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著者：黃姤 編者：余生 「宇宙」——名字的由來(lái)現(xiàn)在我們一談?wù)摰健?/span>宇宙」這個(gè)詞，相信很多人都會(huì)明白這個(gè)詞當(dāng)中所包含的意義，但是同樣有很多人不知道「宇宙」這個(gè)詞為什么會(huì)被確定用來(lái)描述廣曠空間那種虛無(wú)縹緲的境界，我國(guó)的古人很早就已經(jīng)把這個(gè)詞的含意解釋得清清楚楚了，這讓很多天文學(xué)家都感到驚愕，因?yàn)楣湃怂枋龅摹?span style="box-sizing: border-box;margin: 0px;padding: 0px;border: 0px;outline-style: initial;outline-width: 0px;vertical-align: baseline;background: transparent;overflow-wrap: break-word;">宇宙」不僅定義里說(shuō)明了空間、還明確地說(shuō)明了時(shí)間。 「宇」定義的是上、下、左、右四個(gè)方向，也就是四面八方所有的空間。 「宙」定義的是從遙遠(yuǎn)過(guò)去到現(xiàn)在，也就是過(guò)去與現(xiàn)在積累的所有時(shí)間。 因此從定義上來(lái)看「宇宙」這個(gè)詞是包括了時(shí)間和空間，我國(guó)古代的先民不僅把時(shí)間、空間分開(kāi)定義和獨(dú)立思考，而且還能把時(shí)間、空間完美地溶合在一起形成「宇宙」，這就足以體現(xiàn)了他們的智慧是多么的偉大。 
「四度空間」當(dāng)我用「四度空間」這個(gè)詞用作小標(biāo)題的時(shí)候可能有人會(huì)有疑問(wèn)，因?yàn)榭破疹愐话愠霈F(xiàn)的詞都是四維空間，當(dāng)然他們都是正確的，因?yàn)楫?dāng)我用四維空間這個(gè)詞來(lái)科普就很難把當(dāng)中的意思用最簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)，這里我就付上一個(gè)小小的調(diào)查——你們知道什么是四維空間嗎？四維空間指的是哪四維？ 四維空間是什么？四維空間是哪四維？單選 知道！ 不知道！ 還有 3 天 6 小時(shí)結(jié)束 一般我們看東西都會(huì)看到物體的長(zhǎng)度、寬度、高度，這里我就用三度來(lái)表示，這就是所謂的「三度空間」，用科學(xué)的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)就是「三維物體」，「三維物體」這個(gè)詞就等同于三維空間，這里你要注意了，正如前面所說(shuō)的四面八方所有的空間，就是現(xiàn)在我們看地球里一世物體的概念所存在的三維空間，過(guò)去與現(xiàn)在積累的所有時(shí)間就是另外一個(gè)度，我這里用時(shí)間度來(lái)表示，長(zhǎng)度、寬度、高度、時(shí)間度合起來(lái)就是「四度空間」，這個(gè)詞就等同于四維空間，這個(gè)詞就是科學(xué)家用來(lái)解釋「宇宙」含義的定義，這是僅次于我國(guó)古代的先民思想的宇宙觀。 「宇宙」是變幻莫測(cè)的，你可以把「宇宙」看作是一個(gè)無(wú)限大的空間，也可以把它看作是一個(gè)無(wú)限小的空間，因?yàn)?strong style="border: 0px;outline: 0px;vertical-align: baseline;background: transparent;;">四維空間這個(gè)詞的概念一旦采用維度的角度來(lái)解釋空間的概念就很難令人信服了，因?yàn)橛钪婵梢詿o(wú)限膨脹，同時(shí)也可以無(wú)限收縮，從宏觀的層面上來(lái)看「宇宙」可以膨脹得很大·「哈勃定律」就是案例，但是從微觀的層面上來(lái)看「宇宙」可以坍縮得很小·「黑洞」就是案例，因此宇宙的空間既可以是無(wú)限延展的、同時(shí)也可以是無(wú)限坍縮的。 或許！宇宙、地球、你與我都是宏觀與微觀空間中虛無(wú)縹緲的存在。 
「地心說(shuō)」觀點(diǎn)中的宇宙體系古代的人和現(xiàn)在的我們一樣站在地球上絲毫感覺(jué)不到地球的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是古、現(xiàn)代的人卻有著一個(gè)共同點(diǎn)，那就是太陽(yáng)從東邊升起、西邊落下，于是古人就得出了一個(gè)看似非常有說(shuō)法力的結(jié)論——地球是靜止不動(dòng)的，天上所有的星星都是圍繞著地球旋轉(zhuǎn)的。 亞里士多德是一位非常有名氣的古希臘哲學(xué)家，同時(shí)他也是第一位提出「地心說(shuō)理論」的人，在他的理論模式中，宇宙運(yùn)行一切的機(jī)制都是由上帝經(jīng)營(yíng)和主宰的，理論還明確指出了宇宙是一個(gè)大小有限的球體，并且這個(gè)球體一共劃分為兩層，即天層與地層，而地球恰恰就位于球體的中心，也就是天層與地層之間，因此掛在天上的太陽(yáng)、月亮、星星都是圍繞著地球運(yùn)行的，最好的觀測(cè)證明就是太陽(yáng)、月亮、星星總是向著地面的方向落下。 
