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宇宙
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宇宙中每一圓盤都是一個又一個的「星系」
19世紀法國科普作家C.Flammarion書中的木刻插圖：旅行家以天球中探出頭來，探索宇宙運行的機制。
宇宙是由空間、時間、物質和能量，所構成的統一體。是一切空間和時間的總合。一般理解的宇宙指我們所存在的一個時空連續系統，包括其間的所有物質、能量和事件。對於這一體系的整體解釋構成了宇宙論。世界上最早把空間和時間統一為宇宙的是中國春秋戰國時代的文子和尸子，他們都提出了宇是空間，宙是時間，合為宇宙。二十世紀以來，西方根據現代物理學和天文學，建立了關於宇宙的現代科學理論，稱為宇宙學。
根據相對論，信息的傳播速度有限，因此在某些情況下，例如在發生宇宙膨脹的情況下，距離我們非常遙遠的區域中我們將只能收到一小部分區域的信息，其他部分的信息將永遠無法傳播到我們的區域。可以被我們觀測到的時空部分稱為「可觀測宇宙」、「可見宇宙」或「我們的宇宙」。應該強調的是，這是由於時空本身的結構造成的，與我們所用的觀測設備沒有關係。
宇宙大約是由4%的普通物質，23%的暗物質和73%的暗能量構成[1]。
目錄
[隐藏]
1 辭源
2 大爆炸理論中宇宙的歷史
3 宇宙大小
4 宇宙的形狀
5 宇宙的命運
6 多重宇宙
7 神話和宗教的宇宙觀
7.1 佛教宇宙觀
7.2 中國人關於宇宙的上古神話
7.3 其他神話
8 注釋
9 相關條目
10 參考文獻
[编辑] 辭源
《文子·自然》：「往古來今謂之宙，四方上下謂之宇。」
《尸子》：「上下四方曰宇，往古來今曰宙。」
二字連用，始見於《莊子·齊物論》曰：「旁日月，挾宇宙，為其吻合。」
可見在中國古代先人創造宇宙這一詞彙的時候已經把時間和空間統一看待，並為宇宙。
[编辑] 大爆炸理論中宇宙的歷史
物理宇宙學
宇宙 · 大爆炸
宇宙的年齡
大爆炸年表
宇宙的終極命運
显示▼早期宇宙
显示▼膨脹宇宙
显示▼結構形成
显示▼成分
显示▼時間表
显示▼實驗
隐藏▲科學家
愛因斯坦 · 霍金 · 弗里德曼 · 勒梅特 · 哈伯 · 彭齊亞斯 · 威爾遜 · 伽莫夫 · 狄基 · 澤爾多維奇 · 馬瑟 · 魯賓 · 斯穆特
查 • 論 • 編 • 歷
現代物理宇宙學一般認為宇宙起源於大爆炸，即約137.3億（±1%）年前由一個密度極大，溫度極高的狀態膨脹而來。對於大爆炸以前的宇宙，目前只有一些猜測性的理論。而最新的研究則認為宇宙的年齡為156億年[2]，但是這個說法還未得到公認[3]。對於大爆炸以後的宇宙，則可以用較成熟的理論加以描述。一種典型的理論是：
10-43秒：宇宙從量子背景出現。
10-35秒：宇宙由夸克-膠子電漿體構成，強相互作用、引力與電磁相互作用/弱相互作用分開。
10-5秒：電子形成，宇宙主要包括光子、電子和中微子，溫度約1000億度。
10秒：質子和中子結合成氘、氦等原子核，溫度30億度。
35分鐘：形成原子核的過程（核融合，nucleosynthesis）停止，溫度3億度。
30萬年：電子和原子核結合成為原子。物質和輻射脫耦，大爆炸輻射的殘餘成為今天的3K微波背景輻射。
4億年：第一批恆星形成。
20億年：星系形成。
50億年：太陽系形成。
目前宇宙還在繼續膨脹之中，這在觀測上為哈伯定律所概括。
[编辑] 宇宙大小
公元100年左右的東漢時代，當時偉大的科學家張衡最早提出了「過此而往者，未知或知也。未知或知者，宇宙之謂也」和「宇之表無極，宙之端無窮」的觀點[4]。非常明確地提出了由空間和時間構成的宇宙大小是無限的觀念。而目前關於宇宙是否無限的問題還有爭議。如果整個宇宙的空間部分是有限的，那麼可以用一個距離來表示。對於均勻各向同性的宇宙來說，這就是三維空間的曲率半徑。但是，即使宇宙整體是無限的，宇宙的可觀測部分仍是有限的：由於相對論限定了光速為宇宙中信息傳播的最高速度，如果一個光子從大爆炸開始傳播，到今天傳播的固有距離為930億光年，由於宇宙在膨脹，相應的共動距離約為其3倍，具體數值與宇宙學參數有關，這一距離稱為今天宇宙的粒子視界。
另一個在物理學數量級估計中常用來表示宇宙大小的距離稱為哈伯距離，是哈伯常數的倒數乘以光速，其數值約為1.29 x 1028厘米，也約為930億光年。科普和科技書籍中所說的宇宙的大小常指這個數值。哈柏距離可以理解為四維時空的曲率半徑。
[编辑] 宇宙的形狀
威爾金森探測器測量的宇宙微波背景輻射分布。
宇宙的形狀是宇宙學中一個未解決的問題。用數學的語言說就是：「哪一個三維形狀才能最好地代表宇宙的空間結構？」
首先，宇宙到底是不是「平坦空間」，即大範圍內遵守歐氏幾何的空間還未清楚。目前，大部分宇宙學家認為已知宇宙除了大質量天體造成的局部時空褶皺，是基本平坦的－就像湖面是基本平坦但局部有水波一樣。最近威爾金森微波各向異性探測器觀測宇宙微波背景輻射的結果也肯定了這一認識。
其次，尚未清楚宇宙是否是多重連接。根據大爆炸理論，宇宙是沒有空間邊界的，然而其空間大小可能是有限的。我們可以通過二維的概念類推：一個球面沒有邊界，但是它的面積是有限的（4πR2）。它是一個在三維空間有固定曲率的二維表面。數學家黎曼發現了四維空間中一個與此類似的三維球形「表面」，其總體積為有限（2π2R3）但三個方向都朝第四個維度彎曲。他還發現了一個「橢圓空間」和「圓柱形空間」，後者的圓柱形兩頭互相連接但沒有彎曲圓柱本身－這一現象在普通的三維空間是不可想像的。類似的數學例子還有很多。
如果宇宙真是有限但無邊界的話，人沿著宇宙中一條任意方向的「直線」走下去，最終會回到出發點，其路線長度可認為是宇宙的「直徑」（這個直徑是現在人類對宇宙的認識所無法想像的，因為它一定要比我們所見的宇宙部分大得多。）。
