※略識“現代宇宙學”※
※略識“現代宇宙學”※
現代宇宙學是天文學和物理學的分支學科，它從整體的角度研究宇宙的結構、運動和演化。愛因斯坦證明，空間、時間和物質，是人類認識的錯覺。宇宙作為演化著的整體被確認，在現代自然科學的發展中具有非常重要的意義。
現代宇宙學的任務是探索比星系更高的宇宙層次，研究觀測所及的大尺度宇宙的時空特性、物質及其運動規律。近幾十年來，科學家們提出了一些較有價值的宇宙理論。主要有：愛因斯坦的靜態宇宙模型、穩恒態宇宙學、膨脹宇宙模型、物質—反物質宇宙模型、大爆炸宇宙學和暴脹宇宙論。靜態宇宙模型已被天文觀測所否定。穩恒態宇宙學未被廣泛接受。
20世紀以來，天文學家們建立起多種宇宙模型。概括起來主要有兩大派別：一類叫穩恒態宇宙模型，它認為宇宙在大尺度上的物質分佈和物理性質是不隨時間變化的，穩恒不變。不僅在空間上是均勻的，各向同性的，而且在時間上也是穩定的。這是1948年英國天文學家邦迪等人提出的；另一類叫演化態模型，它認為宇宙在大尺度上的物質分佈和物理性質是隨時間在變化的。這是1922年，蘇聯數學家弗裏德曼在解愛因斯坦引力場方程時得到的。
進入20世紀以來，由於人類科學技術的飛速發展，天文觀測手段出現一次又一次的革命性
熱大爆炸宇宙學認為，大約在150億年前，在一個緻密熾熱的奇點發生了驚人的熱大爆炸。這的進展，觀測到了上百億光年的宇宙空間，瞭解到天體的上百億年的時間演化。天文學家們對這樣的大尺度空間和悠久的時間裏的物質演變產生了濃厚的興趣。如何解釋已觀測到的許許多多客觀事實，如何利用現代物理學對這許許多多觀測事實給予科學的說明？這些就是現代宇宙學的任務，它是天文學中的一個分支。也就是說，現代宇宙學從整體上研究大尺度的時空性質，物質運動的規律。它是當代天文學中最活躍的前沿陣地之一。現代宇宙學的最大特徵是必須尊重觀測到的客觀事實，不能憑想像。而且必須能在理論物理學的基礎上給予科學的說明。它涉及到恒星的起源和演化，星系的起源和演化，元素的起源和演化等多方面的基礎理論問題。人們最想知道的是：宇宙是什麼樣子呢？宇宙有多大？宇宙的結構如何？宇宙有沒有誕生之日和終結之時？
在眾多的宇宙模型中，影響較大的是熱大爆炸宇宙學說。場爆炸後，形成迅速的膨脹，逐漸形成了我們今日可見的宇宙。這就告訴我們，不僅宇宙間的萬物在演化，大尺度的宇宙本身也是演化的主體。那麼，有沒有觀測到的事實來支持這個觀點呢？上面介紹的有關星系的紅移現象和哈勃定律等，都支持了宇宙還在膨脹之中的論點。另外，20世紀60年代天文學中的四大發現之一的微波背景輻射認為，星空背景普遍存在著2.7K微波背景輻射，這種輻射在天空中是各向同性的。這同由理論預言的熱大爆炸遺留下的餘熱相符，有利地支持了大爆炸宇宙學的觀點。但是，熱大爆炸宇宙學也有些根本性問題沒解決。如大爆炸前的宇宙是什麼樣，大爆炸是怎麼引起的、宇宙的膨脹未來是什麼結局？……。關於宇宙的問題雖然沒有解決，但是，我們可以看到兩個偉大的事實：一、人是宇宙物質演化的結果。而人的思維又反過來認識宇宙間的萬物，充分體現了人的智慧和力量的偉大；二、人類對宇宙的認識，特別是近幾十年來在觀測事實和理論分析中都有巨大的飛躍，它預示著未來會有突破性的偉大成就，這是人類社會和科學發展的規律，我們每個人都不是局外人。
