天文學發展的三個階段:地心說、日心說、大爆炸說

2020-12-03 百家號

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。

相關焦點

  • 天文學概述:「日心說」和「地心說」的調和
    由此開始反對哥白尼的「日心說」。地心日動模型第谷對日心說和地心說的調和第谷採用《天體運行論》的理論,並不能解釋彗星問題於是在1583年出版了《彗星論》,提出一種介乎「地心說」和「日心說」之間的「地心-日動說」,首先他肯定了地球是不動的,太陽圍繞地球轉,其他行星圍繞太陽轉。這個宇宙模型同樣可以解釋「行星逆行」現象,而且解釋了為什麼彗星軌道不同於其他行星的問題,曾一度被接受。
  • 天文學概述:從「日心說」到「大爆炸」
    經過18年的研究,哥白尼把80多個本輪,儉省到34個,但這仍不能算是簡潔的、和諧的、完美的天體運動。還沒等哥白尼進一步完善自己的理論,便已經與世長辭了。在奧西安德教士的監督下,以一種解釋天體運動的「數學模型」出版。後來遭到教會的禁止。完善日心說理論的任務,只能由後來者繼承了。
  • 哥白尼推翻了地心說,建立日心說,是現代天文學的起點
    1496年,23歲的哥白尼來到文藝復興的策源地義大利,在博洛尼亞大學和帕多瓦大學(Bologna University, University of Padua)攻讀法律、醫學和神學,博洛尼亞大學的天文學家德·諾瓦拉(de Novara,1454 -1540)對哥白尼影響極大,在他那裡哥白尼學到了天文觀測技術以及希臘的天文學理論。他40歲時提出了「日心說」。
  • 太陽的故事(三)地心說vs日心說
    他的地心說模型就是這種努力的典範, 其精度之高, 甚至連一千四百年後的日心說模型也無法輕易超越。 當代科學史學家霍爾頓 (Gerald Holton, 1922-) 曾有過這樣一句感慨: 「沒有什麼事情比低估古希臘人的觀點更容易和更錯誤」。 我有同感。
  • 地心說很科學,日心說不全對
    古代科學主要以觀察為主要研究手段,日心說和地心說都是在建立在觀察基礎之上。不過這些天文觀測數據都存在很大的誤差及錯誤,才會形成地心說這樣的理論。地心說並不是託勒密提出來的地心說起源於古希臘。下圖為火星逆行現象示意圖日心說也並非完全正確日心說認為太陽是宇宙的中心。其實早在公元前300年左右,古希臘天文學家阿里斯塔克就已經提出過該觀點。時間到了16世紀,才由波蘭天文學家哥白尼通過整理前人的天文觀測數據,建立了完整的日心說宇宙模型。在哥白尼提出日心說的時候,人類已經證明地球是球形的。
  • 《人類的本性》(四)二 「地心說」與「日心說」王大訓
    」與「日心說」    「 地心說」是長期盛行於古代歐洲的宇宙學說,最初由古希臘歐都克塞斯提出,後經亞里斯多德、託勒密進一步發展而逐漸建立和完善起來。實際上,《天體運行論》聞世以後並沒有立即為人們所認可,這是因為在哥白尼的時代,大地運動說難於為主流社會所接受;而另一方面,託勒密的「地心說」體系亦與當時的觀測數據相吻合。因此,在《天體運行論》出版以後的半個多世紀裡,「日心說」很少受到人們的關注和支持。
  • 從地心說,到日心說,人類的內心戲都經歷了什麼?
    哥白尼的「日心說」觀點符合現在現代天文學對太陽系的觀測結果。太陽在中心,其他行星包括地球都在圓形軌道上圍繞太陽公轉(圖4)。這一學說提出後並未被大多數天文學家採納。一方面是因為宗教的原因,而且也沒有很明顯的直接證據顯示地球是繞太陽公轉的;另一方面則是因為哥白尼的圓軌道說也不能精確描述行星的運動。
  • 地心說被推翻、日心說被確立,對當時的歐洲產生了怎樣的影響?
    公元1513年,波蘭天文學家尼古拉·哥白尼提出了日心說,認為地球是圍繞著太陽而運轉的。但在此之前,教會一直認為地球為宇宙的中心,太陽則是以地球為中心運轉。雖然該事件為天文學內部的學術之爭,但哥白尼的日心說一經提出就被教會認定為是異教徒,而他的日心說也無疑是向教會的權威發起了挑戰。
  • 日心說與地心說