哈伯望遠鏡拍攝的高清晰度深場照片，顯示姿態年齡各異的河外星系。照片上最小，顏色最紅的屬於人類看到的最古老的星系，在宇宙年齡約8億年的時候就已經存在。
宇宙有可能具有多重連接的拓撲學結構。如果這些結構足夠小的話，人類，就如同在掛了多面鏡子的房間里，可能在不同方向看到同一天體的多個影像。而實際的天體數量就會比觀測所見少。從這個角度講，星體和星系應該稱作「所觀的影像」才合適。這個可能，至今沒有被徹底否定，但最近的宇宙微波背景輻射研究結果認為是很不可能的。
[编辑] 宇宙的命運
根據天文觀測和宇宙學理論，可以對可觀測宇宙未來的演化作出預言。均勻各向同性的宇宙的膨脹滿足弗里德曼方程。
多年來，人們認為，根據這一方程，物質的引力會導致宇宙的膨脹減速。宇宙的最終命運決定於物質的多少：如果物質密度超過臨界密度，宇宙的膨脹最後會停止，並逆轉為收縮，最終形成與大爆炸相對的一個「大坍縮」 （big crunch）；如果物質密度等於或低於臨界密度，則宇宙會一直膨脹下去。另外，宇宙的幾何形狀也與密度有關：如果密度大於臨界密度，宇宙的幾何應該是封 閉的；如果密度等於臨界密度，宇宙的幾何是平直的；如果宇宙的密度小於臨界密度，宇宙的幾何是開放的。並且，宇宙的膨脹總是減速的。
然而，根據近年來對超新星和宇宙微波背景輻射等天文觀測，雖然物質的密度小於臨界密度，宇宙的幾何卻是平直的，也即宇宙總密度應該等於臨界密度。並且，膨脹正在加速。這些現象說明宇宙中存在著暗能量。不同於普通所說的「物質」，暗能量產生的重力不是引力而是斥力。在存在暗能量的情況下，宇宙的命運取決於暗能量的密度和性質，宇宙的最終命運可能是無限膨脹，漸緩膨脹趨於穩定，或者是與大爆炸相對的一個「大坍縮」，或者也可能膨脹不斷加速，成為「大撕裂」。目前，由於對暗能量的性質缺乏了解，還難以對宇宙的命運做出肯定的預言。
[编辑] 多重宇宙
宇宙成分的推估中，有證據顯示一種暗物質佔極大部分，但是至今依然是理論和謎團。
對於多重宇宙有不同的理解。一種理解是，位於可觀測宇宙之外的時空，構成了其它的宇宙。例如，在宇宙暴漲中形成的其它大量時空，或者我們宇宙中黑洞奇點內我們所無法理解的時空。這些不同的時空部分總體構成了多重宇宙。另一種理解則強調這些不同的宇宙不僅僅是時空區的獨立，而且其中的表現的物理規律也可能有所不同，例如其中的粒子也許具有不同的電荷或質量，其物理常數也各不相同。
有時人們也把平行宇宙與多重宇宙當作同義詞。不過，平行宇宙還有一種理解，即量子力學中的多世界解釋。這種解釋認為，在量子力學中，存在多個平行的世界，在每個世界中，每次量子力學測量的結果各自不同，因此不同的歷史發生在不同的平行世界中。
[编辑] 神話和宗教的宇宙觀
主條目：創世神話
起初古人沒有普遍意識到有其他世界的可能性，甚至認為「山後面沒有人」，更不用說到宇宙了。但在地球上探險和征服的活動頻繁下，又見到新奇的世界甚至星座的變化，從而想像宇宙整體，雖然這些宇宙觀主要是純思辨的產物，但客觀上對於後來探險和觀測活動是起了指導的作用。
[编辑] 佛教宇宙觀
佛經中，大的空間叫佛剎、虛空，小的叫微塵，統稱為「三千大千世界」[5]。「佛教宇宙觀」主張宇宙係有無數個世界。集一千個一小世界稱為「小千世界」，集一千個小千世界稱為「中千世界」，集一千個中千世界稱為「大千世界」；合小千、中千、大千總稱為三千大千世界。[6]《華嚴經》稱：「知一世界即是無量無邊世界，知無量無邊世界即是一世界，知無量無邊世界入一世界，知一世界入無量無邊世界。」[7]
色界諸天分為四禪，即初禪、二禪、三禪、四禪, 總計十七天。初禪天三天, 有梵眾天、梵輔天、大梵天；第二禪天三天, 有少光天、無量光天、極光淨天；第三禪天三天, 有少淨天、無量淨天、遍淨天；第四禪天為八天, 有無雲天、福生天、廣果天、無煩天、無熱天、善現天、善見天、色究竟天。在無色界, 還有空無邊處天、識無邊處天、無所有處天、非想非非想處天等四無色天。
[编辑] 中國人關於宇宙的上古神話
《藝文類聚》記載「天地渾沌如雞子，盤古生其中。萬八千歲，天地開闢，陽清為天，陰濁為地」[8]。 這是盤古開天地的神話，也是關於宇宙起源的最初描述：宇宙最初是混沌的，外形像雞蛋，盤古生於其中。據某個國外研究小組的計算機模擬實驗結果顯示，宇宙大 爆炸之初就是「橢圓形」的。而「盤古」可以理解為一種能量，像某些地區的古人會把火山爆發看作是某個神一樣。很多很多年後（「萬八千歲」，有時被生硬理解 為18000年，但中國文化的「萬千」多指「非常大、非常長、非常多」，無法計算），盤古開天闢地，陽清為天，陰濁為地。「陰濁」可以理解為形成星球的物 質，「陽清」則是那些游離於星球之外的物質。
按照貼近大爆炸理論理解中華古代宇宙開創理論：不知道原因，盤古（即奇點產生的爆炸能量）誕生，盤古撐開了宇宙，開天闢地，陽清為天（宇宙空間、真空、暗物質等），陰濁為地（星體等）。盤古化為日月山川河流，即大爆炸由純能量，部分轉化為質量。
[编辑] 其他神話
印度神話描述宇宙之始，有一梵卵化為一人，即普魯沙，普魯沙有著數千個頭、眼睛和腳，後來普魯沙一分為三，就是三大神，大梵天（Brahma)，大自在天（Shiva)，以及妙毗天（Vishnu)。其中大梵天為宇宙之主，妙毗天是宇宙與生命的守護者。
古埃及神話中認為初始宇宙是來自阿多姆神（Atum），阿多姆一分為二，變成風神休（Shu）和雨神泰芙努特（Tefnut），接著Shu和Tefnut又生一女一子，也就是天空女神努特（Nut）和大地之神蓋布（Geb）。
[编辑] 注釋
^ Varun, Sahni. Dark Matter and Dark Energy (PDF). Lecture Notes in Physics. 2006 (653): 141-180.