從古至今，人們一直渴望瞭解大千世界的來龍去脈。在終於瞭解我們定居的這顆星球不過是茫茫宇宙無數星體中的一個以後，天文學家開始致力探索宇宙的起源。幾十年來，粒子物理學家和天文學家聯手勾畫出一種可能的宇宙早期圖像：宇宙發端於距今150多億年前的大爆炸。
大爆炸宇宙學的建立經歷過三度輝煌：第一次是在20世紀20 - 40年代，哈勃發現了宇宙中遙遠天體的整體退行，也就是正在離我們而去，伽莫夫由此建立了熱大爆炸宇宙學的基本框架；第二次是1964年，兩位美國工程師意外地發現了宇宙大爆炸遺留下來的原始火球即微波背景輻射，它的冷卻溫度（3K）符合伽莫夫的理論預言：這一劃時代的發現榮獲1978年諾貝爾物理學獎；第三次便是1998年，人們第一次確定了宇宙的組成——40%的物質和60%的“黑色”能量。而在這40%的物質中，僅有5%是人們熟知的“普通”物質，其餘35%則為不可視的“暗物質”。
大爆炸宇宙學的提出建立三大天文觀測之上：宇宙天體的彼此膨脹，高度各向同性的微波背景輻射和構成宇宙萬物的原始物質豐度。三大基礎相互密切聯繫。
根據宇宙大爆炸學的觀點，大爆炸發生後，宇宙中的物質開始是聚集在一個小的體積內，溫度很高（即原始火球）。而隨著宇宙的膨脹溫度逐步下降，大約3分鐘後質子與中子開始結合形成輕元素氫和氦，即今天宇宙中主要的兩種物質組成，其比重是氫占77%，氦占23%。這一推斷與天文觀測完全相符。
除這三大佐證之外，各種天文觀測都從很多角度對大爆炸宇宙學進行了全面細緻的檢驗，例如用U-2飛機把敏感無線電天線送到接近地球大氣層頂部進行的觀測已經表明，背景輻射大體上在所有的方向都一樣強；以美國COBE衛星為代表的許多探測器發現遺留在微波背景上的溫度起伏只有萬分之幾。這一方面說明微波背景輻射的高度各向同性，同時又證明了這一微小漲落正是造就今天宇宙各種大尺度結構的“種子”。另一重要的驗證是大爆炸宇宙學所預言的宇宙年齡（通常用哈勃常數度量）與宇宙中存在的古老天體完全一致。今天，大爆炸宇宙學已經成為天體物理乃至物理學中最成熟的理論體系之一。
※現代宇宙學中的五大問題：宇宙的外面是什麼？※
“現代宇宙學”是一門天文學和物理學的交叉學科,它從整體的角度研究宇宙的結構、運動和演化,可謂願景宏大、雄心勃勃。20世紀至今,宇宙學家們建立了五花八門的宇宙模型,這些宇宙模型主要分為兩大派別:一種是“穩恒態宇宙模型”,認為宇宙在大尺度上的物質分佈和物理性質是穩恒不變的;另一種是“演化態模型”,認為宇宙在大尺度上的物質分佈和物理性質是隨著時間而變化。名目繁多的現代宇宙學理論中,“大爆炸宇宙論”(The Big Bang Theory)最為著名,這一理論認為宇宙是一個“奇點”在137億年前發生了大爆炸之後所形成的。儘管一些樂觀派人士認為21世紀是現代宇宙學的“黃金時期”,但其中的五個問題仍讓人困惑不已。
<一>太陽系是否處於宇宙的中心?
20世紀初期,美國天文學家愛德文.哈勃(Edwin Hubble)和助手密爾頓.赫馬森(Milton Humason)發現遠方星系的譜線均有紅移,而且距離越遠、紅移越大,進而他們得出了一個重要結論,即其他星系正遠離銀河系而去,證明了“宇宙膨脹說”。天文學家們常用充氣的氣球比擬和解說“宇宙膨脹說”,可招致了大多數人的誤解和曲解,他們會好奇和詢問地球、太陽系、甚至銀河系是不是整個宇宙的中心,若不是,那麼整個宇宙的中心在哪里。事實上,整個宇宙並無“中心”,也就是說,不存在一個比較優越的參考系。
<二>宇宙正往哪里膨脹?
