天體為什麼會轉?牛頓認為上帝推了一把,但有的天體上帝也推不動

2021-01-20 星辰大海路上的種花家

關於天體旋轉的現象,人類有歷史記載以來就已經發現了,不過形成體系卻是在2000年前的古希臘時代,託勒密的地心說系統的總結了觀察到的天體運行,提出了地球為中心的宇宙說,當然大家都知道這是錯誤的,從地心說到現代宇宙論,我們不妨來簡單了解下

從正圓的日心說到現代宇宙觀

地心說統治了人類文明超過1500年時間,直到哥白尼開始懷疑地心說的各種設定,比如行星逆行等,哥白尼細緻的觀察了天體運行,在在1513年完成了《天體運行論》,提出了日心說。但哥白尼認為行星都以正圓形軌道繞太陽公轉。

克卜勒在1609年出版了《新天文學》,提出行星三大定律,揭示了行星的軌道是橢圓而非正圓形。伽利略在1609年發明瞭望遠鏡,觀測木星以及它的衛星,記錄了大量觀測資料,並且通過觀測太陽黑子,發現太陽也在自轉。牛頓在克卜勒以及伽利略的運動研究的基礎上,在1687年出版的《自然哲學的數學原理》提出了三大定律以及萬有引力定律,揭示天體之間運行的秘密。英國天文學家布拉德雷在1748年,公布了他觀測發現地球的章動現象是受到月球影響所致;1783年,發現了天王星的赫歇爾在分析了7顆恆星的運動後,推測出太陽正在向武仙座方向運行。並且赫歇爾通過大量的觀測,第一次繪製出了銀河系形狀。當然與真正的銀河系大相逕庭,儘管猶如一個攤破了大餅,但這個銀河系是赫歇爾之後100年內最精細的銀河系恆星分布圖。

拉普拉斯在1799年後陸續出版的《天體力學》,論述了行星之間互相影響的攝動理論。拉普拉斯另外在數學層面證明了太陽系行星軌道運行的穩定性,在1796年《天體力學》出版以前他就提出了太陽系可能形成於一片星雲的說法,解釋了為什麼太陽系內所有行星的旋轉運動都同一個方向。

19世紀天文學家對仙女星系的認識逐漸了解到可能銀河系也是這樣的螺旋星系;1918年美國天文學家沙普利發現太陽系在銀河系邊緣;1926年瑞典天文學家貝蒂爾·林德布拉德分析出銀河系也在自轉;在從地心說到銀河系的認識過程中,唯有旋轉是一直以來不變的特性,牛頓無法解釋這個原因「上帝之手推了它一把」,牛頓如是說。

為什麼天體都會轉動?真是上帝推了一把?

從誕生的後的天體運行可以找到它們運動的規律,但卻無法找到形成這種運動的原因,不過卻可以輔助我們去分析為什麼會形成這種運動方式,我們可以發現,天體如果不考慮進動或者其它天體引力或者廣義相對論彎曲時空影響的話,它的運動非常簡單,沿著測地線運動,這將指導我們發現天體轉動的奧秘。

天體形成的星雲說康德和拉普拉斯都提出了天體形成的星雲假設,當然這個理論在二十世紀處在初步成熟,因為英國物理學家詹姆斯·霍普伍德·金斯在二十世紀初發現了星雲坍縮的幾個條件,即形成金斯不穩定性的幾個條件。

當分子雲不足以對抗引力時,就會發生坍縮,它需要滿足如下幾個條件:

當分子雲密度擾動區域時會發生引力坍縮當分子雲密度大於金斯密度或者質量大於金斯質量時,會發生引力坍縮超新星爆炸是促成其條件的因素之一。

坍縮初期的博克球狀體星雲內部滿足這一個條件的會形成一個坍縮區域,這在星雲觀測中屢有發現,而這個區域可能有數十顆太陽的質量,也有可能分裂成多個區域誕生多顆恆星。

綽號為「毛蟲」的博克球狀體。它發光的邊緣表明它正在被星團中最熱的恆星電離。

坍縮運動的測地線軌跡只有在絕對理想的狀態下,向引力中心掉落的物質測地線才會指向質心,但這條件在複雜的星雲內部是無法滿足的,因此在坍縮過程中形成旋轉的星雲積盤是必然的。

獵戶星雲(M42)中的稠密氣體和塵埃正在孕育大量恆星。

來自於坍縮測地線運動中心天體會繼承這個運動,因為角動量守恆,這些角動量必然會被繼承,因此從中誕生的天體都是轉動的,包括公轉也同樣如此,因為形成行星的星雲坍縮區域本來就圍繞中心原恆星公轉。

星系的幾種運動方式

銀河系的自轉運動我們幾乎可以說是參考仙女星系M31的發現的,因為這個距離銀河系最近的完整星系猶如鏡子一樣可供我們對比,而銀河系與仙女星系儘管大小上有所差別,但自轉卻並沒有區別。

旋渦星系或者棒旋星系等以整個星系都處在自轉運動為主;

星系的分類

本星系群中的銀河系和仙女星系都屬於Sb型,都屬於棒旋星系,三角座星系則屬於Sc型

銀河系

矮星系的不規則自轉方式比如人馬座矮橢球星系,大小麥哲倫等都屬於矮星系,不過人馬座矮星系正在和銀河系合併。

上圖是大麥哲倫星系的成員運動方式,這個矮星系大致仍然在自轉中,但很不規則,因此恆星的軌跡形成了一枚指紋。

橢圓星系僅有部分恆星以不規則自轉為主。橢圓星系是已經過了恆星快速形成的時期,當前形成過程已經結束的部分星系,幾乎不自轉或者僅以少量恆星的不規則運動的星系。

著名的M87就是橢圓星系,它的中心就是今年4月10日首次取得的黑洞真身。

在星系以上更大的尺度內,運動並非以轉動為主,而是不貴則的,有些類似溪流(如上圖),看起來是不是一個很怪異的羽毛狀?

有不轉的天體嗎?

準確的說應該沒有,只有傳說中的史瓦希黑洞是可能不轉的,比如克爾黑洞或者克爾紐曼黑洞都是自轉的,理論上恆星型黑洞形成時都會繼承恆星的自轉,因此黑洞是自轉的,但原初黑洞可能並沒有經過恆星階段,因此它可能是史瓦希黑洞,但到現在為止我們尚未觀測到這種類型黑洞。不過從理論上來看,它是存在的,也許這是宇宙中唯一上帝推不動的天體了。

史瓦希黑洞是一種特殊結構的黑洞,但各位不要將其吸積盤的轉動與黑洞的自轉混淆起來,它與黑洞的自轉沒有任何關係。

文末再提一下未來本星系群的成員的命運,大小麥哲倫星系可能沒有那麼快被銀河系合併,但銀河系與仙女星系的合併可能無法避免,但在之前可能會大麥哲倫星系會先和仙女星系合併。不過多次超級計算機的模擬結果都不一致,但本星系群的合併是最終趨勢。