^ Bonanos, A. Z.; Stanek, K. Z.; Kudritzki, R. P.; Macri, L.; Sasselov, D. D.; Kaluzny, J.; Bersier, D.; Bresolin, F.; Matheson, T.; Mochejska, B. J.; Przybilla, N.; Szentgyorgyi, A. H.; Tonry, J.; Torres, G.. The First DIRECT Distance to a Detached Eclipsing Binary in M33. Astrophysics and Space Science. 2006, Online First.
^ 2006年世界天文學和天體物理學重要進展. 科技導報. 2007, 25 (3): 13-17.
^ 張衡：《靈憲》
^ 「三千大千世界」語出《大智度論．卷七．釋初品中放光》。《雜阿含經》卷十六、卷十九；《增一阿含經》卷九；《大樓炭經》卷一；《瑜伽師地論》卷二；《起世經》卷一；《起世因本經》卷一；《大毗婆沙論》卷一三四等佛經都談及「三千大千世界」。
^ 《俱舍論》卷十一：「四大洲日月，蘇迷盧欲天，梵世各一千，名一小千界，此小千千倍，說名一中千，此千倍大千，皆同一成壞。」
^ 《華嚴經》卷九〈初發心菩薩功德品〉
^ 《藝文類聚》卷一《三五曆紀》
[编辑] 相關條目
本原
廣義宇宙
人擇原理
大霹靂
大擠壓
大冰凍
宇宙學
Dyson's eternal intelligence
Esoteric cosmology
False vacuum
Final anthropic principle
Fine-tuned universe
蓋亞假說
熱寂
Hindu Cycle Of The Universe
智能設計
卡達謝夫量度表
生命的意義
多重宇宙
多重宇宙
Omega point
生命起源
地球殊異假說
Religious cosmology
宇宙的形狀
技術奇異點
宇宙的終極命運
世界觀
《宇宙》
[编辑] 參考文獻
史蒂芬·霍金《胡桃裡的宇宙》，(台北：大塊文化出版，2001年5月)。
史蒂芬·霍金著，吳忠超、許明賢合譯：〈基本粒子和自然的粒〉，《時間簡史-從大爆炸到黑洞》（藝文印書館，2002年增訂版）。
呂應鐘：《大世紀－佛經宇宙人紀事》（台北：慧眾出版，1992年12月）。
陳家成、林杜娟：〈科學和佛教的宇宙論及其與十二因緣的關係〉(佛教與科學，2001年)。
楊中傑：〈從佛學角度觀西方三大物理學之理論層次〉（佛學與科學，2001年）。
王萌：〈佛教與科學的當代對話－以佛教性空論與量子理論為線索〉（四川：自然辯証法通訊，2004年第2期）。
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地球在宇宙中的位置
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自然的組成元素
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宇宙學
自然
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關於與「自然」同名的其他主題，詳見「自然 (消歧義)」。
1982年印尼嘉能根火山（Galunggung）噴發，在閃電的映襯下展示出不同自然現象的組合。
澳洲維多利亞州霍普敦瀑布（Hopetoun Falls）。這是一組較為靜態的自然景觀。
自然，最廣義而言指的即是自然界、物理學宇宙、物質世界以及物質宇宙。「自然」指的是自然界的現象，與及普遍意義上的生命。人工物體及人類間的相互作用在常見使用中並不視為自然的一部分，除非被界定的是人性或「大自然全體」。自然通常與超自然分別開來。自然的規模小至次原子粒子，大至星系。
英文的Nature來自拉丁文Natura，意即天地萬物之道（the course of things, natural character）[1] Natura 希臘文 physis (φύσις)的拉丁文翻譯，原意為植物、動物及其他世界面貌自身發展出來的內在特色，[2][3] 而φύσις在最早的文獻意義為植物。[4] 作為自然為整體的概念──物理學宇宙，是由原本的意義所而伸出來的眾多解釋之一；φύσιν一字最早由前蘇格拉底哲學家主要使用，並自此漸漸廣泛流傳開來。她的用法因為現代科學方法在幾世紀前出現而確立。[5][6]
在現今不同的用法中，自然可以是眾多有生命的動植物種類的普遍領域，部分況則指無生命物體的相關過程──特定物件種類自己本身的存在和改變的方式，例如地球的天氣及地質，與及形成那些物件種類的物質和能量。自然很多時意指「自然環境」或「荒野」──野生動物、岩石、森林、沙灘及本質上未受人類介入，或是即使人類介入仍然存留的東西。這種仍然流傳到現在的自然物體的傳統概念意味著自然與人工的分野，後者被理解為由人類所帶來的或是類似人類的意識或心靈。
關於圍繞並影響著生物體或其社群的實物、狀態與影響力之集合體，則用「環境（物件群集）」一詞。對於生物學分支下的生物體及棲地之間的關係與互動，應用「生態學」一詞。[7]
目錄
[隐藏]
1 地球
1.1 概論
1.1.1 地球科學
1.1.2 地球結構
1.1.3 大氣情況
1.2 歷史觀點
1.2.1 行星形成
1.2.2 水的起源
1.2.3 超大陸的組合與分離
1.2.4 生命的起源
1.2.5 生物滅絕的發生
1.2.6 人類產生
1.2.7 人類與生物圈的相互影響
1.3 大氣層、氣候與天氣
1.3.1 大氣層成分及結構
1.3.2 恆溫作用
1.3.3 天氣災害
1.3.4 氣候轉變
1.3.5 地區性氣候
1.3.6 總體氣候情況
2 生命
2.1 概論
2.1.1 生命的普遍定義
2.1.2 現存生物的性質
2.1.3 生物圈
2.1.4 生物種類分佈
2.2 演化
2.2.1 生命的出現
2.2.2 被環境遺下的物種
2.2.3 遷移至地上
2.3 微生物
2.3.1 種類
2.3.2 特性
2.4 植物與動物
2.4.1 兩者的分野
2.4.2 地區區系
2.4.3 地區區系的分類
2.4.4 人類左右的植物分類
2.4.5 動物的分類
2.4.6 特別的動物
3 生態系統
3.1 生態系統概念的萌芽
3.2 生態系統的組成
3.3 物種間的連繫
3.4 生態系統區域概念
3.5 生態系統研究專題
3.6 社區組合成的生態系統
4 人類與自然的相互聯繫
4.1 概論
4.1.1 人類影響自然的規模
4.1.2 人類對自然的威脅
4.1.3 人類影響自然的各種活動
4.1.4 人類利用植物的原因
4.2 荒野
5 自然美景
5.1 自然美的定義
5.2 中國作為自然藝術的始祖
5.3 自然藝術在西方文化中融合
5.4 科學與自然的美
5.5 自然美態的各種思想
6 物質與能量
6.1 部分科學中的自然
6.2 宇宙的物理成分
6.3 物理定律與常數
7 遠離地球的自然
7.1 外太空與大氣層的分野
7.2 外太空的成分
7.3 外星生命
7.3.1 類地行星生命的可能
7.3.2 太陽系外生命的可能
8 敬畏自然
9 相關連結
10 參考資料
11 外部連結
[编辑] 地球
1972年阿波羅17號上太空人拍攝的地球景象。該圖是唯一一幅完全受到陽光照射的地球半球相片。
[编辑] 概論
主條目：地球、地球科學、地球結構、板塊構造論和地質學
地球為太陽系第五大行星，距離太陽第三近的藍色星球。它是人類在宇宙探索至今為止中所知的唯一能夠承載著生命的行星體。
[编辑] 地球科學
地球氣候的最顯著特徵為她廣大的兩極地區、兩個較狹窄的溫帶地區、及廣闊的赤道熱帶和亞熱帶地區。[8]降水模式依據位置不同而有很大改變，由每年降雨幾米至少於一毫米。地球表面70%的地方被鹽水海洋所覆蓋。其餘地方為大陸和島嶼，大部分的人類聚居地位於北半球。
[编辑] 地球結構
固體地球在地質及生物過程中演化並留下原本情況的痕跡。地殼分為幾個板塊，它們在地質年代間漸漸在表面移動，其中幾次更移動得較快。行星內部維持活躍，厚厚的一層熔化了的地幔及充滿鐵的地核製造出磁場。
[编辑] 大氣情況
地球的大氣情況因為生命體的出現而從原本情況產生巨大轉變[9]，並促成了隱定表面環境的生態平衡。雖然因為緯度的不同及其他地理因素而令氣候有很大的不同，在兩個冰河時期間的長期平均全球氣候仍然頗為隱定[10]，而全球平均溫度的一兩度轉變在歷史上對生態平衡及地球地理有顯著影響[11][12]。
[编辑] 歷史觀點
主條目：地球歷史
二角盤星藻（Pediastrum boryanum）。浮游生物成為自然一部分已經至少有20億年歷史[13]
[编辑] 行星形成
依據現今證據，科學家重組了行星過去的詳細資料。地球估計在45.5億年前從太陽星雲中與太陽及其他行星一同形成[14]。月球在不久之後亦都形成（約在地球形成2千萬年後，即45.3億年前）。
[编辑] 水的起源
行星熔化了的外層冷卻後，形成固體的地殼。在經歷出氣（Outgassing）活動及火山活動後形成了原始的大氣。由彗星運送的冰膨脹形成水蒸氣，水蒸氣凝結後形成海洋[15]，詳見地球水的起源（Origin of water on Earth）。高能量的化學反應被認為在40億年前製成一個能夠自我複製的分子[16]。
[编辑] 超大陸的組合與分離
地球表面在幾億年間改變自身外形，令大陸形成後分離及再形成，間中組合而成一個超大陸。約在7.5億年前，以知最早的超大陸羅迪尼亞開始分離。大陸們之後再組合而成超大陸潘諾西亞，而潘諾西亞約在5.4億年前又再次分離，之後再組合而成超大陸盤古大陸，而盤古大陸亦在1.8億年前分離[17]。
陸上植物及真菌在4億年前已經是地球上自然的一部分。她們在大陸及氣候改變期間有必要適應及遷移很多次[18][19]。
[编辑] 生命的起源
雖然仍然在科學家之間討論中，但是有顯著證據顯示一個在新元古代發生的嚴重冰川作用令一層大冰原（Ice sheet）覆蓋行星大部分地區。以上假設被稱為「雪球地球」，而「雪球地球」亦在寒武紀大爆發中引起特別關注，因為多細胞生物在5.3-5.4億形成後開始增殖（Proliferation）[20]。
[编辑] 生物滅絕的發生
自從寒武紀大爆發以來，五個獨立的生物集群滅絕被確認[21]。 最後一次生物集群滅絕發生在6千5百萬年前，當時一個隕石撞擊引起獸腳類恐龍及其他大型爬蟲類的絕種，而一些小動物如像鼩鼱的哺乳動物則仍然存活。在過去的6千5百萬年間，哺乳動物變得更多元化[22]。
[编辑] 人類產生
在幾百萬年前，其中一種非洲的猿能夠站立起來[13]。期後人類生命體的出現、農業的發展及進一步的文明容許人類以一個比之前的生命體更快的速度去改變地球，同時影響了自然、其他生物的數量與及全球氣候（與此相比起來，在成鐵紀因為藻類引起的氧氣大災難（Oxygen Catastrophe）需要3億年去達到最高點）。
[编辑] 人類與生物圈的相互影響
現今時代亦被分類為生物集群滅絕事件的一部分，稱為全新世滅絕事件，以比起以往最快的速度進行[23][24]。部分學者如哈佛大學的艾德華·威爾森預計人類破壞了的生物圈可以令一半的物種在100年內滅絕[25]。這次滅絕的規模仍然由生物學家研究及討論中[26]。
[编辑] 大氣層、氣候與天氣
主條目：地球大氣層、氣候和天氣
[编辑] 大氣層成分及結構
地球的大氣層是維持行星生態系統的主要因素。薄薄的一層氣體因為地心吸力的關係包裹著地球。乾燥的空氣包括78%氮、21%氧、1%氬及其他惰性氣體、二氧化碳等；但空氣中亦包含不同數量的水蒸氣。大氣壓力依據不同高度而持續下降，大氣標高約為8公里；即在地球表面8公里的大氣的壓力，為地球表面的0.37倍。[27][28]。地球大氣層中的臭氧層阻擋了的太陽光中紫外線（UV）的99%；由於DNA很容易會被紫外線破壞，臭氧層保護了地球表面的生命。大氣層同時亦在晚間不讓熱力散發，減低日夜溫差。
一個在雷暴形成過程當中的超級胞（supercell）。
[编辑] 恆溫作用
地球上的天氣幾乎全都在對流層發生，並形成一個對流系統去再分散熱力。洋流是另一個影響氣候的因素，特別是主要水下的溫鹽環流，她把熱能由赤道的海洋傳送至極地。這些洋流有助調和溫帶地區的冬夏兩季的溫差。此外，如果沒有大氣層及洋流對熱能作出再度分配的話，熱帶地區將會過熱，而極地則會過冷。
[编辑] 天氣災害
天氣同時能帶來有益和有害的效果。極端天氣如龍捲風、颶風及氣旋能夠沿途釋放大量能量，並造成破壞。表面植被演化成依賴天氣的季節性轉變，所以當只有為期幾年的突然轉變發生時，便會為植物及依賴其為食物的動物帶來巨大影響。
[编辑] 氣候轉變
行星氣候是天氣長期趨勢的量度。不同的因素可以影響氣候變化，包括洋流、表面反照率、溫室氣體、太陽光度轉變及行星軌道轉變。依據歷史檔案，地球在過去曾經經歷過巨大的氣候轉變，包括冰河時期。
[编辑] 地區性氣候
地區的氣候依不同因素而定，特別是緯度。當相近的氣候屬性在一個緯度帶的表面形成便成為一個氣候區。有很多這些區域存在，由位於赤道的熱帶氣候至南北兩極的寒帶。天氣亦受季節影響，而季節的成因為地球的自轉軸相對軌道面有軸傾斜。故在冬夏兩季的任何時間，行星的一面會更直接受到太陽光照射。此暴露於照射的情況會因為地球公轉而互相交替。無論在任何時間，不論季節，北半球與南半球都會遇到相反的季節。