受日常生活經驗的影響,一部分人認為整個宇宙不斷膨脹的話,那麼它向什麼地方膨脹呢?比如某個人把氣球放在一個小玻璃瓶中,鼓脹的氣球充滿小玻璃瓶內的空間之後,它就無法在擴大了,那麼,是不是宇宙外側也有什麼“空間”可供它膨脹呢?天文學家認為,依據阿爾伯特.愛因斯坦的相對論,宇宙是自我獨立的整體,它並不需要嵌入高維空間,就可以實現彎曲、收縮和膨脹。
<三>“大爆炸”到底是什麼樣的爆炸?
天文學家查理斯.貝內特(Charles Bennett)認為,“大爆炸”這個詞並不能恰如其分的描述“大爆炸宇宙學”這一理論,“大爆炸宇宙學”表述的是宇宙的膨脹和冷卻,而“大爆炸”往往讓人們聯想到鞭炮的炸裂、以及其他的化學爆炸現象,一旦人們有了這個先入為主的印象,就難以把“宇宙大爆炸”想像成其他的東西。“宇宙大爆炸”更接近於物質、能量、時間以及空間自身的創生和伸展,“膨脹宇宙理論”這個名字比“宇宙大爆炸”更貼切一些。
<四>“大爆炸”之前是什麼呢?
目前,沒有人確切的知曉“大爆炸”之前是什麼,也許“大爆炸”之前一無所有、是一種純粹的虛無狀態,也許“大爆炸”之前超乎想像、是一種更高緯度的存在物。美國哈佛大學的阿維.洛布(Avi Loeb)教授認為,宇宙起始於迴圈大爆炸,也就是說,宇宙不斷的重複著膨脹和收縮,“奇點”同時是宇宙的起點和終點,不過,並沒有觀測資料能證實他的假說。
<五>宇宙的“外面”是什麼?
一部分宇宙學家認為,宇宙是無限的,也就是說,宇宙並無一個區分“裏面”和“外面”的界限,它無邊無垠、無比寬廣,經歷了一個超高速膨脹階段之後,它仍會一直膨脹下去,人類觀測到的宇宙僅僅是滄海一粟。
※現代宇宙學※
〈宇宙構造〉
宇宙中的物質並非隨機分佈。星系，類星體和星系際氣體以類似肥皂泡的結構分佈——相交的星系和密集的星系團構成的薄壁圍繞著巨洞。SDSS的一個主要使命就是去描繪這些遙遠的結構的圖像細節。對於宇宙演化，科學家們有很多理論，各自所預測的宇宙大尺度結構都不同。而SDSS的觀測可以告訴我們那些理論是對的，或者我們是否需要一個全新的理念。
<一>星系團
星系經常彼此靠近，形成星系團。這些星系團的分佈及該分佈的演化對於甄別宇宙模型十分重要：到目前為止，不同的宇宙模型所預測的星系團的數量及其紅移都不同。而且，不僅星系會形成星系團，星系團本身也會集結成團！星系與星系團易於集結成團的程度也是檢驗不同理論的一個指標。通過研究這些星系團的集群、分佈與演化，可以使我們對宇宙中集群的形成瞭解得更多，這也是宇宙學的一個基本目標。
由於星系團十分龐大(品質可達到太陽的1014倍)，它們的引力足以維持溫度達到幾百萬攝氏度的熾熱氣體。這些氣體發射出X射線波段的輻射，可以被像Chandra, ROSAT, 和 XMM。這樣的X射線人造衛星觀測到。這些人造衛星發現很大一部分星系團有結構和複雜的內部運動，表明其仍在演化。同時它們也發現占星系團的可見品質比例最大的是發射X射線的氣體，比所有星系品質的總和還大。這個結果很有意思——你是否還記得星系團是因其星系的高度密集而被發現的，然而現在我們卻發現星系只占星系團品質的一小部分。有些天文學家甚至認為星系團沒有星系也能存在——它是巨大的團氣體。
星系團品質很大，由廣義相對論可知品質大的物體會使經過它的光線彎曲，這被稱作引力透鏡效應。由星系團引起的透鏡效應的程度取決於星系團的總品質，從而通過測量透鏡效應的程度我們便可以計算星系團的品質。這些測量可以會同其他的品質估算，比如發射X射線的氣體的總量和星系團中星系的速度，通過這些品質估算，我們可以計算星系團的質光比M/L。這個比例允許我們估計出這個偏差，從而我們可以瞭解星系相對于其餘物質的分佈。質光比還有助於對宇宙的總品質估界。
