形形色色的宇宙學說
宇宙無比的神秘,以至於每一個人抬頭仰望星空的時候,他都禁不住想了解繁星點點的背後到底隱藏著什麼。我們的祖先認為“天似蒼穹,地如棋秤”,而古印度人的祖先認為大地馱在一隻大象的背上。
古人雲:“上下四方為宇、往古來今曰宙”。自古以來,宇宙這個詞彙就被定義為一切時間和空間的總和。世間萬物都處於宇宙中,它即是萬有,它就是一切。“宇宙學”就是研究宇宙本身的學問,具體來說,是借助物理學、天文學、數學等手段研究宇宙演化與結構的一門自然科學。人類對宇宙起源和結構的關注可以追溯到文明的開端。
我國有一個流傳已久的古老傳說——盤古開天辟地,講的就是宇宙開始的故事:最初,天地呈混沌狀,像一個雞蛋,隻有盤古在裏麵生存。過了不知多少年,這團混沌分開了,輕的和透明的部分上升形成了天,重的和混濁的部分下沉形成了地,盤古屹立在天地之間。天一日加高一丈,地一日變厚一丈,盤古也一日長一丈。如此又經過了很多很多年,天變得極高,地也極厚,盤古也長得極大……
各民族關於宇宙起源的傳說都如出一轍,在此不細述。然而各處對於宇宙結構的看法眾說紛紜,可謂仁者見仁、智者見智。
巴比倫人(生活於四千年前的伊拉克兩河流域)認為宇宙是一個密封的小室或箱子,大地是它的底板。底板中央矗立著冰雪覆蓋的區域,幼發拉底河就發源於這些區域之間。大地四周有水環繞,水之外還有天山,以支撐蔚藍色的天穹。不過,有些巴比倫星象家已經認識到地球是一個球體,還劃分了黃道十二星座。
古埃及人(在尼羅河兩岸生活)和巴比倫人心目中的宇宙大體上一樣。他們以為宇宙是一個方盒子,南北的長度較長,底麵略呈凹形,而埃及就處於凹陷的中心。天是一塊平坦的或球形的天花板,四方有四個天柱,即山峰支撐,星星是用鏈纜懸掛在天上的燈。在方盒的邊沿上,圍著一條大河,河上有一條船載著太陽往來。尼羅河是這條河的一個支流。顯然,這個宇宙模型受古埃及地形的影響很深。
中國古代占主導地位的宇宙模型是“渾天說”。發明地動儀的張衡是其主要擁護者。渾天說認為,天仿佛一個雞蛋殼籠罩在一片汪洋之上,陸地似蛋黃,浮在蛋青般的水中,恰好位於天的正下方。但是蛋殼、蛋黃的比喻隻是為了說明天與地的位置關係,沒有古人把腳下的大地看成是球形。盡管唐代僧人一行在大地測量中曾發現用“地平觀”不能解釋的事實,但他沒敢懷疑渾天說。渾天說的最大缺陷還不在此,古人最不明白的是:大地的外麵全是汪洋,那麼太陽落山後豈不是沉入水中熄滅了嗎?為此,有人嚐試從五行相生相克的角度出發解釋這個問題,但並不成功。畢竟這個模型與現實相差太遠。
公元前340年,古希臘哲學家亞裏士多德在他的《論天》一書中,闡述了以下觀點:
1.月食由地球的影子投到月球上所致。
2.月食時看到的地球的影子總是圓的,可以推斷地球應該是一個球體而不是圓盤狀。
3.地球是宇宙的中心。太陽、月亮、行星和其他恒星分別附在八個天球上,以完美的圓形軌道繞地球旋轉。
基督教完全接納亞裏士多德的理論,認為與《聖經》的宇宙觀一致,符合上帝創世的理論,這個宇宙模型的最大優點,就是在最外層的恒星天球之外,為地獄和天堂留出了空間。
1514年,教士尼古拉·哥白尼提出“日心說”,認為太陽靜止地處於宇宙的中心,而地球和其他行星繞著太陽做圓周運動。由於害怕教會的迫害,哥白尼隻能秘密地傳播自己的學說。後來伽利略觀測木星時,發現木星的幾個行星圍繞著木星旋轉,這表明其他星球不一定圍繞地球旋轉。開普勒繼而修正了哥白尼的理論,用橢圓軌道取代了圓周軌道,使其很好的符合觀測結果。他們的公開支持,最終宣告了亞裏士多德學說的終結。
1687年,伊薩克·牛頓出版了舉世聞名的《原理》。在書中提出了著名的萬有引力定律。《原理》一書解決了物體如何在時間和空間中運動的問題。
利用他的理論,人們甚至可以精確地計算星球運行的軌道。
但是問題又出現了。根據萬有引力定律,星球間總是相互吸引,它們似乎不能保持大尺度上的相對靜止,而終將落到一起。牛頓也意識到了這點,他解釋道:如果有限顆行星分布在一個有限的區域中,這種情形的確會發生。但如果存在無限顆行星,均勻的分布在無限的空間,這種情形就不會發生,因為這時引力分布均勻,不存在任何一個使它們聚集的中心。