[编辑] 總體氣候情況
天氣是一個混沌系統，即依照自然環境的微小改變而不斷變化，所以氣象學現在的準確度只能夠限制在幾天以內。總括說來，兩個全球性的現象正在發生：（1）平均溫度正在上升；及（2）地區性氣候有顯著的轉變。[29]
[编辑] 生命
雌性綠頭鴨和幼鴨──繁殖是延續生命的要點
主條目：生命和生物圈
[编辑] 概論
[编辑] 生命的普遍定義
雖然沒有公認的生命定義，科學家普遍接受生命的生物特徵是有機體、新陳代謝、細胞生長、適應性、對刺激有反應及繁殖[30]。生命亦可以被簡單視為生物的特徵狀態。
[编辑] 現存生物的性質
地球上的生物（植物、動物、真菌、原生生物、古菌及細菌）的共同性質有均是由細胞組成、以碳和水為基礎形成複雜組織、有新陳代謝、有生長的空間、對刺激有反應及能夠繁殖。一個個體如果有以上的性質普遍會被視為生命。但是並不是所有生命的定義都視以上的性質為必須的。人工生命可能亦被算是生命。
[编辑] 生物圈
生物圈為地球外殼的一部分──包括空氣、土地、表面岩石及水──在她們當中生命產生，而生物過程在當中亦會改變及轉化。由最廣的地球生理學的觀點來看，生物圈是融合全球所有生命及她們的相互關係的生態系統，包括與岩石圈、水文圈、大氣層的相互關係。現在整個地球有超過750億噸（150兆磅，即約6.8 x 1013 公斤）的生物質能，在不同環境的生物圈生活著。[31]
[编辑] 生物種類分佈
在地球上超過十分之九的生物質能是植物生命，而動物生命則極度依賴她們才能夠生存[32]。超過二百萬的動植物生物物種在現今被確認[33]，而估計現存物種的實際數字範圍由幾百萬至超過五千萬[34][35][36]。獨立物種的數量維持長期波動，因為新物種的出現及其他物種的絕種不停會發生[37][38]。而現今物種的總數則快速下降[39][40][41]。
[编辑] 演化
[编辑] 生命的出現
我們所知的生命現今只能夠在地球上發現。生命起源至今仍然是一個理解貧乏的過程，但她被認為發生在大約35至39億年前在冥古宙或太古代期間在一個環境與現在有在本質上差異的原始地球上[42]。在那時的生命體有基本自我複製及遺傳特性。自從生命出現後，進化過程便透過自然選擇形成更多元化的生命體。
[编辑] 被環境遺下的物種
不能占適應環境改變及其他物種競爭的物種便會絕種。但是很多這些久遠物種遺下的化石記錄成為她們存在的證據。現在化石及DNA證據顯示所有存在的物種可以追蹤一個連續的系譜至最初的原始生命體[42]。
[编辑] 遷移至地上
光合作用在全球基礎植物生命體的出現令獲得太陽的能量便成可能，從而製造一個容許更複雜生物生存的情況。其製成品氧氣在大氣層累積，從而促成臭氧層。在較大的細胞併入較小的細胞形成內共生生物即真核生物[43]。在集群中的細胞變得更為專門化，成為真正的多細胞生物。因為臭氧層吸 收掉有害的紫外線的關係，生命開始在地上殖民。
[编辑] 微生物
主條目：微生物
[编辑] 種類
在地球上最初的生物是微生物，而她們維持是地球唯一的生物形態的地位直到十億年前多細胞生物的出現才告終結[44]。微生物是單細胞生物比人類肉眼可見的大小還要小很多。她們包括細菌、真菌、古菌及原生生物。
[编辑] 特性
這種生命體在地球上任何有液態水的地點都可以找到，包括地球岩石內部[45]。她們的繁殖既快速又大量。高突變率及基因水平轉移能力[46] 的組合下令她們在高度的適應性，亦可以令她們能夠在新環境生存，包括外太空[47]。她們形成行星生態系統的一個必要部分但是部分微生物是病原體，引致其他生物的健康危機。
[编辑] 植物與動物
一個自然與人工環境的匯合點。
主條目：植物、植物學、動物相、動物和生物學
[编辑] 兩者的分野
植物與動物的分野並不明顯，有部分分類的生命在她們兩者之間。最初亞里士多德以不能移動的生物為植物，此外均是動物。以上兩者在卡爾·林奈之系統中成為植物界及動物界。自此以後，原本植物的界定中包含了很多不相關的組別的事實漸漸清楚。但那些分類在部分情況下仍然被視為植物。細菌生物有時被算為植物相[48][49]，而部分則將其分為細菌區系（bacterial flora），從植物區系分別開來。
[编辑] 地區區系
在眾多植物分類方法中，地區區系依研究目的的不同可以包括在上一個紀元的植物殘餘物形成的化石植物。在很多地區及國家的人們以她們獨特的植物區系為榮，而那些植物區系在全球依據氣候及地形不同可以有很大改變。
[编辑] 地區區系的分類
地區區系普遍分類為「本土植物」、「農業及園藝植物」，後者是有意培植和耕耘的。部分「本土植物」實際上是幾世紀前由移居過來的人們由其他大陸帶入的，而成為帶入當地的自然或本土組成的一部分。以上是一個人類和自然的相互關係的例子，並令甚麼是自然的界定模糊化。
[编辑] 人類左右的植物分類
植物的另一個分類在歷史上稱為「野草」。雖然此名稱在植物學家之間正式用作分類「無價值的」植物，非正式的「野草」則用作描述人類和社會在改變及塑造自然的方法趨勢中被視為可以拋棄的植物。同樣地，動物亦依據她們與人類生活的關係會被分類為「家養動物」、「農場動物」、「野生動物」、「有害動物」等。
坦尚尼亞恩戈羅恩戈羅保護區（Ngorongoro Conservation Area）的角馬。注意其聚集的趨勢，為一個羊群行為（herd behavior）的天然示範。
[编辑] 動物的分類
動物是一個有多種特徵並通常與其他生物分開的分類，但是科學家們並不是以其有腳部或有翼而與有根部及有葉的生物分別開來。動物是真核生物並通常為多細胞生物，特別例子如黏體動物，與細菌、古菌及原生生物分別開來。黏體動物為異養生物，通常在內室消化食物，使她們與植物及藻類分離。她們亦因為沒有細胞壁而與植物、藻類和真菌區別開來。
[编辑] 特別的動物
有部分動物例子是例外的，特別顯著的有海綿，其身體分為個別的生物組織。她們擁有令她們收縮及控制活動的肌肉、令她們轉送和處理訊號的神經系統及通常有一個內部消化內室。所有動物的真核細胞被由膠原蛋白和彈性的糖蛋白形成的特別細胞外間質包圍。這些物質可能會鈣化形成像貝殼、骨頭及針骨（spicule）的結構，其構造令細胞可以在內部移動和在生長及成熟期間再重組，亦能夠支持機動性所需的複雜結構。
[编辑] 生態系統
蘇格蘭洛蒙德湖形成了一個相對隔離的生態系統，湖中的魚類社群在長時間維持不變。[50]
主條目：生態學和生態系統
[编辑] 生態系統概念的萌芽
所有形態的生物都會和她們存在的環境及其他生命體互動。在二十世紀此假設引發了「生態系統」的概念，並定義其為在任何情況下的生物與環境間的相互作用。
[编辑] 生態系統的組成