如果我們把我們可見的星系的品質加起來，再加上可觀測到的X射線氣體，在同估算的星系團品質相比較，會發現絕大多數物質是其他形式的！這多餘的物質因為其不發光被稱為暗物質。實際上，似乎宇宙中絕大多數物質都是我們不能直接觀測卻可以通過引力推知其存在的暗物質。科學家對暗物質的本質有幾種理論，但沒人能下定論。暗物質是過去十年中最偉大最有奇妙的發現。
絕大多數橢圓星系和S0型星系都以星系團的形式存在，在更緻密的星系團中發現這類星系更多。令人驚奇的是，天文學家無法很好地解釋為什麼絕大多數星團都有橢圓型星系，也對星系在星系團中的演化知之甚少。我們知道在以前的星系團中看起來藍星系更多，可以認為是更多的恒星生成的原因。然而在宇宙只有幾十億歲時，我們也可看到包含很多衰老的紅星系的星系團，甚至紅移幾乎是1。用SDSS我們在數以千計的星系團中，可以研究遠比以前要多得多的分佈其中的這些類型的星系。
<二>超星系團
超星系團是星系團形成的團。如果說星系團經常出現在宇宙肥皂泡的細絲和壁上，超星系團則在這些壁的交界處。超星系團是宇宙中已知的最大結構，有些跨度達2億光年！然而由於這種結構非常稀少，我們只瞭解幾個。最著名的超星團較近，包括長城與英仙-雙魚座超星系團。最近有證據表明超星系團紅移大約為1，這就給宇宙模型與結構形成作了重要的界定。另外，超星系團的質光比和星系團的類似。這個發現表明除了構成星系團的品質，神秘的暗物質不可能再對宇宙的品質構成其他影響。
巨洞
從10,853個星系的分佈例子，是SDSS主巡天的一小片斷，另選了486個“明亮的紅星系”來測量更高紅移的星系結構。這個例子僅包括了預期最終光譜資料的1%！這個由薄壁、細絲和巨洞構成的肥皂泡狀網路清晰可見。不同宇宙模型所預期的巨洞的空間區域是不同的；從而，精確度量宇宙的這些大尺度結構為我們身在其中的這個宇宙的性態提供了線索。
〈膨脹的宇宙〉
在很長一段時間裏，天文學家們總是在斟酌一些關於宇宙大小和年齡的問題。宇宙會無限制的膨脹嗎？或者宇宙在某處會有一個邊界？宇宙總是存在嗎？或者宇宙是在過去的某一時間點上才出現？在１９２９年，卡耐基天文臺的一個天文學家?D?D埃得溫?哈勃，他有一個重要的發現，這個發現很快的對這些問題有了科學的回答：他發現宇宙是膨脹的。
古希臘人認為想像無限的宇宙是個什麼樣子是非常困難的。但是，他們也常常在想如果宇宙是有限的，那麼在邊緣你伸出你的手，你的手將會去哪里？希臘人關於宇宙的兩個問題表明了一個矛盾－宇宙只好既是有限的又是無限的，並且兩種選擇中的任何一個都是有問題的。
當出現了現代天文學後，另外一個矛盾也開始讓天文學家們迷惑不解。在１９世紀早期，德國天文學家Heinrich Olbers主張宇宙是有限的這個觀點。Olbers說，如果宇宙是無限並且從始至終都包含恒星的話，那麼當你從任何一個特殊的方向觀測的話，你的視線最終將會指向恒星的表面。儘管在天空中，恒星的大小會隨著距離的增加越來越小，但是這個小的表面的亮度卻保持不變。因此，如果宇宙是無限的，那麼整個晚上的天空應該象一個恒星那麼亮。很明顯，晚上的天空是黑暗的，所以宇宙應該是有限的。
但是，當以撒牛頓發現引力定律，他就意識到重力是有吸引力的。在宇宙中的每個物體都吸引著其他的物體。如果宇宙真的是有限的，那麼宇宙中所有物體的引力應該能夠導致整個宇宙自己坍塌。很明顯，這沒有發生，所以天文學家又碰到了一個矛盾。
