大家好,歡迎收看我的百家號清清解讀文化,接下來我為大家講一講天文學發展的三個階段。
一、地心說
眾所周知,地心說最早是由古希臘學者歐多克斯提出的,之後經過學者亞里斯多德、託勒密對其進一步發展逐漸得以建立和完善。地心說在古代西方長期處於興盛的地位。
託勒密認為,地球在宇宙中心處於靜止不動的狀態。從地球向外,依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星,它們沿著各自的運行軌道繞地球運轉。其中,太陽、月球的運動比較簡單而行星的運動相對複雜些:行星在本輪上運動,而本輪又沿均輪繞地運行。恆星天是鑲嵌著所有恆星的天球,它處在太陽、月亮和其他行星之外。在它外面,是推動天體運動的原動天。
地心說是世界上第一個行星體系模型。它承認地球是「球形」的,並把行星從恆星中分離開來,致力於探索和揭示行星的運動規律,極大地推動了人類對宇宙的認識。儘管地心說把地球當做宇宙中心是錯誤的,然而它的歷史功績不容置疑。地心說最重要的成就是運用科學的數學方法精確計算行星的運行,託勒密還第次提出了「運行軌道」的概念,設計出了一個本輪均輪模型。人們可以按照這個模型,定量計算行星的運動,據此推測行星所在的位置。這個模型具有重大的生產實踐意義,因為在一定時期裡,依據這個模型可以在一定程度上正確地預測天象。
雖然本輪均輪模型的出現具有創造性的意義,但是它建立在託勒密對有限觀察資料的整合基礎之上,缺乏堅實嚴密的科學推理。託勒密通過人為地規定本輪、均輪的大小及行星運行速度,才使這個模型和實測結果取得一致。到了中世紀後期隨著觀察儀器的不斷改進,人們能夠更加精確地測量出行星的位置和運動,觀測到行星實際位置與這個模型的計算結果存在偏差,這個模型的弊端逐漸顯現出來然而,由於人們對地心說的盲目信奉,他們非但沒有認識到這種狀況是由地心說本身的錯誤造成的,卻試圖通過增加本輪的方式對地心說進行補救。這種方式一開始還能勉強應付,後來小本輪增加到八十多個,卻仍然不能精確地計算出行星的準確位置。人們對地心說的正確性開始產生懷疑。直至16世紀,在持日心地動觀的古希臘先輩和同時代學者的基礎上,哥白尼創立了「日心說從此,地心說的地位大不如前,逐漸被淘汰。
二、日心說
日心說」理論被完整地提出來是在1543年,波蘭天文學家哥白尼在臨終時發表了一部具有歷史意義的著作—《天體運行論》。這個理論體系提出了一個明確的觀點:太陽是宇宙的中心,一切行星都在圍繞太陽旋轉。該理論認為,地球也是行星之一,它一方面像陀螺一樣自轉,一方面又和其他行星一樣圍繞太陽轉動。日心說否定了地球是宇宙的中心,確立太陽為行星系統的中心。這看似簡單的調整,實際上是一項意義非凡的創舉。哥白尼通過對天體系統的嚴密觀測,得出大量精確的觀測數據,輔以當時還在發展中的三角學的成就,對行星、太陽、地球之間的關係進行了科學詳盡的分析,計算了行星軌道的相對大小和傾角等,「營造」出個井然有序的太陽系。哥白尼的計算不僅結構嚴謹,而且計算簡單,與已經加到八十餘個圈的地心說相比,哥白尼的計算與實際觀測資料能更好地吻合。因此,地心說最終被日心說所取代。
託勒密的地心說能夠在中世紀的歐洲長期佔有統治地位,與當時的神權統治是密不可分的。當時的基督教會向人們傳遞的思想是「上帝創造了人,並把人置於宇宙中心」,而地心說的理論與這個說法不謀而合,符合神權統治的需要。對教會來說,如果誰對地心說懷疑,那就是褻讀神靈,大逆不道,要受到嚴厲懲罰。否認地球是宇宙中心的日心說,顯然違背了基督教義,為教會勢理所不容。為了維護日心說,堅持真理的學者仁人與黑暗的神權統治勢力進行了不屈不撓的鬥爭,並為此付出了血的代價。為了捍衛這一學說,義大利思想家布魯諾,被教會用火活活燒死;義大利科學家伽利略,被宗教法庭判處終身監禁;克卜勒、牛頓等自然科學家,也在這場捍衛真理與科學的戰鬥中作出了重要貢獻。
三、大爆炸說
大爆炸說的前身緣起於一個震驚世界的發現。1929年天文學家哈勃將其公之於世。這個發現的結論是:宇宙在高速地膨脹著,所有的河外星系都在離我們遠去。基於這一點,天文學家想到:既然宇宙在膨脹,那麼就有可能有一個膨脹的起點。於是,天文學家勒梅特提出了宇宙是由一個「原始原子」爆炸而成的觀點,美國天文學家伽莫夫接受並發展了勒梅特的這一思想,於1948年正式提出了宇宙起源的大爆炸學說。
伽莫夫把宇宙看作是一個溫度極高、密度極大的原始火球,它由最基本的粒子組成。根據現代物理學,這個火球必定會以迅猛的速度膨脹,它的演化過程好像一次巨大的爆發。宇宙密度和溫度隨著火球的迅速膨脹而不斷降低,一些化學元素(原子核)形成於這個過程,然後產生由原子、分子構成的氣體物質,氣體物質又逐漸凝聚起星雲,最後各種天體從星雲中逐漸產生,現在的宇宙得以形成。
這種學說一般人聽起來會覺得非常離奇,難以置信。這個學說由於缺乏有力的觀測證據,在它剛剛問世時,並未得到科學界的認可和響應。直到1965年,宇宙背景輻射的發現才使大爆炸說重見天日。原來,大爆炸說曾預言宇宙中還殘留著「原始火球」的「餘熱」,這種餘熱應表現為一種四面八方都有的背景輻射。而特別令人驚奇的是,這種背景輻射的溫度與伽莫夫預言的「餘熱」溫度恰好相當。另一方面,隨著有關天文學數據的改進,天文學家根據這個數據推算出宇宙的膨脹年齡,已從原來的五十億年增到一百億至二百億年,這個年齡與天體演化研究中所發現的最老的天體年齡是吻合的。大爆炸說與其他宇宙學說相比,能夠更多、更好地解釋宇宙觀測事實,因此它的生命力比其他宇宙學說更加持久。
現在,大爆炸說的基本思想已被大多數天文學家所接受,很多過去無法解釋的問題正在逐步解決,大爆炸說成為最有影響、最受矚目的一種宇宙學說。