生態系統由無生命的和有生命的部分組成，並已一個互相關聯的方式運作[51]。其結構和成分受到眾多相關的環境因素所影響。這些因素的改變可以引起生態系統的轉變。部分較為重要的構成要素有：土壤、大氣層、太陽幅射、水及生物。
[编辑] 物種間的連繫
每種生物都與其他形成環境的元素有一個連續的關係。物種在生態系統中與其他物種在食物鏈中互相聯繫及依賴，並在她們及環境之間交換能量與物質[52]。
人類生態系統（human ecosystem）鳥瞰圖。圖中展示的是芝加哥。
[编辑] 生態系統區域概念
每一種物種都有忍受影響其生存、成功繁殖、能夠繼續茁壯成長及與環境持續互動的因素的極限。而這些物種亦會同時影響其他物種，甚至所有的生命。[53] 因此生態系統概念是研究的一個重要學科，透過研究能夠提供資訊決定人類生活應該如何進行互動從而容許不同生態系統能夠在未來持續下去而不是耗盡或無效率的提取。因為以上研究的目的，小規模的單位稱為微生態系統（microecosystem）。例如一個石頭及其下的所有生命都可以稱為生態系統。一個「宏觀生態系統」可以包含一個全部的生態區（ecoregion）及其流域[54]。
[编辑] 生態系統研究專題
以下的生態系統是現在受到集中研究的例子：
大陸生態系統，如「森林生態系統」、「草地生態系統」（如乾草原或熱帶草原）或農業生態系統
內陸水文系統，例如靜水（lentic）生態系統如湖泊、池塘，激流（lotic）生態系統如河流
海洋生態系統
[编辑] 社區組合成的生態系統
另一個分類方式由社區的關係造成，例如人類生態體系（human ecosystem）。不同的特別動植物的區域組合中最能夠適應地區性自然環境、緯度、高度及地形被稱為生物群系。最廣義的分類方式把所有生命綜合視為一個類似能夠自我維持的生物。這個分類方式現在受到廣泛研究和分析，而因為其性質和有效性亦受到廣泛爭議。以上分類方式是一個受到地球科學研究的理論（非正式地稱為蓋亞理論）[55][56]。
[编辑] 人類與自然的相互聯繫
[编辑] 概論
夏威夷納帕利海岸（Na Pali Coast）沿岸的僻靜的山谷是部落的住所，她們只會對周圍的自然美景進行少量改變。
[编辑] 人類影響自然的規模
雖然現在人類在全球生物質能只佔0.5%[31]，人類對自然的影響卻是不合比例地大。因為人為影響的規模之大，除非在極端情況下，自然與人工環境的界線均變得含糊。就算是在極端情況下，不受可識別的人類影響的自然環境的分量現今漸漸以一個快速的步伐減少，甚至部分意見認為她們已經完全消失[57]。
[编辑] 人類對自然的威脅
人類種族的科技發展容許更大力度的天然資源開採，有助緩和部分天然災害帶來的危機。雖然有此進步，人類文明的命運仍然與環境緊密聯繫。在高科技與環境轉變之間有一個高度複雜的回饋環路，而此回饋環路只是以緩慢的步伐漸漸被了解[58]。地球自然環境受到的人為威脅包括污染、伐林和例如漏油的災害。人類引致很多動植物物種的滅絕。
[编辑] 人類影響自然的各種活動
人類利用自然作休閒和經濟活動。取得天然資源作工業用途維持是世界經濟系統的一個主要部分。部分活動會被作為生計及休閒目的，例如打獵和捕魚等。農業在前9千年開始發展。自然在製作食物至提供能源各方面影響著經濟財富。
[编辑] 人類利用植物的原因
雖然早期的人類收集未經耕種的植物物料作食物和利用植物的藥性作治療[59]，現代人類主要利用植物作農產品。清除大範圍的土地作為作物生長令濕地和森林的數目減少，結果是很多動植物失去棲息地及侵蝕的增加[60]。
在澳大利亞昆士蘭州黛恩樹雨林（Daintree Rainforest）的一個荒野地區。
[编辑] 荒野
主條目：荒野和自然環境
荒野通常被認為是未受到人類活動直接改變的地球上自然環境。生態學家認為荒野地區為行星自身維持的天然生態系統（即生物圈）。荒野的英文「wilderness」源自概念原始（wildness）；另一角度即非人力所控制的。「wilderness」的語源來自古英語「wildeornes」，而此字由意義為野獸的「wildeor」（wildeor = wild + deor = beast, deer）引申出來[61]。由此觀點看來，因為地方足夠原始才能成為荒野。僅僅是人類活動的存在並不取消地方成為荒野的資格。很多生態系統在現在或曾經由人類聚居或受人類影響可能仍被視為荒野。如果自然過程仍未受到顯著的人類干預，其運作的地區亦會根據以上觀點而被視為荒野。
[编辑] 自然美景
三文魚魚苗孵出。拉丁文"natura"（nature）的根源是由"nasci"（意為誕生）引伸出的 "natus"。[62]
[编辑] 自然美的定義
自然美景長久以來都是生活及藝術的主題，而有關自然美景的書籍更是佔據圖書館和書店的一大部分地方。自然經由很多藝術、攝影、詩歌及其他文學作品所描寫和讚美，表達很多人從自然和其美麗所聯想起的力量。究竟此關聯何以存在？而此關聯又包含著甚麼？以上的問題由哲學的分支學科美學所研究。除了部分很多哲學家同意的基本特徵外，關於何謂美的意見事實上是無窮焦盡的[63]。
宋朝范寬（c. 970–1020）的畫作。
[编辑] 中國作為自然藝術的始祖
在視覺藝術的觀點看來，自然與荒野為世界歷史不同時代的一個重要主題。早期傳統的風景藝術由中國的唐朝藝術（618-907）開始。以「像真」形式表達自然的傳統成為中國畫的目的之一，同時亦對亞洲藝術有著重大影響。藝術家學會以「自然為一個整體、以自身對自然道理的基本理解……就像是以鳥類的眼睛去看著自然」的看法去描繪山水。在13世紀，宋朝至元朝間饒自然《繪宗十二忌》指出「風景缺乏佈局便不能表達自然景象」（境無夷險）為十二種繪畫時應該避免的要點之一[64][65]。
[编辑] 自然藝術在西方文化中融合
西方文化中荒野概念的本質價值在18世紀，特別是在浪漫主義中的作品開始冒起。大不列顛王國藝術家約翰·康斯特勃和約瑟夫·瑪羅德·威廉·透納把他們的注意力集中在捕捉自然世界的美在畫作中。在此之前，畫作主要對象為宗教場景或是人物。威廉·華茲華斯詩句描述對自然世界的驚歎，而自然在以往被視為威脅的存在。漸漸地自然價值成為西方文化的一部分。[66] 以上的藝術運動巧合地與超驗主義運動在西方世界中同時發生。
[编辑] 科學與自然的美
很多以更專門和更有組織去研究自然的科學家亦都有自然是美的信念；法國數學家龐加萊（1854-1912）指出：
“
科學家不去研究自然因為她們是有幫助的；他研究自然因為自然使 他高興。如果自然不美的話，她並不值得去認識，而如果自然不值得去認識，生命就不值得去認識。顯然我在此說的不是沖擊感官的美，即質素與外表的美；我並不 是低估以上的美，一點也不，但是那些美與科學毫無關係；我的意思是這種來自各個部件的和諧排列、與及一種純粹的智慧能夠領會的深刻的美。[67]
