從古至今,人們每天都能看見(jiàn)太陽(yáng)東升西落,好像太陽(yáng)在圍繞著(zhù)地球運轉,這自然會(huì )讓人們產(chǎn)生地球位于宇宙中心的想法。后來(lái),這種觀(guān)點(diǎn)被日心說(shuō)推翻,它認為太陽(yáng)才是宇宙的中心。那么,宇宙的中心到底是什么?地球、太陽(yáng)、銀河系還是河外星系?更或者宇宙根本就沒(méi)有中心?其實(shí)很久以前就有人思考過(guò)這個(gè)問(wèn)題,人們通過(guò)大量的觀(guān)測工作記錄了許多測量數據,并根據這些數據形成了一些觀(guān)念和看法,但到目前為止還未形成一個(gè)系統的具有說(shuō)服力的學(xué)說(shuō)。
天球
早在公元90~168年,古希臘學(xué)者托勒密就建立起了世界上第一個(gè)完整的地心宇宙體系,他在總結前人的觀(guān)點(diǎn)和測量數據的基礎上,特別是針對那時(shí)關(guān)于行星的觀(guān)測結果,提出地球處在宇宙中心靜止不動(dòng)這一說(shuō)法。恒星均位于被稱(chēng)作恒星天的固體球殼上,其他的天體如太陽(yáng)、月亮、五大行星等都沿各自的軌道繞行在地球周?chē)?,每顆行星都在一個(gè)小圓軌道上做均速運動(dòng),人們將這些小圓軌道稱(chēng)為本輪。本輪的中心又在一個(gè)被稱(chēng)為均輪的大圓軌道上為繞地球均速轉動(dòng)。這樣,在以地球為中心的軌道上,恒星天和太陽(yáng)、月亮、五大行星等各自做均速運動(dòng)。
托勒密
(托勒密是偉大的亞歷山大天文學(xué)家,在他死后的1500年里,他的著(zhù)作一直是天文學(xué)的權威。)
就當時(shí)的科學(xué)狀況而言,托勒密的地心說(shuō)中許多內容是比較科學(xué)的。例如,托勒密在研究天體運動(dòng)時(shí),建立了新的幾何學(xué)模型和坐標參考系。另外,他把恒星固定在被他稱(chēng)為恒星天的固體球殼上,俗稱(chēng)水晶球,至今人們還將這種假想的天球概念保留在天文觀(guān)測上。但是,托勒密的理論是錯誤的。
中世紀期間,歐洲教會(huì )就是利用這個(gè)錯誤來(lái)維持統治的,使西方認為地球是宇宙中心的錯誤歷史延續了1400多年。在這段時(shí)期,教會(huì )總是宣傳上帝居住的極樂(lè )天堂是最高天堂,上帝選定的宇宙中心是地球。教會(huì )把地心宇宙觀(guān)奉為神圣不可侵犯的真理。
但是,教會(huì )的統治并不能阻止人們探索真理的腳步。
從14世紀中期開(kāi)始,隨著(zhù)人類(lèi)不斷擴大生產(chǎn)活動(dòng)、發(fā)展經(jīng)濟,社會(huì )需求提高了,一種新的文化潮流在歐洲興起。15世紀,航海事業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了天文學(xué)的進(jìn)步,為了正確導航,天文學(xué)家需要精確地觀(guān)測和預報天體位置。這時(shí)人們發(fā)現,采用托勒密理論計算出來(lái)的行星位置與實(shí)際偏差很大,因此他的理論顯得非常不實(shí)用。
本輪
即使這樣,仍有一些人堅決地維護地心說(shuō)的理論,他們采取在本輪上再加本輪的方法來(lái)處理出現的偏差,若計算出來(lái)的行星位置仍與實(shí)際位置存在偏差,就再加上一個(gè)本輪,以此類(lèi)推進(jìn)行下去,直到不再有偏差存在為止。有時(shí)幾顆行星的本輪數多達八十幾個(gè),而且某顆行星究竟應該被加上多少個(gè)本輪才合理,誰(shuí)也無(wú)法確認。天文學(xué)由此陷入了尷尬的局面。
1543年,波蘭天文學(xué)家哥白尼在《天體運行論》一書(shū)中向傳統的地心說(shuō)提出了挑戰,認為地球是一顆不斷轉動(dòng)的普通行星,太陽(yáng)才是宇宙的中心,其他的天體都圍繞太陽(yáng)運轉。那么,哥白尼是一個(gè)什么樣的人,他的宇宙觀(guān)又是如何形成的呢?
