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在认识宇宙的过程中总有一些人在修正了哥白尼

时间:2023-01-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:在认识宇宙的进程中,总有一些人站在历史的舞台上,尽心竭力向世人宣讲自己对宇宙的新发现。哥白尼满含激情地在书中写道:“太阳堪称宇宙之灯,宇宙之头脑,宇宙之主宰”,“太阳坐在王位上统率着围绕它旋转的行星家族”。牛顿认为,宇宙中的任何物体之间,都存在着相互吸引力;各个物体间吸引力的大小,与两个物体的质量大小成正比,与它们之间距离的平方成反比。波及宇宙所有已知和未知的场所。
系统宇宙_宇宙史诗

在认识宇宙的进程中,总有一些人站在历史的舞台上,尽心竭力向世人宣讲自己对宇宙的新发现。他们就像天上的星辰,照亮了思想的黑夜。人类对宇宙的认识不断变化更新,而人类对真理上下求索的精神一脉相承。托勒密、哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿、爱因斯坦、哈勃、伽莫夫、霍金……这些智慧的思想者,为我们描绘了越来越清晰的宇宙图像。

托勒密大约生活在公元90年至168年,曾在埃及亚历山大城图书馆工作。托勒密是古希腊天文学的集大成者,他在继承亚里士多德“地心说”基础上,根据长期观测数据,合理论证了天体位置和运行规律,是世界上第一个系统研究日月星辰构成和运动方式的科学家。

有人说,托勒密用毕生精力构建了一个错误的“地心说”理论,无论对他个人还是人类而言,都是悲剧。然而,从历史角度看,“地心说”实现了人类认识宇宙从神话向理论的过渡,可谓阙功至伟。更何况,就现代宇宙学观点而言,宇宙中任何一点都可以称为中心,以地球为中心来建立宇宙模型是完全可以的,只不过这个模型太复杂、计算起来太费时罢了。由于托勒密地心体系与天文学观测数据相吻合,在长达1500年的时间里,为航海及历法提供了重要的依据。

托勒密地心体系简图

托勒密的天球

公元二世纪的星辰在埃及升起,

亚历山大图书馆静穆而安详。

托勒密手持星盘步出高高的馆门,

身后,智慧之光从一排排书架上流泻成江。

那个时代,天堂很大,天空并不大,

天文学尚未脱去占星术的胞衣。

托勒密的星盘久久对准繁星满天的夜空,

五大行星层层套叠,画出大大小小的圆。

“我知道我是凡人,生命短暂。

然而,当我追随众星绕地球运行时,

我已升入天堂,与神同享最高天的永恒。”

站在公元二世纪星空下,托勒密如是说。

精美的地心天球转动了千年,

茫茫大西洋的航海者将它仰望千年。

科学诞生于局限,但仍属于科学。

科学突破了局限,但仍属于局限。

波兰科学家哥白尼(公元1473—1543)本是一名教士,但对天文学很感兴趣。通过长期天文观测和数学计算,哥白尼提出了具有里程碑意义的“日心说”,并在临终前写成了他的不朽名著《天体运行论》。哥白尼满含激情地在书中写道:“太阳堪称宇宙之灯,宇宙之头脑,宇宙之主宰”,“太阳坐在王位上统率着围绕它旋转的行星家族”。在基督教会统治的欧洲,“日心说”被认为是亵渎神灵,大逆不道。当时,公开宣传“日心说”的布鲁诺甚至被烧死在火刑柱上。

日心说

太阳,

每天都要冲破黑暗,

巡视自己的领地,

最后又回归黑暗。

望远镜,

第一次让人类短浅的目光,

进入到深邃的宇宙,

也带来了深邃的恐慌。

哥白尼

镜筒里,

看到的是星辰的运转,

射出的却是思想的炮弹,

地心说被炸得瞬间溃散。

哥白尼,勇敢地站出来为太阳加冕;