”
[编辑] 自然美態的各種思想
一種普遍唯美藝術的經典思想包含一詞為擬態（mimesis），是對自然的一種模仿。而另一個在自然美的領域的思想是完美，是經由對稱、平均分配、與及其他有關完美的數學相論（Theory of forms）和見解。
[编辑] 物質與能量
以橫切面及彩色編碼機率密度顯示的最初幾個氫原子電子雲
主條目：物質和能量
[编辑] 部分科學中的自然
部分科學的學科認為自然是正在運動的物質，依據科學追求認識的基礎自然定律運行。因此最基礎的科學被認為是物理──其名稱仍然被認為意義是自然的研究。
[编辑] 宇宙的物理成分
物質普遍被定義為物理形成的本體。她構成了可觀測宇宙。宇宙中可見的成分現在相信只佔全部質量的4%。其餘成分相信包括23%的冷的暗物質及73%的暗能量[68]。那些成分的實際性質仍然不明，並由物理學家密集的研究中。
[编辑] 物理定律與常數
在可觀測宇宙的物質與能量的行為像是跟隨定義明確的物理定律。這些定律被用作製作物理宇宙學的模型，而那些模型則成功地解釋了我們可見宇宙的結構和演化。物理定律的數學表達方式共利用了表面上在可見宇宙是固定的二十個物理常數[69][70]。那些常數數值受到小心的量度，但她們的特定數值仍然是一個謎。
參見：物理及化學
[编辑] 遠離地球的自然
NGC 4414，一個在后髮座的典型螺旋星系，直徑約為56,000光年及距離約6000萬光年。
由哈伯超深空拍攝的最深遠的宇宙可見光影像。圖像鳴謝：NASA，ESA，S. Beckwith（空間望遠鏡研究所）及哈伯超深空團隊。
主條目：外太空和宇宙
[编辑] 外太空與大氣層的分野
外太空，亦被簡單稱為宇宙，指宇宙中在天體大氣層外相對真空的空間。外太空用作與領空（及地面位置）作出分野。地球大氣層與太空並沒有明確的分野，因為大氣層會漸漸依高度上升而變得稀薄。
物理常數
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物理常數亦被稱為物理學常量或自然常數，指的是物理學中數值固定不變的物理量，與數學常數相比較，後者指的是一個與物理測量無關的固定值。
物理常數有很多，其中比較著名的有真空光速、普朗克常數、萬有引力常數、波茲曼常數及亞佛加厥常數。它們被假設在宇宙中任何地方和任何時刻都相同。物理常數的物理意義有很多表述形式，普朗克長度表徵基本物理長度，真空光速是宇宙中最大的速度，精細結構常數則表徵了電子和光子之間的交互作用，是一個無因次量。
從1937年開始，狄拉克等物理學家開始意識到到物理常數有可能隨著宇宙年齡的增長而發生變化，但時至今日還沒有明確的實驗證據能夠證明狄拉克提出 的這種可能性。但科學家們已經探測到了一些物理量可能每年都依極小的量發生變化，並劃定了這種變化幅度可能的上限(萬有引力常數變化的量大約是一年10-11；精細結構常數變化的量大約是一年10-5)。
以下是所有物理常數的列表：
量
符號
數值
不確定度（10-6）
真空中光速
c
2.99792458×108m/s
準確（定義）
萬有引力常數
G
6.67259×10-11m3/(kg·s2)
128
電子電荷,基本電荷
e,e0
1.60217733×10-19C
0.30
普朗克常數
h
6.6260755×10-34J·s
0.60
約化普朗克常數
ħ=h/2π
1.05457266×10-34 J·s
0.60
亞佛加厥常數
NA
6.0221367×1023 mol-1
0.59
法拉第常數
F =NAe0
9.6485309×104C/mol
0.30
電子質量
me
9.1093897×10-31 kg
0.59
0.51099906 MeV
0.30
芮得柏常量
R∞=mecα2/2h
1.0973731534×107m-1
0.0012
精細結構常數
α=e02/4πε0hc
7.29735308×10-3
0.045
α-1
137.0359895
0.045
電子半徑
re=hα/mec
2.81794092×10-15 m
0.13
康普頓波長
λC=h/mec
2.42631058×10-12 m
0.089
波耳半徑
a0=reα-2
5.29177249×10-11 m
0.045
原子質量單位
u=um(12C)
1.6605402×10-27kg
0.59
質子質量
mp
1.6726231×10-27kg
0.59
938.27231 MeV
0.30
中子質量
mn
1.6749286×10-27kg
0.59
939.56563 MeV
0.30
磁通量子
Φ0=h/2e0
2.06783461×10-15 Wb
0.30
電子電荷質量比
-e0/me
-1.75881962×1011 C/kg
0.30
波耳磁元
μB=e0ħ/2me
9.2740154×10-24 J/T
0.34
電子磁矩
μe
9.2847701×10-24 J/T
0.34
核磁子
μN=e0ħ/2mp
5.0507866×10-27 J/T
0.34
質子磁矩
μP
1.41060761×10-26 J/T
0.34
旋磁比
γP
2.67522128×108 rad/sT
0.30
量子霍爾阻抗
RH
25812.8056 Ω
0.045
氣體常數
R
8.314510 J/(mol·K)
8.4
波茲曼常數
k,kB=R/NA
1.380658×10-23J/K
8.5
斯特凡-波茲曼常數
σ=π²kB4/60ħ3c2
5.67051×10-8W/m2K4
34
維因常量
b=λmaxT
2.897756×10-3 m·K
8.4
真空磁導率
μ0
4π×10-7N/A2
準確（定義）
真空電容率
ε0=(μ0c2) -1
8.85418781762…×10-12 F/m
準確（定義）
自由空間阻抗
Z0=μ0c
376.730 313 461… Ω
準確（定義）
[编辑] 相關條目
以科學家命名的科學常數
微調過的宇宙
[编辑] 參考文獻
Peter J. Mohr and Barry N. Taylor, "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 1998," Journal of Physical and Chemical Reference Data, Vol. 28, No. 6, 1999 and Reviews of Modern Physics, Vol. 72, No. 2, 2000.[1]
[编辑] 外部連結
