物質科學的精確性和粗略性

物理學是研究物體的相互作用、物質結構和演變規律的科學，宇宙學則是研究天體的相互作用、天體和宇宙結構和演化規律的科學，物理學和宇宙學的研究物件符合科學哲學邏輯論的等效原理，物理學是小物質結構的“宇宙學”，宇宙學則是大物質結構的“物理學”。物質表現了物質體系內在的結構性，宇宙表現了物質體系外在的結構性，物質和宇宙結構的等效關係是物質科學中最神奇的現象之一。可以把物質科學簡略地分為物理學和天文學，物質科學在物理學中更多地表現為精確性，更少地表現為粗略性，而物質科學在天文學中更多地表現為粗略性，更少地表現為精確性，但現代天文學和宇宙學日益成為一門精確的科學，即使是最為精確的量子力學在“測不準原理”的作用下也展現了對應物理引數的粗略性。

物質的演變或者從穩定的結構轉化為不穩定的結構，或者從不穩定的結構轉化為穩定的結構，同樣，宇宙的演化或者從結構的穩定性轉化為結構的不穩定性，或者從結構的不穩定性轉化為結構的穩定性。物質結構和宇宙結構從穩定性到不穩定性的轉化和從不穩定性到穩定性的轉化構成了一個週期，科學哲學的週期原理或週期性原理是對物質和宇宙運動和結構演變過程中往復性和重複性現象的抽象、提煉和概括。科學哲學的週期原理既適用於物質和生命的科學，也適用於心理和社會的科學，科學哲學的狹義週期性原理由此拓展為普通哲學的廣義週期性原理。

宇宙大尺度的物質分佈和時空纖維分佈符合科學哲學均勻論的等效原理。宇宙物理學家透過對宇宙微波背景輻射的精確測量證實了時空分佈的均勻性。宇宙微波背景輻射是太空中無處不在的在微波能段的微弱輻射，它的能譜對應了絕對溫度僅為2。7開爾文的黑體輻射，它對應的溫度在不同區域輻射漲落的差異小於萬分之一開爾文。上個世紀的六十年代，貝爾實驗室的兩位工程師非常巧合地發現了“噪聲無處不有”的宇宙微波背景輻射，這項偉大的天文發現不僅成為了宇宙大爆炸理論最有力的證據之一，而且成為了大尺度的時空均勻性和各向同性的關鍵證據。

透過對“宇宙島”或宇宙星系分佈的大量觀測，宇宙物理學家證實了在大尺度時空背景下物質分佈的均勻性。在大於1億光年的時空尺度，天體和星系物質的分佈表現了明顯的均勻性和各向同性。愛因斯坦最早把物質分佈在宇宙學尺度表現的均勻性和各向同性稱之為“宇宙學原理”，物質在宇宙學尺度分佈的均勻性和各向同性既符合科學哲學不變性的等效原理或等效性的不變性原理，也符合科學哲學不可區分性的等效原理或等效性的不可區分原理。

具體說來，在宇宙空間的任何一點和在任何一點的任何方向上，這些點的物理指標在同一時刻都是不變或不可區分的，諸如：空間任何一點的密度和壓強、曲率和紅移指標都完全相同，而在不同的時刻，這些點的物理指標發生了變化，比如：宇宙背景輻射從宇宙的創生到今日宇宙表現為輻射溫度的遞減原理，反之，宇宙背景輻射從今日宇宙到宇宙的刨生表現為輻射溫度的遞增原理，但在同一時刻，宇宙任何一點的背景輻射溫度都是相同的。宇宙學原理在哈勃和愛因斯坦的時代主要以科學假說形式出現，而現代大尺度的天文觀測技術基本上證實了物質分佈均勻性和各向一致性的宇宙學原理。

可以把宇宙學原理分為在天文尺度下物質分佈均勻性和時空分佈均勻性的兩種型別，雖然在天文尺度下物質分佈和時空分佈符合科學哲學均衡論的等效原理，但時空纖維在任何尺度的均勻分佈都表現了量子場論的精確性，而天體物質在大天文尺度（大於1光年或3。5光年）的分佈表現了經典場論的均勻性，在小天文尺度（小於1光年或3。5光年）的分佈表現了經典場論的非均性。有的天文學家將“大天文尺度”和“小天文尺度”的界線劃定在1億光年，有的天文學家將這一界線劃定在3。5億光年等。

從小天文尺度到大天文尺度，天體和星系物質分佈的均勻性或均衡態的精確性符合科學哲學變化論的遞增原理；反之，從大天文尺度到小天文尺度，天體和星系物質分佈的均勻性或均衡態的精確性符合科學哲學變化論的遞減原理。從數十億、數百億光年的超大天文尺度衡量，天體和星系物質分佈的均勻性趨向於時空量子場論的精確性，好似發生了廣義相對論向量子力學的轉化，這種奇異性的轉化關係說明了，從引力到量子引力的轉化和從小天文尺度物質分佈到大天文尺度物質分佈的轉化符合科學哲學轉換論的等效原理或等效論的轉換原理。

星系物質在大天文尺度表現了均勻性，這一理論假設變成了現代天文觀測的事實，人們在哈勃天文時代之前沒有掌握大尺度天文距離的測量方法，甚至認為銀河系就是整個的宇宙，天文學家將銀河系的恆星描繪在二維平面的天球座標上，恆星的分佈看起來大致是均勻的，他們由此產生了宇宙學原理的最初想法。天文學家在哈勃和後哈勃的天文時代掌握了大尺度天文距離的測量方法，銀河系只是宇宙星系其中的一個，天文學家將包括銀河系在內的可觀測星系描繪在三維立體的天球座標上，兩個維度標識星系在天球面的縱橫座標，第三個維度標識星系從球心到球面的距離，星系的分佈看起來大致是均勻的。天體和星系物質在大尺度二維平面座標和三維立體座標的分佈符合科學哲學均勻論的等效原理。

以量子力學測量的宇宙時空均勻的精確性遠高於以經典力學和相對論測定的宇宙物質均勻的精確性。宇宙大尺度結構體的發現對宇宙學原理構成了很大的考驗，比如：在宇宙座標的三維圖形上出現了大量“空洞”和眾多星系排列布陣的“長城”，宇宙空洞沒有或只有極稀少的天體和星系、氣體和塵埃物質，2007年，天文學家發現了一個直徑為6到10億光年的巨型空洞，2013年，天文學家發現了一個超大型的類星體群，U1。27類星體群由73個類星體組成，跨度達到了40億光年，2003年，天文學家發現了一個星系組合的“薩隆長城”，在太空綿延的長度為14億光年。宇宙超大空洞和超大結構體的發現證實了，大天文尺度物質分佈均勻性的宇宙學原理只有粗略和相對的精確性。