    彌留之際,他用手握住書的封面,嗅著油墨的芳香,臉上露出欣慰的笑容,溘然長逝。  他在書中結合大量觀察結果與嚴密的數學運算,提出地球圍繞太陽做公轉運動的理論,史稱「日心說」。  在中世紀的歐洲,人們普遍被告知:太陽圍繞地球旋轉。而哥白尼的發現,打破了「地心說」這一觀念的禁錮。  最終,歷史證明了一切。
  • 反抗的曙光——日心說的提出
    >周六 · 新手之路| 周日 · 下周天象每天兩分鐘,天文百事通反抗的曙光——日心說的提出°上期我們已經提到,中世紀時的天文學被困在宗教的枷鎖中,儘管如此,隨著科學技術的進步、越來越多科學家的觀測以及資本主義的發展,打破長達千年的「黑暗時代」的曙光與天文學的突破終於到來了。
  • 新地心說VS日心說
    新地心說VS日心說 所謂的新並不新
  • 太陽系的地心說模型和日心說模型間有什麼區別?
    這個問題導致了一場地心說和日心說之間的爭論,天文學家用了很長一段時間才使這個問題得以解決。 地球是所有行星的中心(地心說),行星圍繞地球旋轉。這種想法在文化上起到了重要的作用,一個例證是星期幾以七位女神的名字命名,而七名女神代表這七個運動的亮點(行星)。
  • 日心說推翻了地心說嗎?並沒有,日心說推翻的,其實是一個觀念
    關於日心說,地心說,我們小時候的教材,科普書籍,傳遞給我們的觀念,幾乎都是這樣——先進正確的日心說,推翻了錯誤落後的地心說,提出者哥白尼引發了天文學的革命,從此掀開了近代科學的革命云云。哥白尼提出的日心說,跟人們觀測到的數據,並不吻合。因此,在哥白尼最初提出日心說的四五十年裡頭,人們並不接受日心說。直到六十年後,克卜勒用橢圓形軌道取代圓形軌道,日心說的數據才跟觀測高度吻合。再加上伽利略發明了天文望遠鏡,觀測到木星原來有四顆衛星,這為日心說提供了很有力的證據。
  • 地心說還是日心說?
    原標題:地心說還是日心說?   哥白尼的學說創立之前,在天文學上牢固佔據統治地位的是託勒密的地心說。按照這一學說地球在宇宙的中央,其他日月星辰圍繞著地球旋轉。地心說與宗教神學相結合,形成一個以地心說為中心的宇宙體系。地心說雖然與人們多數的直觀經驗相符合,但在解釋行星運動時遇到了巨大的困難,特別是後來運用本輪、均輪的迭加來解釋行星運動使地心體系變得異常煩瑣複雜,這時就需要一個新的理論取而代之。
  • 創新人物|哥白尼的日心說
    在哥白尼的「日心說」發表之前,「地心說」在中世紀的歐洲一直居於統治地位。
  • 哥白尼的「日心說」峰迴路轉「勝於」託勒密的「地心說」奇妙之招
    驀然回首,不覺間,已經回到了400年後,也就是說,公元2世紀,一個名叫託勒密的人用高氣揚的說:阿利斯塔克的「日心說」不對,宇宙的中心是地球,地球是靜止的,後者稱之為「地心說」。其學說,剛好能解釋,我們常見到的自然現象。
  • 天文學概述:從「大爆炸」到「大坍塌」
    這一系列的理論,為哈勃發現「河外星系紅移」奠定了基礎,哈勃定律的提出讓伽莫夫「熱的大爆炸假說」有了科學的依據,並於1964年發現了預言的宇宙背景輻射。「大爆炸」理論的證明,讓人們認識到宇宙有一個開端,於是科學家們又開始「預演」宇宙的生命終結。其實早在大爆炸理論提出之前,俄國的德曼在1922年就開始研究「非靜態宇宙」。
  • 「地心說」與「日心說」:到底誰更正確?看看天文學家怎麼說?
    從表面上看,地心說是有意義的。但有許多物理現象很快就會證明這種說法存在漏洞。舉個例子,傅科擺(通常稱為「大鐘擺」)擺動的時候,就好像地球正在它們的下面轉動,其轉動的方式與天空中萬物在頭頂上的轉動方式完全一致(不是巧合)。
  • 天文巨匠哥白尼與「日心說」的提出
    哥白尼是文藝復興時期的波蘭天文學家,他所提出的「日心說」對後世的天文學發展產生了極大的影響。給全世界人民帶來了一個新宇宙觀。哥白尼在學習之餘進行了大量的天文學觀測,這些觀測為他以後的「日心說」提供了大量的資料。
  • 天文學概述:從「大爆炸」到「太陽系」
    大爆炸理論的基本觀點是:宇宙在過去有限的時間之前,由一個密度極大、溫度極高的初始狀態演變而來,並經過不斷的膨脹才形成今天的狀態。根據2010年的研究成果,從大爆炸至今,大約經歷了133億年至139億年。