US National Institute of Standards and Technology (NIST)，裡面有有列參考的2002年版更新內容。
Fundamental Physical Constants
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科學家
愛因斯坦 · 霍金 · 弗里德曼 · 勒梅特 · 哈柏 · 彭齊亞斯 · 威爾遜 · 伽莫夫 · 狄基 · 澤爾多維奇 · 馬瑟 · 魯賓 · 斯穆特
查 • 論 • 編 • 歷
亞歷山大·弗里德曼
弗里德曼方程式（英文：Friedmann equations）是廣義相對論框架下描述空間上均一且各向同性的膨脹宇宙模型的一組方程式。它們最早由亞歷山大·弗里德曼在1922年得出[1]，他通過在弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規下對具有給定質量密度和壓力的流體的能量-動量張量應用愛因斯坦引力場方程式而得到。而具有負的空間曲率的方程式則由弗里德曼在1924年得到[2]。
目錄
[隐藏]
1 假設
2 方程式
3 密度參數
4 有用的解
5 參考文獻
[编辑] 假設
參見：弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規
弗里德曼方程式所基於的假設是宇宙在空間上是均一且各向同性的；從今天的經驗來看，這個假設在大於一億秒差距的尺度上是合理的。這個假設要求宇宙的度規具有如下形式：
其中宇宙標度因子只與時間有關，因而三維空間度規必須是下面三種形式之一：
平直空間（曲率處處為零）
具有常數正曲率的三維球面
具有常數負曲率的三維雙曲面
在下面的討論中，這三種情形各自對應著一個參數k的值，分別為0，1，-1。而被稱作宇宙標度因子，它能夠通過愛因斯坦場方程式和宇宙間物質的能量和應力聯繫。
[编辑] 方程式
描述一個均一且各向同性的膨脹宇宙模型需要兩個獨立的弗里德曼方程式，它們是
這一方程式來自愛因斯坦場方程式的00分量；以及
這一方程式來自愛因斯坦場方程式的跡。其中是普適性常數，而在每一個特定解中也是常數；是隨時間變化的函數。這裡是哈柏參數，表徵著宇宙膨脹的速率；是宇宙學常數；是牛頓的萬有引力常數；是真空中的光速。是宇宙任意「時間切片」的空間曲率，它在這裡等於里奇純量的六分之一，這是由於在弗里德曼模型中。通常我們在選取參數或進行不同情形的討論時它們可以代表兩者不同的含義，但最終所代表的物理模型本質是一樣的。
代表著宇宙的形狀，分別代表著閉合的三維球面、平直（歐幾里得空間）和開放的三維雙曲面[3]，此時的值分別對應著宇宙的曲率半徑（）、在給定時間上的任意正值，以及在的情形下，（粗略地）對應著宇宙的曲率半徑。
作為宇宙標度因子，在現在取為1；而在時表示宇宙的空間曲率。如果宇宙的形狀是超球面，曲率半徑為（在現在的時刻為），則。如果是正值，則宇宙是超球面；零值時是平直空間；負值時是超雙曲面。
通過第一個方程式，第二個方程式的形式可以寫為
這個形式消除了宇宙常數項並體現了質能守恆定律。
有時方程式可以通過如下重新定義來簡化：
從而得到
簡化後第二個方程式在這個變換下具有不變性。
哈柏參數在其他參數隨時間變化（特別是質量密度、真空能量或空間曲率）時也是隨時間變化的；而在當今對哈柏參數的測量表明它在哈柏定律中是一個常數。如果將弗里德曼方程式應用於一個流體的狀態方程式，所得到的宇宙的時空幾何是流體密度的函數。
有些宇宙學家將第二個方程式稱作弗里德曼加速方程式，而只稱第一個方程式為弗里德曼方程式。
[编辑] 密度參數
宇宙的密度參數，定義為宇宙的實際（或觀測）密度與弗里德曼宇宙的臨界密度的比值。得到臨界密度需要假設宇宙學常數為零（基本的弗里德曼宇宙正包含這個假設）並使歸一化的空間曲率為零，從而根據第一個方程式得到
密度參數因此為
這個參數本來是用來判斷宇宙的空間幾何形狀的一種方法，在臨界密度時 宇宙的形狀是平直的。在真空能量密度為零的假設下，如果密度參數大於一，宇宙在空間上是閉合的，宇宙會最終停止膨脹並開始塌縮；如果密度參數小於一，宇宙 在空間上是開放的，宇宙會一直保持膨脹下去。不過，如果將空間曲率和真空能量都一起考慮到密度參數中，也有可能出現密度參數正好等於一的情況，驗證這種情 況就需要對宇宙中多個參數進行測量。根據宇宙的ΛCDM模型，密度參數所包含的重要參數還有重子、冷暗物質和暗能量。根據威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）對宇宙空間幾何的探測表明，宇宙是接近平直的，即空間曲率為零。
第一個弗里德曼方程式經常用密度參數來表示為
其中是宇宙現在的輻射密度（即時的密度），是宇宙現在的物質密度（包括重子和暗物質），是宇宙現在的空間曲率密度，而是宇宙現在的宇宙常數或真空能量密度。
[编辑] 有用的解
在理想流體的情形下，弗里德曼方程式很容易求解；此時的狀態方程式是
其中是壓力，是流體在自身參考系下的質量密度，是一個常數。此時的宇宙標度因子的解為
其中是能夠根據初始條件得到的積分常數。而在取不同的值時對應著不同的解，這一族解對宇宙學意義非常重要。例如在時對應著物質佔主導地位的宇宙，意味著宇宙中物質的密度遠超過輻射的密度，從一般解中可以看到此時的解為
物質主導宇宙
另一種情形是輻射密度遠大於物質密度，此時對應，即
輻射主導宇宙
[编辑] 參考文獻
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^ Friedmann, A. Über die Möglichkeit einer Welt mit konstanter negativer Krümmung des Raumes. Z. Phys.. 1924, 21: 326–332. doi:10.1007/BF01328280. （德文） (English translation in: Friedmann, A. On the Possibility of a World with Constant Negative Curvature of Space. General Relativity and Gravitation. 1999, 31: 2001–2008. doi:10.1023/A:1026755309811.)
^ Ray A d'Inverno, Introducing Einstein's Relativity, ISBN 0-19-859686-3.
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