當愛因斯坦在廣義相對論裏發展他的重力理論時，他發現他碰到了跟牛頓一樣的問題：他的方程也說明宇宙應該既是膨脹的也是塌縮的，然而他假定宇宙是靜止的。他最初的解決方法包括了一個常量，稱為宇宙學常數。這在大的範圍內消除了重力的影響，並且導致了一個靜止了宇宙。在哈勃發現宇宙是膨脹後，愛因斯坦稱宇宙常數是他“最大的失誤”。
大約在同一時期，大型望遠鏡開始建設，這樣能夠正確測量暗的物體的光譜，或者說是光的強度作為波長的函數。利用這些新的資料，天文學家試圖去理解他們觀測到的模糊的很多的物體。在1912年到1922年這段時間裏了，亞利桑那州洛厄爾天文臺的天文學家Vesto Slipher發現這些天體的光譜都有系統的移動到長的波段或者紅移。一段時間後，其他的天文學家指出這些模糊的星體是遙遠的星系。
<一>膨脹宇宙的發現
同時,另一些物理和數學家在研究愛因斯坦的引力理論時發現那些方程能描述膨脹的宇宙。在這些解決方法中，來自遠方物體的光經過膨脹的宇宙過程中時將發生紅移。紅移大小將會隨距離的增加而增大。
在1929年,哈勃在卡耐基天文臺工作，他測量了許多遙遠星系的紅移。他還通過測量每個星系中一組Cepheids變星的亮度來測量星的相對距離。當他根據相對距離繪製出紅移量時，他發現紅移量隨著星系距離的增大而呈線性函數增大。對這種結果的唯一解釋是宇宙一直都在膨脹。
一旦科學家明白了宇宙在膨脹，他們會立刻意識到宇宙過去是很小的。或在過去的某時侯，宇宙曾是一個點。這個後來被稱做大爆炸的點是我們今天理解的宇宙的起點。
膨脹的宇宙在時間和空間上都是有限的。根據牛頓和愛因斯坦的方程，宇宙將會塌陷，而宇宙不會塌陷的原因是它從它創生之日其一直在膨脹，宇宙處於變化的穩定狀態。宇宙大爆炸是一種新的基於現代物理的觀點，解決了從遠古直到20世紀早期一直困擾天文學家的難題。
<二>膨脹宇宙的性質
膨脹宇宙最終有三個結局，每種結局預示著宇宙的一種完全不同的命運。至於最終那種結果會到來將由宇宙膨脹多快和它有多少物質決定。
宇宙的三種可能的膨脹方式分別可稱做：開放宇宙、扁平宇宙、封閉宇宙。假若宇宙是開放的，它將永遠膨脹下去。假若宇宙是扁平的，它同樣將永遠膨脹下去，但是膨脹的速率在無限長時間裏將逐漸減小到零。假若宇宙是封閉的，最終它將停止膨脹並且收縮可能會導致另一次大爆炸。在所有的三種情況，引起膨脹變慢的是引力。
簡單的類似我們可以理解地面上發射太空船的情況。如果太空船沒有足夠的速度逃脫地球的引力，它將掉到地面上。這和封閉的宇宙收縮有相同道理。如果太空船有正好足夠的速度逃脫地球的引力，它將在距離地球很遠的地方停下來（這就是扁平宇宙）。最後如果太空船有超過一定速度逃脫地球的引力，即使到無窮遠處它總還是有一定的速度（開放宇宙）。
<三>宇宙的命運
在過去的八年中，天文學家逐步提高了關於宇宙論的兩個重要參數的測量精度，Ho—宇宙的膨脹速率,w－宇宙中的物質的平均密度。對這兩個參數的認知將會告訴我們三個中哪一個是用來描述我們所居住的宇宙的模型，從而得知宇宙的最終命運。斯隆數位化巡天—擁有巨大的測量宇宙中星系密度的體系—可以使天文學家更精確地測量密度參數w。
<四>重元素
天文學家不僅對宇宙的命運感興趣，同樣他們對宇宙當前的物理形態也很感興趣。他們試圖解決的一個問題是：為什麼宇宙主要是由氫和核組成，而又是什麼原因造成了重量元素的相關濃縮。
隨著三、四十年代核子物理學的發展，科學家開始嘗試解釋宇宙中大量的重元素。他們假設重元素是由早期宇宙中的原始氫合成。四十年代後期，美國物理學家喬治Gamow 、亞伯特.赫曼和拉爾夫.埃菲爾指出在很久以前宇宙非常炎熱並且緻密。他們做出計算來表明無論核原子反應是否發生在高溫區依然都可以產生重元素。
遺憾的是，他們發現除了氦元素外任何可測量的量，都不可能形成重元素。現在，我們知道了當一個垂死的巨大恒星爆炸時，重元素既可以在恒星內核裏合成又可以在超新星裏形成。
蓋曼、赫曼和埃菲爾當時認為如果宇宙在過去是炎熱的和緻密的，從早期的宇宙中輻射依然應該有剩餘。這個輻射有一個明確定義的光譜（稱為黑體光譜），這個取決於它的溫度。當宇宙膨脹時，這個光線的光譜將會紅移到更長的波段，溫度也將會隨著宇宙的冷卻而下降超過壹千度。
<五>宇宙微波的背景輻射
1963年，新澤西州的Holmdel ，Arno Penzias和Robert Wilson兩個科學家在一顆人造衛星上設計去測量宇宙微波。他們測試衛星的天線時，他們發現神秘的微波均勻的從各個方向而來。開始，他們以為天線出了問題。但是，反復檢查後他們意識到他們發現了一些真的東西。他們的發現正是多年前蓋曼、赫曼和拉爾夫預言的輻射。Penzias和Wilson發現的輻射被稱為宇宙微波背景輻射，這種輻射讓很多天文學家相信宇宙大爆炸理論是正確的。因為發現了宇宙微波背景輻射，Penzias and Wilson被授予了1978年的諾貝爾物理學獎。
在Penzias and Wilson發現了宇宙微波背景輻射後，天文學家開始探索他們能否適當的運用這一原理來研究多年前的宇宙究竟是什麼樣子。根據宇宙大爆炸原理，微波背景輻射包含了十億年前物質是如何分佈的資訊，而在當時宇宙僅僅只有500,000年。
在當時，恒星和星系還沒有形成。當時宇宙還是有電子和原子核組成的一鍋“熱粥”。這些粒子不斷的和光子發生碰撞就形成了背景輻射，這就形成了超過3000攝氏度的溫度。
不久之後，宇宙足夠膨脹，並且背景輻射足夠冷卻，因此電子將會與核子結合形成原子。因為原子是電中性的，背景輻射的光子就不再和它們有衝突了。
自從第一個原子形成，宇宙的密度就發生了輕微的變化，隨後它發展成今天我們看到的銀河系和星雲。而這種密度上的變化導致了微小的背景輻射的溫度變化。現在人們已經能夠檢測到這種溫度變化。科學家們欣喜地意識到存在一種可能性：通過測量不同區域的宇宙微波輻射的溫度變化，就能直接的得到100億年前的宇宙密度的變化情況。
<六>早期宇宙的密度變化
在1990年，一個名叫COBE的宇宙觀測站在整個星空中測量了背景輻射溫度。COBE發現這個變化只有5/100000，但是這顯示了早期宇宙的密度變化。
開始的密度變化將會是成長過了時間變成今天被SDSS觀察到銀河系，銀河系群和超銀河系群。根據Sloan和COBE的資料，天文學家將會能夠重建過去100億到150億年的宇宙的結構演化。根據這些資訊，我們將會對宇宙的歷史有更深的瞭解，這將是一項幾乎難以置信和科學和智慧的成就。
但是測量宇宙中密度變化的進化仍然不能回答最重要的問題，為什麼宇宙首先包涵這些密度的不同？為了回答這些問題，天文學家和天體物理學家必須理解密度變化的性質並且建立宇宙起源的理論，該理論能夠預測這些變化會如何發生。
〈現代宇宙學〉
<一>引力和鴨子
如果看一個局地宇宙中星系分佈的圖，你可能會驚訝地發現星系看起來並不是均勻分佈，而是結團。但其實星系分佈不均勻並不是那麼令人驚奇地事；如果星系均勻地分佈，宇宙的結構將像一個大晶體，目前已知的物理定律不能導出這樣的晶體狀宇宙。
為了瞭解星系如何結團，不妨考慮池塘中的鴨子。一些鴨子出去溜達，但絕大多數鴨子在大多數時間是三三兩兩的結伴轉悠。鴨子試圖結團並不是出於偶然，它們喜歡彼此靠近。