哥白尼
(天文學(xué)家哥白尼花了他生命的大部分時(shí)間在德意志的弗羅恩堡大學(xué)堂學(xué)習古老的天文典籍,他的理論震驚了世人。)
偉大的哥白尼于1473年2月19日誕生在波蘭西部維斯杜拉河畔的托倫城。21歲時(shí),哥白尼求學(xué)文藝復興的中心——意大利。
在意大利生活10年當中,哥白尼深受當時(shí)文藝復興思想地影響,例如他曾拜訪(fǎng)過(guò)達·芬奇這位文藝復興的代表人物。年長(cháng)他20歲的畫(huà)家兼科學(xué)家時(shí)分蔑視宗教神學(xué),認為教會(huì )利用天堂來(lái)做買(mǎi)賣(mài),而天堂全是虛構出來(lái)的。達·芬奇企圖恢復一些古典哲學(xué)家的天文學(xué)說(shuō),主張宇宙中心不是地球。和達·芬奇一樣,意大利天文和數學(xué)家諾瓦拉也反對地心說(shuō),哥白尼曾經(jīng)和他在一起觀(guān)測天象,探討怎樣改進(jìn)地心說(shuō)。當時(shí),哥倫布發(fā)現新大陸的消息也將哥白尼創(chuàng )立新的天文學(xué)說(shuō)的熱情和勇氣激發(fā)出來(lái)了。
哥白尼仔細閱讀了各種古羅馬和古希臘的哲學(xué)著(zhù)作后,初步提出了地動(dòng)的思想。這個(gè)在今天看來(lái)十分古老的科學(xué)見(jiàn)解在當時(shí)卻顯得很新鮮。
回到波蘭后,哥白尼將全部的精力投入到天文學(xué)研究工作上。經(jīng)過(guò)數十年的辛勤工作,他終于創(chuàng )立了新的宇宙結構理論。哥白尼認為,巨大的天球并沒(méi)有動(dòng),人們看到的天球的運動(dòng)只是一種表面現象。只是因為地球的自轉,所以人們產(chǎn)生了錯覺(jué),認為天球在動(dòng)。他大膽指出,地球不是宇宙的中心,地球只是圍繞著(zhù)太陽(yáng)在轉,太陽(yáng)才是宇宙的真正中心。
太陽(yáng)中心說(shuō)
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,有人又提出一種新的觀(guān)點(diǎn),認為太陽(yáng)僅是太陽(yáng)系的中心,銀河系也有中心,它周?chē)械暮阈且捕紘@著(zhù)銀河系的中心旋轉,但是宇宙是沒(méi)有中心的,即不存在一個(gè)中心,讓所有的星系圍著(zhù)它轉。這種觀(guān)點(diǎn)可用宇宙不斷膨脹的理論加以解釋。因為在三維空間內,宇宙的膨脹一般不發(fā)生,只有在四維空間內宇宙才有可能膨脹。四維空間不僅包括普通三維空間的長(cháng)度、寬度和高度,還包括時(shí)間。盡管描述四維空間的宇宙膨脹困難重重,但也許我們可以通過(guò)氣球的膨脹來(lái)解釋它。
假設宇宙是一個(gè)不斷膨脹的氣球,而星系遍布在氣球表面的各個(gè)點(diǎn)上,我們人類(lèi)就住在某個(gè)點(diǎn)上。此外,還需要假設星系只能沿著(zhù)表面移動(dòng)而不能進(jìn)入氣球內部,或向外運動(dòng)而不會(huì )離開(kāi)氣球的表面,在某種意義上我們被描述為一個(gè)存在于二維空間的人。假如宇宙不斷膨脹,即使氣球的表面不斷地變大,那么,表面上的每一個(gè)點(diǎn)的距離就會(huì )越來(lái)越大。其中,若以某個(gè)人所在的某一點(diǎn)為定點(diǎn),這個(gè)人將會(huì )看到其他所有的點(diǎn)都在后退,而且距離他越遠的點(diǎn),其退行速度越快。
現在,倘若我們要尋找氣球表面上的點(diǎn)的退行起點(diǎn),那么,我們就會(huì )發(fā)現它其實(shí)已經(jīng)不在氣球表面上的二維空間內了。由于氣球的膨脹實(shí)際上是在三維空間內從內部的中心開(kāi)始的,而我們所處的位置在二維空間上,所以我們無(wú)法將三維空間內的事物探測清楚。
同樣的道理,三維空間內部不是宇宙膨脹的起點(diǎn),而我們卻只能在宇宙的三維空間內運行。在過(guò)去的某個(gè)時(shí)間,即使宇宙開(kāi)始膨脹的時(shí)候,或許是億萬(wàn)年以前,雖然我們可以看到,可以從中獲得有關(guān)的信息,而回到那個(gè)時(shí)候卻是不可能的。所以說(shuō),宇宙沒(méi)有中心。
但這種觀(guān)點(diǎn)同樣無(wú)法解釋所有的現象,宇宙到底有沒(méi)有中心仍有待證明。