布鲁诺,以死捍卫太阳的尊严。

精神世界的战争,流淌着真实的鲜血。

太阳的光芒,

普照环绕它运转的行星,

人类的思想冲出了教条的束缚,

在迈向宇宙的征程中,步步为营。

开普勒(公元1571—1630)是德国天体物理学家,是“日心说”的完善者。他修正了哥白尼理论,认为行星沿椭圆轨道绕太阳运行而非圆周轨道。开普勒从小坏了眼睛,没能成为天文观测家,而且一生贫病交加、厄运连连,但其天才的数学头脑却没有被埋没。他深信,上帝是依照完美的数的原则来创造世界的,自然万物间一定有和谐的数学关系。他利用第谷30多年积累的精确的天文观测数据,推算出行星运动的三大定律,称为开普勒定律。开普勒定律使“日心说”真正成为简洁、明晰、统一的行星运动体系。为纪念开普勒的功绩,国际天文学联合会将1134号小行星命名为开普勒小行星。

天上有颗星名叫开普勒

四百年前的光走过四百光年的路,来到我的眼前。

在秋天的夜晚照见一个人的名字——开普勒。

天上的星对应着地上的人,我看到的不是虚幻的影儿。

伟大的灵魂背靠着真实真诚的人生,闪闪若星辰。

曾经,一颗耀眼的星,黯然落下,又冉冉升起。

贫病交集的天文学家,唱着行星之歌怡然离开人世。

都说上帝是公平的,可谁也弄不懂公平的含义。

上帝赐予开普勒的,是坚韧的意志和轮番而来的厄运。

星星可以照亮苦寒浸染的心,却不可替代面包和粮食。

“开普勒是被德国活活饿死的。”黑格尔打抱不平。

宗教是常人精神的安慰剂,是自由灵魂的枷锁。

卷入教派的争斗中,开普勒心力交瘁尸骨不存。

看看同时代鲜花广场火刑柱上年轻的布鲁诺吧,

开普勒多么幸运,他可以为上帝建造思想的圣堂。

感谢上帝,他让开普勒孱弱的身躯蕴藏惊人的能量。

“宇宙是和谐而简单的”,上帝还把这个秘密告诉了他。

“我可以为有一个读者等100年,就像上帝可以为一个智者等6000年。”

四百年了,无数读者,和开普勒无眠的慧眼,将目光投向更远更远。

牛 顿

牛顿(公元1643—1727)是经典物理学理论体系的建立者,十七世纪最伟大的科学家。牛顿秉持绝对的时空观,认为时间均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着,空间与外界任何事物无关而且永远是相同的和不动的。牛顿的万有引力定律是天文学的基础定律。当年,23岁的牛顿坐在乡间苹果树下看书时,一个苹果突然落下,智慧之光在牛顿的头脑中一闪。后来,经过多年努力,在系统总结伽利略、开普勒和惠更斯等人工作的基础上,得出了著名的万有引力定律。牛顿认为,宇宙中的任何物体之间,都存在着相互吸引力;各个物体间吸引力的大小,与两个物体的质量大小成正比,与它们之间距离的平方成反比。牛顿年轻时曾以诗言志,表示不屑于“世俗桂冠”,而要将“荆棘桂冠”作为人生追求的目标。

牛顿的万有引力

我相信,在三百光年之外,

一颗遗世而独立的灵魂,

越过巨人的肩膀,闪耀生彩。

我能够辨析,光纤之中遥远的力,

如醒针,刺痛世人懵懂的神经。

我人生的轨迹,因此而微妙摄动。

我相信,作用力与反作用力的相互与相等。

我的信念,直指三百年前闪耀的灵魂。

我微妙的摄动,如波荡漾,

与距离的平方成反比,弥散,扩张。

微弱,但是:绵延不绝……

波及宇宙所有已知和未知的场所。

我相信,我今生的存在,

缘于古往今来宇宙力量的交汇。

潮汐的涨落,彗星的回归,

行星的繁荣,恒星的璀璨,

还有,以荆棘之冠为自己加冕的灵魂,

都与我:丝丝入扣,惺惺相惜。

我相信,这一切源于万有引力;

因为,我相信:熟透的苹果会落地。

爱因斯坦(公元1879—1955)创立的相对论揭示了物质运动与空间和时间的统一性,颠覆了人类对时间和空间的认识,对天文学和天体物理学产生深远影响。爱因斯坦认为,光速是不变的,不同运动速度中的人测量的时间是不同的,物体长度会随着物体运动速度而发生变化,能量是质量乘以光速的平方,物体质量会造成时空的弯曲,光线经过大质量天体时会发生偏折等。根据爱因斯坦相对论,还可以推出黑洞、白洞、宇宙大爆炸等命题。

