宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

四方上下曰宇,古往今來曰宙,以喻天地。——《淮南子》

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

宇宙星空

宇宙乃生命,生生而不已,周行而不殆。然而2000年以來,人類明知萬物都在運動,卻唯獨要否定宇宙本身的運動。牛頓的萬有引力表明,宇宙中的物質在引力作用下不可能處於穩定的狀態,但仍然定義了絕對時空;愛因斯坦的廣義相對論得出,宇宙模型不能保持穩定,卻毅然引入了宇宙常數。宇宙運動的觀念甚至未能產生在這些天才的頭腦之中,直到20世紀20年代哈勃發現紅移定律後,宇宙的演化才進入人類的意識,宇宙的歷史才得以誕生。

宇宙簡史主要從古代宇宙說地心說&日心說牛頓宇宙學

宇宙佯謬愛因斯坦宇宙學宇宙大爆炸黑洞&白洞&蟲洞暗物質&暗能量等八個方面理解宇宙學的發展,見證人類思想的拓展。

我們有幸生活於仍在進行發現的年代,正如發現新大陸一樣只能發現一次,我們正前所未有地瞭解宇宙的本質。——費曼

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

超新星SN1054的星雲遺蹟——《宋史·天文志》1054年記錄

古代宇宙說

天下萬物生於有,有生於無。——老子

中國古代神話認為,宇宙的創生始於“盤古開天闢地”,《三五曆紀》中寫道:天地開闢,陽清為天,陰濁為地,盤古生其中,一日九變,神於天,聖於地。天日高一丈,地日厚一丈,盤古日長一歲,如此萬八千歲也。古時候人們一直想象著天圓若斗笠,地方如棋盤,至東漢時期,天文學家張衡才提出了渾天說:天有一個天球如蛋殼,地有一個地球如蛋黃,天球包含著地球。並指出月球本身不發光,是日光的反射,認識到了宇宙的無限性以及行星運動快慢與地球遠近的關係,眾所周知的渾天儀地動儀正是張衡的兩大傳世傑作。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

盤古開天闢地

萬物所由之而生的東西, 萬物消滅後復歸於它。——阿那克西曼德

西方古代神話有”宇宙烏龜塔”之說:大地伏在一隻巨大的烏龜背上。古希臘哲學家

泰勒斯認為,宇宙萬物源於,事物皆由水經過不同變化而生成。阿那克西曼德反駁說,宇宙的基質是“無限者”——某種不固定的、無限的物質,無限者分解得到具體的物質,分裂出天體和世界,首次提出了宇宙的機械性模型。數學家畢達哥拉斯則主張,萬物皆為數字,宇宙是數的和諧。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

宇宙烏龜塔

古之言天者有三,一曰蓋天,二曰宣夜,三曰渾天。——《天文志》

古代宇宙說一個最關鍵的問題是:宇宙的中心是地球還是太陽,地球是靜止還是運動?

地心說&日心說

哥白尼對於西方擺脫教權統治和學術統治所做的貢獻幾乎比誰都大。——愛因斯坦

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

地心說

公元140年,天文學家托勒密提出了地心說:地球位於宇宙的中心並靜止不動,每顆行星都在一個叫“本輪”的小圓上勻速圓周運動,本輪中心在“均輪”的大圓上繞地球勻速轉動。這種模型解釋了行星視運動的順行、逆行等現象。不過隨著觀測精度的提高,地心說模型推算的行星位置和觀測結果的偏差越來越大,托勒密的後繼者只好通過在本輪上繼續添加小本輪來解釋。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

日心說

1551年,波蘭天文學家哥白尼認為,宇宙的規律應該是簡明和諧的,弄巧成拙的本輪和均輪不符合宇宙的本質,並提出了日心說:太陽位於宇宙的中心,天體圍繞著太陽轉動,如此日月星辰的軌道才顯得純粹,行星的順行和逆行也只是地球運動的自然結果。哥白尼的日心說改寫了托勒密延續千年的模型,開啟了宇宙學的革命。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

行星軌道

希望我沒有虛度此生。——第谷

1601年,丹麥天文學家第谷用盡一生觀測了750顆星體,收集了大量的觀測資料。之後,開普勒利用積累的知識,仔細分析研究,努力了16年,終於發現了開普勒三大定律,徹底摧毀了地心說,完善了日心說。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

面積定律

上天賜予我靈魂,大地收容我的俗身。——開普勒

開普勒第一定律(橢圓軌道定律):行星沿橢圓軌道繞太陽運動,太陽處於橢圓的一個焦點上。

開普勒第二定律(面積定律):太陽到行星的連線在相等時間內掃過的面積相等。

開普勒第三定律(週期定律):行星軌道半長軸的三次方與其公轉週期的二次方比值一定(T²=aR³)。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

魯道夫星表——開普勒用26年完成第谷遺願

牛頓宇宙論

給我物質,我就可以用它造出一個宇宙。——康德

近代科學之父——伽利略被譽為第一個在科學實驗的基礎上融會數學、物理學和天文學的人,1590年,他提出了自由落體定律,糾正了亞里士多德1900多年的錯誤,並引出了慣性定律力學相對性原理,改變了人類對物質運動和宇宙的認知。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

比薩斜塔與自由落體定律

力學相對性原理:在某個參考系中物體的運動滿足牛頓力學定律,則在相對於此參考系作勻速直線運動的參考系中,物體的運動也滿足牛頓力學定理。

1687年,在開普勒、伽利略觀測和實驗的基礎上,牛頓在《自然哲學之數學原理》中提出了牛頓運動定律,接著在《論物體的運動》中給出萬有引力定律。

牛頓第一定律(慣性定律):物體在不受外力作用時做勻速直線運動或保持靜止。

牛頓第二定律(運動定律):物體在外力作用下運動的加速度與外力成正比(F=ma)。

牛頓第三定律(反作用力):作用力和反作用力大小相等,方向相反且在一條直線上(

F12=-F21)。

萬有引力定律:任意兩個物體之間的引力大小同質量成正比,與距離成反比(F=GMm/R²)。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

絕對時空

牛頓認為時空絕對的,物體可以自由馳騁。時間均勻流逝,沒有始終,空間對稱平坦,無限伸展,為一切物體的運動提供了絕對的時間和空間座標。牛頓力學在解釋天體運行時,展示了無可辯駁的有效性,各種觀察數據也證明了萬有引力定律在宇宙中的普適性,使得牛頓宇宙觀延續了200年之久。

宇宙簡史!宇宙的歷史亦是人類的思想史(上)

未來宇宙

夫天地者,萬物之逆旅也;光陰者,百代之過客也。——李白

宇宙的歷史亦是人類的思想史,宇宙的未來即是人類的使命,說到底,人類如同恆星一樣,都是宇宙的一種可能,都是宇宙的歷史本身。


分享到:


相關文章: