物质科学的精确性和粗略性

物理学是研究物体的相互作用、物质结构和演变规律的科学，宇宙学则是研究天体的相互作用、天体和宇宙结构和演化规律的科学，物理学和宇宙学的研究对象符合科学哲学逻辑论的等效原理，物理学是小物质结构的“宇宙学”，宇宙学则是大物质结构的“物理学”。物质表现了物质体系内在的结构性，宇宙表现了物质体系外在的结构性，物质和宇宙结构的等效关系是物质科学中最神奇的现象之一。可以把物质科学简略地分为物理学和天文学，物质科学在物理学中更多地表现为精确性，更少地表现为粗略性，而物质科学在天文学中更多地表现为粗略性，更少地表现为精确性，但现代天文学和宇宙学日益成为一门精确的科学，即使是最为精确的量子力学在“测不准原理”的作用下也展现了对应物理参数的粗略性。

物质的演变或者从稳定的结构转化为不稳定的结构，或者从不稳定的结构转化为稳定的结构，同样，宇宙的演化或者从结构的稳定性转化为结构的不稳定性，或者从结构的不稳定性转化为结构的稳定性。物质结构和宇宙结构从稳定性到不稳定性的转化和从不稳定性到稳定性的转化构成了一个周期，科学哲学的周期原理或周期性原理是对物质和宇宙运动和结构演变过程中往复性和重复性现象的抽象、提炼和概括。科学哲学的周期原理既适用于物质和生命的科学，也适用于心理和社会的科学，科学哲学的狭义周期性原理由此拓展为普通哲学的广义周期性原理。

宇宙大尺度的物质分布和时空纤维分布符合科学哲学均匀论的等效原理。宇宙物理学家通过对宇宙微波背景辐射的精确测量证实了时空分布的均匀性。宇宙微波背景辐射是太空中无处不在的在微波能段的微弱辐射，它的能谱对应了绝对温度仅为2.7开尔文的黑体辐射，它对应的温度在不同区域辐射涨落的差异小于万分之一开尔文。上个世纪的六十年代，贝尔实验室的两位工程师非常巧合地发现了“噪声无处不有”的宇宙微波背景辐射，这项伟大的天文发现不仅成为了宇宙大爆炸理论最有力的证据之一，而且成为了大尺度的时空均匀性和各向同性的关键证据。

通过对“宇宙岛”或宇宙星系分布的大量观测，宇宙物理学家证实了在大尺度时空背景下物质分布的均匀性。在大于1亿光年的时空尺度，天体和星系物质的分布表现了明显的均匀性和各向同性。爱因斯坦最早把物质分布在宇宙学尺度表现的均匀性和各向同性称之为“宇宙学原理”，物质在宇宙学尺度分布的均匀性和各向同性既符合科学哲学不变性的等效原理或等效性的不变性原理，也符合科学哲学不可区分性的等效原理或等效性的不可区分原理。

具体说来，在宇宙空间的任何一点和在任何一点的任何方向上，这些点的物理指标在同一时刻都是不变或不可区分的，诸如：空间任何一点的密度和压强、曲率和红移指标都完全相同，而在不同的时刻，这些点的物理指标发生了变化，比如：宇宙背景辐射从宇宙的创生到今日宇宙表现为辐射温度的递减原理，反之，宇宙背景辐射从今日宇宙到宇宙的刨生表现为辐射温度的递增原理，但在同一时刻，宇宙任何一点的背景辐射温度都是相同的。宇宙学原理在哈勃和爱因斯坦的时代主要以科学假说形式出现，而现代大尺度的天文观测技术基本上证实了物质分布均匀性和各向一致性的宇宙学原理。

可以把宇宙学原理分为在天文尺度下物质分布均匀性和时空分布均匀性的两种类型，虽然在天文尺度下物质分布和时空分布符合科学哲学均衡论的等效原理，但时空纤维在任何尺度的均匀分布都表现了量子场论的精确性，而天体物质在大天文尺度（大于1光年或3.5光年）的分布表现了经典场论的均匀性，在小天文尺度（小于1光年或3.5光年）的分布表现了经典场论的非均性。有的天文学家将“大天文尺度”和“小天文尺度”的界线划定在1亿光年，有的天文学家将这一界线划定在3.5亿光年等。

从小天文尺度到大天文尺度，天体和星系物质分布的均匀性或均衡态的精确性符合科学哲学变化论的递增原理；反之，从大天文尺度到小天文尺度，天体和星系物质分布的均匀性或均衡态的精确性符合科学哲学变化论的递减原理。从数十亿、数百亿光年的超大天文尺度衡量，天体和星系物质分布的均匀性趋向于时空量子场论的精确性，好似发生了广义相对论向量子力学的转化，这种奇异性的转化关系说明了，从引力到量子引力的转化和从小天文尺度物质分布到大天文尺度物质分布的转化符合科学哲学转换论的等效原理或等效论的转换原理。

星系物质在大天文尺度表现了均匀性，这一理论假设变成了现代天文观测的事实，人们在哈勃天文时代之前没有掌握大尺度天文距离的测量方法，甚至认为银河系就是整个的宇宙，天文学家将银河系的恒星描绘在二维平面的天球坐标上，恒星的分布看起来大致是均匀的，他们由此产生了宇宙学原理的最初想法。天文学家在哈勃和后哈勃的天文时代掌握了大尺度天文距离的测量方法，银河系只是宇宙星系其中的一个，天文学家将包括银河系在内的可观测星系描绘在三维立体的天球坐标上，两个维度标识星系在天球面的纵横坐标，第三个维度标识星系从球心到球面的距离，星系的分布看起来大致是均匀的。天体和星系物质在大尺度二维平面坐标和三维立体坐标的分布符合科学哲学均匀论的等效原理。

以量子力学测量的宇宙时空均匀的精确性远高于以经典力学和相对论测定的宇宙物质均匀的精确性。宇宙大尺度结构体的发现对宇宙学原理构成了很大的考验，比如：在宇宙坐标的三维图形上出现了大量“空洞”和众多星系排列布阵的“长城”，宇宙空洞没有或只有极稀少的天体和星系、气体和尘埃物质，2007年，天文学家发现了一个直径为6到10亿光年的巨型空洞，2013年，天文学家发现了一个超大型的类星体群，U1.27类星体群由73个类星体组成，跨度达到了40亿光年，2003年，天文学家发现了一个星系组合的“萨隆长城”，在太空绵延的长度为14亿光年。宇宙超大空洞和超大结构体的发现证实了，大天文尺度物质分布均匀性的宇宙学原理只有粗略和相对的精确性。