1930年,爱因斯坦与妻子艾尔莎访问威尔逊天文台时,当地天文学家吹嘘他们拥有世界上最大的望远镜,可以看清宇宙的结构。艾尔莎听后不以为然地说:“我先生在一个旧信封背后便可以做到了。”

爱因斯坦是一位严谨的思想者,但也有顽皮的一面。

在爱因斯坦的宇宙里

在爱因斯坦的宇宙里,

我玩起变速跑的游戏。

时间是个顽皮的孩子,和我藏来躲去。

我慢,它就快;我快,它就慢。

我飞奔,以光的速度。看,

时间凝滞了,消失在慢、极慢的尽头。

我凝滞,绝对的静止。瞧,

时间逃遁了,消失在快、极快的尽头。

在爱因斯坦的宇宙里,

光的身份扑朔迷离,是波,又是粒。

洒脱的个性,以恒定的速度飞驰。

太空的旅程单调寂寥,光子也需要调剂。

途经星辰的引力场,便探身,好奇地张望。

弯曲了的路径,幻化为神奇的宇宙透镜。

在爱因斯坦的宇宙里,

我脚踏地球,沿弯曲的空间壁滑行,

暗物质、暗能量,风一般在身旁飞逝。

我的存在,亦引发缥缈时空的些微扭曲。

透过扭曲的时空,我看到人生,

一如宇宙万物的运行,

崎岖宛转之中,自有公理。

在爱因斯坦的宇宙里,

能量等于质量乘以光速的平方。

我幻想以我的质量,换取无限大的能量,

踏波而行,穿越黑洞的视界,

在白洞的出口,另一个宇宙,

还原为镜像的我,相反相成,惟妙惟肖。

奇妙的旅行,自由的幻化,

穿梭于无数个宇宙,游刃有余。

在爱因斯坦的宇宙里,

我邂逅两千年前老子的直觉。

“天下万物生于有,有生于无”。

驿动的心,震颤在有无之间。

形形色色,如此简单,纯粹,统一。

听,弦动,小提琴的乐音漫过古今,

世界在虚实间惟恍惟惚,隐隐绰绰。

“爱因斯坦的宇宙描画在皱巴巴的旧信封背面。”

这是艾尔莎说的。信不信,由你。

“伟大的心灵总是遭到平庸之辈的激烈反对。”

这是爱因斯坦说的。反不反,由你。

埃德温·哈勃(公元1889-1953)是美国的天文学家。在学生时代,哈勃不光学习成绩好,还是个运动健将,甚至差点成为一名优秀的拳击手。幸好,绚丽的夜空一直召唤着他,他还是把自己奉献给了天文学。哈勃长期在天文台从事观测活动,有很多重大的天文贡献,如1924年,他证明银河系并不是宇宙中唯一的星系,还有众多的星系与我们共处一个宇宙。1929年,他又发现银河系外的大部分星系都在“逃离”我们而去,“逃离”的速度与到我们的距离成正比。换句话说,星系离我们越远,“逃离”的速度就越快。哈勃的发现,大大拓展了人们对宇宙空间和星系的认识,为“大爆炸”理论提供了重要支持。

1990年,以哈勃命名的深空望远镜被送入太空。二十多年来,哈勃望远镜拍摄的图片为人类认识宇宙提供了重要参考。

星云世界的水手

天色微明,哈勃走下天文台。

昨夜的星空是一场迷人的梦境,

银河之外,明暗之中,

神秘的旋涡纷纷显现,扭曲、缠绕。

天界,疏疏朗朗。

视野之内,从未有过的广袤。

红移的光,如同闪烁的启示,率众而去!

黑暗中的缤纷划过心灵,留下的,

该是寂然的惊叹,还是豁然的欣喜?

为什么我们会来到这个世界?

迷幻的星云,又向哪里去?

这无垠的宇宙,原本没有什么好担忧。

飞翔的星云,是辽远而美丽的慰藉。

星海航行是一生无怨无悔的冒险,

疲倦了的水手,终于可以静静休息。

那么,就将一双眼睛留在天上吧!