和鴨子一樣，星系結團也非偶然，因為它們也想彼此靠近。當然，不像鴨子，星系沒有意念；使它們“想”待在一起的東西是引力。因為引力總是相互吸引的，這將使得星系靠向彼此。所以隨著宇宙年齡增加和演化，你可以想像得到星系會越來越結團。
結團的概念是用統計學術語來理解和測量的。比如，一個生物學家想研究鴨子的結團行為，他或者她一定要研究多組鴨子，在許多不同的時間，觀察許多不同的池塘。一個天文學家想要研究星系的結團，他或者她一定要有一個很大的系統的巡天樣本—一張天圖—標明星系所在的天圖。SDSS就會提供這樣一張圖。
借助於SDSS的圖，天文學家能夠回答一個關於宇宙大尺度結構的重要的問題：我們應該在多大的尺度上來看宇宙開始均勻的？
天文學家不太驚訝地發現我們的星系—銀河系，是由20個組成的星系團中的一個成員。他們也不怎麼驚訝地發現我們的本星團是一個有著大約兩千個星系的更大的總星系團中的一個成員。但是當看更大的尺度時，他們期望發現一個有序的和可察覺的現象。他們雖然不期望找到象古希臘人所想像的完美有序的宇宙，但是他們相信一旦他們的視線超越他們的局域鄰居後，在幾億光年之內，宇宙的平均性質將變得可以預測。
<二>最大的結構?
但是隨著80年代和90年代更大更深的巡天計畫的完成，天文學家驚奇地發現存在星系團的團，或者叫超星系團，它們是星系構成的巨大的牆和薄片包圍著由稀疏幾個星系構成的空洞。在現在所看到的最大尺度的結構裏，星系的分佈看起來像一個巨大的由肥皂泡組成的泡沫。
今天的天文學的一個基本問題是，“什麼是宇宙中最大的結構？”我們已經發現星系團和超星系團，甚至超星系團的星系團，但是還有沒有超星系團的超星系團或諸如此類的東西？換句話說，在什麼樣的尺度上，星系或者星系團看起來是隨機分佈的？
這個問題對於理解宇宙的誕生和演化是重要的。 物質最初怎麼分佈是早期宇宙理論預測的最基本的問題，因為我們今天看到的星系的分佈就是從最初的分佈演化而來的，今天的關於大尺度分佈和星系成團性的知識是檢驗不同的早期宇宙理論的方法之一。
SDSS的設計可以使這些基本測量更加精確，通過對一個遙遠的大區域的系統觀察，科學家們將能夠測量在這些尺度上結團的數目，用他們的結果來修正早期宇宙理論。
但是如果SDSS證明天文學家是正確的，宇宙在最大尺度上是均勻分佈的，那麼星系為什麼在小尺度上組成星系團和超星系團呢？這個問題的答案存在於“隨機雜訊過程”，這在日常生活中是有很多類似例子的。
隨機雜訊過程的例子有老收音機的靜態雜訊，或者瀑布的聲音，或者是海面上的波紋分佈。顯然在每一種情形下，你每次所聽到和看到於你之前所聽到或看到的都不同，然而，顯而易見的是，你的確在聽同一個瀑布、同一個收音機或在看同一片海。
在所有這些情形中，這些聲音或波的統計性質都是相同的。以海為例，儘管水面總是在變化，但波數的分佈和它們的高度有一些很明確的平均性質。通過一次觀察很大區域的海面或在很長的時間內觀察小部分的海面，你都可以指出海波的總體性質。
天文學家可以從SDSS資料中對宇宙圖中顯示出的星系的分佈進行類似的分析。就像一部分的海可以給出關於水深和風的強度的資訊一樣，星系團可以告訴宇宙學家很多關於物質在早期宇宙中如何分佈，以及從那時起有什麼樣的物理過程使得結團發生了改變等資訊。
知道星系如何結團可以提供給宇宙學家其他的宇宙基本性質的資訊。比如，宇宙學家將能夠用這些資料來測量宇宙的密度，知道宇宙的密度將幫助他們在不同的暗物質理論中做出決斷，這將使得他們能夠預測宇宙的終極命運。