相關焦點

  • 天體為什麼都要轉?牛頓認為上帝推了把,但上帝也有推不動的時候
    牛頓在克卜勒以及伽利略的運動研究的基礎上,在1687年出版的《自然哲學的數學原理》提出了三大定律以及萬有引力定律,揭示天體之間運行的秘密。「上帝之手推了它一把」,牛頓如是說。為什麼天體都會轉動?真是上帝推了一把?從誕生的後的天體運行可以找到它們運動的規律,但卻無法找到形成這種運動的原因,不過卻可以輔助我們去分析為什麼會形成這種運動方式,我們可以發現,天體如果不考慮進動或者其它天體引力或者廣義相對論彎曲時空影響的話,它的運動非常簡單,沿著測地線運動,這將指導我們發現天體轉動的奧秘。
  • 天體運動的原力是什麼?晚年牛頓痴迷神學,認為是上帝踢了一腳
    在地球上、宇宙中,運動是絕對的,靜止是相對的,這一點從天體之間的運轉情況就可以看得出來。地球作為太陽系八大行星之一,無時無刻不在圍繞著太陽運動,因此從地球的角度來看太陽,太陽就是每天從東邊升起西邊落下。那麼問題來了,促使地球產生運動的力從何而來呢?
  • 宇宙中有沒有不自轉的星球?既然所有天體都轉,為什麼月亮不轉?
    天體的轉動真的是上帝推了一把嗎?人類認識宇宙最早是從地球中心論開始的,當然這後來被哥白尼的日心說所推翻,再後來克卜勒的行星運動定理以及銀河系自轉的發現,太陽中心論也被推翻,隨著人類對天體運動的了解,對宇宙的認識也在進入一個更高的層次!
  • 宇宙中有沒有不自轉的星球?既然所有天體都轉,為什麼月亮不轉?
    天體的轉動真的是上帝推了一把嗎? 天體為什麼會轉起來? 天體運動的上帝就是引力 其實這個定義是不完整的,但在星系範圍內的天體運動,以引力來概括已經綽綽有餘,簡潔一些用牛頓的萬有引力來描述也大致正確,而更精確一些用愛因斯坦的廣義相對論來描述,那麼可以精確到小數點後十幾位!
  • 宇宙中有沒有不轉的天體?宇宙本身又是怎麼運動的?
    天體的轉動真的是上帝推了一把嗎?人類認識宇宙最早是從地球中心論開始的,當然這後來被哥白尼的日心說所推翻,再後來克卜勒的行星運動定理以及銀河系自轉的發現,太陽中心論也被推翻,隨著人類對天體運動的了解,對宇宙的認識也在進入一個更高的層次!
  • 能用科學的方法證明上帝不存在嗎?
    先說答案:科學的方法證明不了上帝不存在,因為科學和上帝的存在本來就是對立的,對立的雙方用自己的方法證明對方的錯誤是不會令人信服的。按照矛盾律,對立的雙方只能鬥爭和妥協統一,這也解釋了為什麼許多著名科學家甚至偉大科學家還信奉上帝的原因。牛頓的科學觀中存在上帝
  • 地球繞著太陽公轉大家都知道,但它為何會公轉?真是上帝推了一把?
    其實地球為什麼不會墜入太陽這個問題挺容易解釋的,也許用中學物理就能解釋清楚,甚至可以用遊樂場的設施來輔助理解,但地球為什麼會繞著太陽轉確實是個難題,牛頓曾經認為是「上帝推了它一把」,真是「上帝」動手了?
  • 牛頓本來就是上帝的信徒,他晚年沒有鑽研神學而是痴迷鍊金術
    常看到網絡上一些對牛頓的誤解,認為牛頓晚年發現科學走向窮途末日,只得重新皈依並鑽研神學。再次亮明觀點:這個問題是對科學和歷史完全沒有任何認知的無稽之談。牛頓生長在宗教統治時代,那個時代的人基本都是宗教徒,稍有點社會地位的更必須是宗教中人。牛頓當然也不例外,他的一生都是上帝的信徒。
  • 為何天體能不停地轉動?這並非上帝決定的,而是由兩個原因導致的
    引言:無論是東方還是西方,早期人們對宇宙的認知是建立在神學上的,西方人認為上帝是造物者,東方人雖然沒有統一的說法,但歸根結底還是認為神創造了一切,並且認為天體之所以能夠不停地轉動,是神在操作,實際並非如此。
  • 偉大的科學家傳奇之牛頓
    在2005年,英國皇家學會進行了一場名為「誰是科學史上最有影響力的人」的民意調查,牛頓被認為比阿爾伯特·愛因斯坦更具影響力。對牛頓的毛髮進行基因分析,認為牛頓是艾斯伯格症候群攜帶者(精神上太過孤僻的狀態),有XQ28基因(同性戀基因)的表現,這更增添了牛頓的神秘感,但並未影響到他巨人的形象。偉大的牛頓的墓碑上鐫刻著:讓人們歡呼這樣一位多麼偉大的人類榮耀曾經在世界上存在。詩人亞歷山大·波普為牛頓寫下了以下這段墓志銘:自然與自然的定律,都隱藏在黑暗之中;上帝說"讓牛頓來吧!
  • 地球剛誕生時會自轉嗎?如果沒有自轉,它後來是怎麼轉起來的?
