和弗雷德·霍伊尔倡导——旨在解释宇宙的膨胀。这要求物质持续创生，以便在宇宙膨胀时产生新的星系，从而确保宇宙可以膨胀，但在时间上仍然保持不变。
多年来，宇宙是永恒不变的，还是只存在了有限的时间，这似乎只是一个纯学术问题。但是，1965年彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射，这对稳恒态模型给予了决定性的打击。这被解释为热大爆炸强烈辐射的微弱余辉，而阿尔弗和雅各布·赫尔曼早在1949年就预言了这一点。
继20世纪40年代伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼的早期工作之后，理论家们计算了热大爆炸中可能产生的氢和氦元素的相对丰度，发现与观测结果非常吻合。当计算其他轻元素的丰度时，这些也与观测值一致。
自20世纪70年代以来，几乎所有宇宙学家都已接受热大爆炸模型，并开始就我们的宇宙提出更具体但仍属根本性的问题。我们今天观测到的星系和星系团是如何从原初膨胀中形成的？宇宙中的大部分物质是由什么构成的？我们怎么知道那里没有黑洞或某种不像恒星那样发光的暗物质？广义相对论告诉我们物质会弯曲时空，那么宇宙是什么形状？到底有没有宇宙学常数？
我们才刚刚开始找到其中一些问题的答案。宇宙微波背景辐射起着关键作用，因为它为我们提供了大爆炸后仅十万年时宇宙的图景。结果发现它如此显著地均匀，以至于直到1992年，美国宇航局的宇宙背景探测者卫星才首次探测到这种背景辐射中的各向异性。辐射温度有微小的涨落，大约为十万分之一，这可能是星系形成的种子。
自20世纪80年代初以来，人们对早期宇宙物理学的兴趣激增。新技术和卫星实验，如爱德文·哈勃空间望远镜，为我们带来了不断改善的宇宙图景，激励理论家们利用相对论和粒子物理学的最新思想，提出越来越大胆的模型。