脉脉注视,太空深处,无以伦比的绚丽。

伽莫夫(公元1904-1968)是物理学家和天文学家,以幽默著称。他经常会抛出新的思想,然后把它当成一个笑话。尽管有人说他的思想90%都是错的,但那正确的10%却改变了整个科学的面貌。1946年,在勒梅特“宇宙蛋”理论的基础上,伽莫夫提出宇宙创生新理论:宇宙是从一个体积为零、密度无限大的点爆炸产生的。大爆炸时的点,是宇宙的时间原点和空间原点。在此之前没有时间,也没有空间。持反对意见的人将伽莫夫的宇宙理论嘲讽为“大爆炸”。随着宇宙背景辐射的发现和物理学的发展,“大爆炸”理论被越来越多的人认可。根据哈勃太空望远镜观测到的宇宙膨胀速度,可以估计出宇宙大爆炸发生于137亿年前。

宇宙炮手伽莫夫

下士闻道,大笑之。不笑,不足以为道。

——老子

爱因斯坦遗落的一根引线,

被炮手伽莫夫捡到。

“宇宙是从一个点炸出来的!”

天文学界一阵哄笑。

笑渐不闻声渐消,

大爆炸余音依旧缭绕。

无所畏惧的炮手举起宇宙回望镜,

时间和空间打开创生的通道,

物质与能量冲出奇点的死角,

亿万万颗星辰如烟花飞溅,

明与暗演绎着色彩的舞蹈。

思想的结点逐一引爆,

信仰的牢笼在巨响声中动摇。

炸就炸了,爆就爆了,

炮手的身影飞闪而去,

驶进历史的快车道。

世人的惊愕、惊惧、惊疑、惊笑,

统统地,被振聋发聩的大爆炸淹没掉。

霍金的主要科学成就是“霍金辐射”和宇宙边界。所谓“霍金辐射”,是指黑洞表面附近瞬间创生并湮灭的虚粒子对,分别带有正负能量,如果带负能量的粒子落入黑洞,带正能量的反粒子不需要跟其相反的粒子湮灭,有可能逃向太空,形成辐射。霍金认为宇宙是没有边界的,自足自恰,不需要上帝作为第一推动力。霍金在演讲中谈到膜理论,认为我们可能生活在一个更大空间的膜或者面上,真空中的起伏会使膜世界作为泡泡从无中出现,宇宙的膨胀正是泡泡在膨胀。没有边界但有限的宇宙,任何一点都可以作为中心。据说,在霍金的阅读器上,有块磁石,上面写着“我在宇宙的中心”。

霍金,在宇宙的中心

宇宙的创生,不需要推手。

无边界的世界,不需要上帝。

霍金,在宇宙的中心,转动轮椅。

世界,被禁锢在一颗斜歪的头颅中。

星辰飞旋,碰撞,坍缩。壮怀激烈。

微微的笑容,几丝惬意,几丝嘲弄。

虚实相生的粒子不断从眼前闪过,

诱惑敏锐而纯净的直觉。

目光淡然,洞穿黑洞的玄秘。

天机一线,游刃于视界的边缘。

虚粒子陷落,舍身于黑洞的奇点。

相生的反粒子倏然脱险,飞向无限。

霍金的手指轻轻点动,

粒子的辐射流充斥宇宙空间;

黑洞散发光与热,不愠不火。

“宇宙的边界条件是它没有边界。”

“宇宙的创生没有初始条件。”

霍金在一张巨大的膜上,指点挥斥。

寰宇沸腾,膨胀的泡泡起起落落,自生自灭。

时间可以淡化一切,

一切可以将时间淡化为空间。

上帝决定了霍金的命运,

霍金决定了上帝在宇宙间的去留。

对宇宙的想象需要各种灵感,当然也包括文学作品所提供的灵感。十六世纪,莎士比亚在《哈姆雷特》中写到:“即便把我关在果壳中,我仍然以为是无限空间之王。”谁也不会想到,几百年后的霍金会由此得到灵感,在他开创的现代量子宇宙学中,认为宇宙是由一个果壳状的瞬子演变而来,果壳上的皱纹被称为量子皱纹,包涵了宇宙中全部结构的密码。

我就在这里,却找不到自己

如果你拥有一颗钻石,你也许会赞美它的晶莹剔透;如果你进一步研究他,也许会赞美它规则的、有序的、完美的晶体结构。正是完美的晶体结构,成就了这种最坚硬物质的美丽!

根据热力学第二定律,事物的熵,通俗点说就是无序程度,总是随着时间的变化而增大。也就是说,宇宙的演化是一个无序程度不断增加的过程。

那么,朝着相反方向追溯,如果宇宙真的开始于一个奇点,这个奇点应该是非常规则的,也许拥有世上最完美的结构,完美到虚无缥缈、不可言传的境地。但如果奇点陶醉于自己的完美,世界也许就不会产生。而大爆炸,也许就起源于一个意外产生的缺陷,一个致命的但也是灵动的缺陷;一个绝望的但也是充满希望的缺陷;一个毁灭过去的但也是开始新生的缺陷。这个缺陷,像完美钻石上的一个瑕疵,却使得钻石充满活力。这个缺陷,引发了一个光子的“兵变”,造成了大爆炸的多米诺效应!

缺陷产生世界

宇宙的中心在哪里?

在一个点上!

亿万颗星辰在哪里?

在一个点上!

浩渺的空间在哪里?

在一个点上!

过去和未来在哪里?

在一个点上!

无比的能量在哪里?

在一个点上!

时间和空间都凝固在一个点上。

亿万年等于一瞬间,

一瞬间等于亿万年。

这个点静静地立在那里,

谁也不知道它静默了多久,

因为时间已冰结。

谁也不知道它的份量,

因为找不到一个称量它的支点。

谁也不知道它在哪里,

因为没有空间和地点。

一个无穷小又无穷大的点,

一个存在但趋向不存在的点,

一个介乎有与无之间的点。

一个光子的兵变,

完美奇点的致命缺陷!

多米诺在制造散乱,

宇宙喷发激情的瞬间!

正与反在万亿分之一秒重复变脸,

黑与白都挣扎在生死一线。

阴与阳从此刻彻底决裂,

有与无诞生了不可逾越的分界。

产生,湮灭,

融合,分裂,

宇宙是漏网之鱼打造的世界。

混沌之中,

炽热催动致密膨胀,

野心鼓吹纷乱猖獗,

躁动的情绪逾演逾烈。

膨!!!

万亿亿个氢弹同时爆裂,

扩张的空间明灭摇曳。

中子质子把元素组建,

氢氦统治熔炉的冶炼,

金银铜铁只是些残渣余孽。

瞬间的激情慢慢冷却,

空旷中有光线频频穿越。

星系各立一方独自繁衍,

宇宙开始了亿万年的创生与演变。

哲学界大多认为,运动是绝对的,无条件的;静止是相对的,暂时的,有条件的。人们所说的运动,是物质在时间和空间中的运动;人们所说的静止,是物质在时间和空间中的静止。事实上,人们在谈论静止和运动时,隐含着的前提是牛顿的时空观,即绝对的、匀速流动的时间和绝对的空间。然而在爱因斯坦的理论框架中,时间和空间都不是固有的,时间不是均匀流动的,空间不是平坦的,时间可以看作空间的一维;物质和能量可以相互转化,物质可以湮灭。在奇点,时间不存在,空间无限小,也就无所谓运动或静止。通过对宇宙本源的研究,人类原有的时间、空间、物质、运动观念已经受到了极大的冲击。那么,哲学是否有必要对相关问题进行新的思考?或者,干脆将诸如此类的问题让位给科学?

远古神话,是当时人们心中的“科学”;现代的科学,很有可能成为未来人们眼中的“神话”。我们不必嘲笑神话的幼稚,也不可迷信现代所谓的科学。“科学”不等同于真理,真理也不是绝对的。关于宇宙,我们已展开了神奇的想像,进行了严密的推理。然而,面对宇宙的庞然、自然的神秘,我们所引以为豪的科学,也许正处于盲人摸象、坐井观天的尴尬境地。在求真的道路上,我们知道的越多,越将发现自己的无知。

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