    但其實地球自轉對人類是在太重要了,不過科學家想要告訴各位的是,地球一開始就是自轉的,而且轉得還相當快,正如大家所猜測的那樣,真是上帝推了它一把嗎?坍縮發生後,星雲物質在引力的作用下向中心坍縮,這裡很關鍵,太陽係為什麼會公轉和自轉就是這個原因。為什麼天體都會公轉和自轉?天體在質量形成時空彎曲(引力)的空間中運動時,它的軌跡遵循的是沿著測地線運動,比如人造衛星和太空飛行器返航或者木星捕獲衛星,遵循的軌跡都是側地線運動,但有很多人會有疑問,既然遵循測地線運動,為什麼蘇梅克-列韋九彗星就掉入木星了?
  • 地球和所有天體都在高速運動,為什麼我們卻感受不到?
    其實沒有一個人有感覺,但事實上只要一把小小的彈簧秤或者一個傅科擺,就可以將地球高速自轉的現象表露無遺,傅科擺比較直觀,但比較難理解,彈簧秤比較好理解,也挺直觀,可惜要花不少路費!傅科擺是地球自轉的科裡奧力導致的一種繞著擺動中心轉動的現象,而自轉「離心力」則會讓各個點的「重量」不一致,但在過去卻並不是這樣認為,人類認識自轉和公轉有一段很長的歷史!
  • 從佛學來看牛頓的「上帝第一推動力」
    在牛頓的《自然哲學的數學原理》發表後,人們發現一切都可以用科學的原理來解釋,除了最開始的運動、動力之外。因為按照牛頓第一定律,物體如果沒有外力的作用將保持靜止或勻速直線運動。人們就會問:那世界最開始是怎麼動起來的?
  • 科學不需要上帝
    上帝存在嗎?一切如何開始?宇宙中存在其他智慧生命嗎?我們能預測未來嗎?黑洞中是什麼?時間旅行可能嗎?我們能在地球上存活嗎?我們應去太空殖民嗎?人工智慧會不會超過我們?我們如何塑造未來? 這十個問題看似簡單,但稍加思考卻又似乎無從回答,這些問題就是著名天體物理學家史蒂芬·霍金留給這個世界的臨別禮物。
  • 天體為什麼公轉同時自轉
    天體為什麼公轉的同時自轉?這個問題先要弄清楚天體為什麼公轉。以銀河係為例,我們知道太陽繞銀河系中心旋轉,銀河系所有的恆星都在繞銀河系中心做同一方向旋轉,這種旋轉形式叫公轉。恆星的公轉,是恆星自已發力要繞銀河系中心轉,還是受外力強迫其隨從著轉哪?當然是後者。太陽受脅迫使其屈從旋轉,這種外力就是銀河系中心自轉發出的,中心旋轉其周圍有從動場覆蓋著。在其場中的一切天體,只有屈從跟隨轉動的一條路。也就是恆星都是在銀河系場內受到從動力脅持的被運動。不是出自恆星的自願,只有隨從的份。
  • 霍金認為「上帝不存在」 宇宙中沒有天堂
    科學家們認為宇宙不存在第一推動力,超自然的未知力量在宇宙誕生以及演化進程中也不存在。根據加州大學伯克利分校的天體物理學家亞歷克斯·菲利彭科(Alex Filippenko)介紹:「宇宙大爆炸的啟動以及發生可能只有物理定律在其中起作用,嚴格按照物理定律進行推演,我們就可以得到現在的宇宙。」進行這個觀點論述的題為:宇宙大爆炸是否需要一個「神聖的閃光」?
  • 「上帝踢了地球一腳,於是地球開始轉動」牛頓晚年為何痴迷神學
    一般而言,引力小的星體會圍繞引力大的星體旋轉,就比如說地球在自轉的同時,也在圍繞著太陽旋轉,而太陽的引力又是如此巨大,以至於系內八大行星都得圍著它。但人類在研究天體運動時不禁感到好奇,天體會運動是因為引力,那麼,這個最初的「力」又是誰給的呢?打個比方說,地球是如何旋轉起來的呢?
  • 一個神學系的高材生,最終將「上帝」趕出了宇宙
    直到牛頓創造了經典力學,人們幾乎已經不需要上帝就可以解釋身邊所發生的一切了,於是「上帝」的權威慢慢的從地球之上轉移到了宇宙之中。當時存在著一個著名的科學疑問,那就是觀測發現木星的軌道在不斷的收縮,而土星的軌道又在不斷的膨脹,這一問題引起了很多科學家的興趣,當然其中也包括當時最偉大的科學家之一牛頓,然而沒有科學家可以解答這一問題,所以最後牛頓得出了一個結論「如果要讓系統免於陷入混亂,偶爾還是需要上帝的幹預」。
  • 牛頓最後到底發現了什麼?為什麼說上帝是第一推動力?
    牛頓的靜態、機械的宇宙觀蘊含著決定論,到拉普拉斯時為甚,他認為只要能收集到宇宙運行的足夠數據,就可以預測宇宙的未來。拋開哲學思辨的探討,決定論真正受到嚴肅的科學挑戰是上世紀量子論的發展。牛頓為什麼說上帝是第一推動力?引力就像蘋果一樣,它既然存在,就一定有它存在的原因。但問題是,牛頓無法找到引力存在的原因,人們常說,科學家可以告訴我們「是什麼」,但未必能解答「為什麼」, 牛頓也沒辦法通過自身知識解釋這個東西,因此牛頓自然而然地認為,引力的原因不能是別的,一定是造物主的推動。創造者,加上一神論,那就是上帝的推動。這是牛頓方法論的必然結果。
  • 牛頓也迷信!牛頓最後為什麼信仰神?證明上帝的存在
    當今世界上有很多國家都信仰宗教,當人們遇到難題時,總是會把希望寄託給神明。很多人認為這就是迷信,那是因為我們沒有信仰,真正有信仰的人是十分相信神明的。我們如今的社會科學技術越來越發達,越來越多的人相信科學,不再愚昧。