多层宇宙理论(上)

地球和月球组成了地月系,太阳和八大行星、或九大行星以及它们的卫星组成了太阳系,太阳系和大约2000亿、或4000亿颗恒星系组成了银河系,银河系和40多个河外星系组成了本星系群,本星系群和附近的大约50个星系团组成了本超星系团,超星系团构成的丝状结构是天文学家已知的宇宙最大结构,丝状结构围合成宇宙空洞,丝状结构和空洞共同构成了宇宙的大尺度结构,在宇宙的大尺度结构已经看不到我们熟悉的太阳系和恒星系,数以万亿、万万亿的恒星“编织”成的丝状体从最大的尺度上看,它们就像一块绵延不绝的海绵体,“超级海绵”的纤维被天文学家形象地比喻为宇宙结构的丝状物,而“超级海绵”的缝隙被天文学家形象地比喻为宇宙结构的空洞。

太阳系和其它恒星系在星系的尺度上可以看成是一个“细胞”、或星系的细胞,星系由数以千亿的“细胞”组成,同样,银河系和其它星系在丝状体和空洞的尺度上可以看成是一个“细胞”、或宇宙的细胞。从伽利略时代以来的天文观测成果表明,宇宙在地月系、太阳系、银河系、星系群和星系团、超星系团丝状体的尺度上呈现了层层递进的结构性,在相对小的尺度上,宇宙物质依次聚集为行星和恒星、恒星系和星系、星系团和超星系团;在相对大的尺度上,宇宙物质的分布是均匀、各项同性的,每一个恒星系和星系有中心点,而由恒星系和星系组成的无边无际的宇宙则没有中心点。

古代世界的先民和学问家将宇宙看成是一个整体,在哲学整体论的意义上探讨人与自然的关系,在天文学的含义上探测地球在宇宙中的位置,中外的古代天象学家、或现代意义的天文学家创立了各具特色的朴素的宇宙结构学,它是一门在整体上观测和分析天体构造的学说,我们发现中外先民和学问家创立的宇宙结构理论有惊人的一致性,或者起源于古代的中外主要的宇宙结构理论符合哲学整体论的“等效原理”。中国古代的学者在宇宙结构的整体观上提出了六种学说,即:盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天说,其中的盖天、浑天和宣夜说是三种影响力较大的主要学说,昕天、穹天、安天说可以分别划分到盖天、浑天、宣夜说的体系。

盖天说出现在殷周时期,“天似穹庐,笼盖四野”的诗句形象地描绘了该学说的观点,天在上方,地在下方,半球形的天穹和方形的大地通过周围的八根柱子连成一个整体,天穹像一个凉亭,大地像一个棋盘。浑天说出现在战国时期,汉代的天文学家张衡是浑天说的代表人物,该学说主张地球和天穹呈现球形,天球内盛着水,地球浮在天球内的水面上,宋代的张载将地球浮在水面的看法改为地球浮在气体中,顺应了中国传统哲学“元气论”在当时的兴盛。宣夜说的历史可以追溯到战国时期的哲学家庄子,这一学说的哲学基础也是“元气论”,庄子和战国时期的哲学家将宇宙万事万物的本源归结为“元气”,宇宙是无边无际的“气场”,日月星辰在气场中漂浮游动。通过描述宇宙结构的三种典型学说,古代和王朝时代的思想家建立了朴素的宇宙哲学。

公元前五、六世纪的希腊哲学家已经深入探讨了宇宙结构的形状和形成,前苏格拉底哲学时代的哲学家阿拉克西慢德将地球描述为一个在宇宙中心悬浮的、被熊熊火焰包围的圆柱体,毕达哥拉斯学派的菲洛劳斯将宇宙看成是包括月球、地球、太阳在内的十个天体组成的结构体,“十大天体”围绕一团看不见的“中心火球”旋转。公元前四世纪希腊哲学的集大成者、柏拉图的学生亚里士多德是古希腊第一位百科全书式的学者,他以最清晰的逻辑语言描述了“大而全”的宇宙结构,在我们的地球之外有9个距离相等的“天层”,从里到外依次为月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天。

在“九重天”之外空无一物,上帝推动了恒星天层的运动,恒星天层带动了其它天体的运转,牛顿后来设想的上帝“第一推动力”似乎受到亚里斯多德天体运动学说的影响。公元一到二世纪的哲学家和宇宙学家托勒密是继亚里斯多德之后的又一位百科全书式的学者,他在全盘继承并创新了亚里士多德的宇宙结构理论,在8卷本的《至大论》一书中,托勒密将亚里士多德的“九重天”扩充为11层天,将原动力天改为晶莹天,在晶莹天之外增加了最高天和净火天,最高天是上帝的住处,净火天是神的居所。

宇宙中的普通物质由基本粒子构成,基本粒子是我们已知的最小物质单位的颗粒,质子和中子由基本粒子中的夸克构成,原子核由质子和中子构成,原子由原子核和基本粒子中的电子组成,分子由原子组成,保持物质性质的最小单位是分子。宇宙中的物质按照时空尺度和质量的大小呈现结构性的排列。就像天文学家对天体结构的认识随着观测技术的提升而不断深入一样,物理学家对物质结构的认识随着实验技术的改进而不断进步,或者理论和技术的发展对人们认识天体结构和物质结构的影响符合哲学进步论的“等效原理”。尽管古希腊的哲学家最早提出了“原子论”,将原子理解为物质不可分割的最小单位,但是,直到十九世纪创立的原子核物理学,科学家才逐渐揭示微观结构中原子和分子的性质,从分子和原子进一步推进到对原子核和基本粒子的认识。

宇哲手稿:邓如山

时间:2018-8-6

(The theory of Multi-layer universe)

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