圖解：亞里士多德認(rèn)為宇宙一共劃分為兩層，即天層與地層，而地球恰恰就位于球體的中心
這個(gè)版本是由亞里士多德提出的，它描述地球以外的情況是：從外向內(nèi)依次排列著9個(gè)等距的天層，分別是：月球天、水星天、金星天、太陽(yáng)天、火星天、木星天、土星天、恒星天、原動(dòng)力天，除此這9個(gè)天層以外的空間都是空無(wú)一物的，「地心說(shuō)理論」除了原動(dòng)力天、恒星天以外，其余7個(gè)天層都是處于靜止的狀態(tài)，在宇宙的中心位置地球是一直屹立在這里，并且一動(dòng)也不動(dòng)。 
圖解：亞里士多德「地心說(shuō)1.0版本」
托勒密繼承了亞里士多德1.0版本「地心說(shuō)理論」的思想，并且把前人累積的知識(shí)和自己長(zhǎng)期觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)結(jié)合了起來(lái)，把亞里士多德的9層天模型擴(kuò)展到11層，另外還把原動(dòng)力天修改為晶瑩天，原來(lái)排列在第9位的原動(dòng)力天的外圍又增添了1層最高天和1層凈火天。 
圖解：托勒密「地心說(shuō)1.0進(jìn)階版」 托勒密之所以會(huì)提出「地心說(shuō)1.0進(jìn)階版」完全是因?yàn)樗嘈乓韵聝牲c(diǎn): 第一點(diǎn)： 每顆行星都在一個(gè)稱為“本輪”的圓圈軌道上作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且每一個(gè)“本輪”都擁有一個(gè)中心點(diǎn)，行星就是圍繞著這個(gè)中心點(diǎn)公轉(zhuǎn)的。 第二點(diǎn)： 每個(gè)“本輪”都在一個(gè)稱為“均輪”的圓圈軌道上作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且這個(gè)“均輪”也擁有一個(gè)中心點(diǎn)，“本輪”就是圍繞著這個(gè)中心點(diǎn)公轉(zhuǎn)的，地球則是圍繞著這個(gè)中心點(diǎn)自轉(zhuǎn)的。 
根據(jù)上面解釋的地心說(shuō)模型中的“本輪”、“均輪”這兩個(gè)都是托勒密通過(guò)他的觀測(cè)結(jié)果假設(shè)出來(lái)的圓圈軌道，并且他還假設(shè)了“本輪”、“均輪”的圓周期以及行星在圓圈軌道上的運(yùn)行速度，有了這兩個(gè)假設(shè)，地心說(shuō)模型和托勒密觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)就可以非常吻合了，這讓托勒密和很多人支持他的人都相信「地心說(shuō)」是正確的，但是他的這一套理論經(jīng)不起時(shí)間的考驗(yàn)，因?yàn)殡S著科學(xué)的進(jìn)步出現(xiàn)了各種精準(zhǔn)度非常高的觀測(cè)儀器，測(cè)量出來(lái)的行星運(yùn)動(dòng)速度和位置也非常準(zhǔn)確，因此通過(guò)對(duì)比觀測(cè)儀器測(cè)量到行星運(yùn)動(dòng)速度和位置與托勒密「地心說(shuō)」模型的數(shù)據(jù)相比就可以得知二者的差別了。 
圖解：左/日心說(shuō) 右/地心說(shuō) 天體運(yùn)行模型對(duì)比圖 托勒密的地心說(shuō)宇宙體系雖然不能夠被世人所接納，但是他的的確確是用數(shù)學(xué)的語(yǔ)言勾畫(huà)出了宇宙結(jié)構(gòu)體系運(yùn)行的場(chǎng)景，同時(shí)也完善地解釋了前人以及他自己觀測(cè)到的行星運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，他的研究成果在當(dāng)時(shí)也得到了航海方面的實(shí)用，并且一用就是上千年，在這1000年的時(shí)間段里人們已把「地心說(shuō)」當(dāng)作是他們的信仰了。 「日心說(shuō)」觀點(diǎn)中的宇宙體系當(dāng)前人都相信了「地心說(shuō)」，想要改變他們的思想是難的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有足夠的證據(jù)證明「日心說(shuō)」可以取締「地心說(shuō)」，生活在地球上的他們完全感覺(jué)不到地球在公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，他們唯一能夠作為參考的只有太陽(yáng)和夜晚的月亮以及包圍著地球的其他星體的出現(xiàn)和消失，憑借這種規(guī)律來(lái)判斷他們自己所在的位置來(lái)思考宇宙，第一個(gè)思考全新宇宙觀的人是16世紀(jì)的哥白尼。哥白尼通過(guò)思想實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)托勒密「地心說(shuō)」的“均輪”、“本輪”模型根本不能解答一些天體因?yàn)檫\(yùn)行而出現(xiàn)的問(wèn)題，于是哥白尼應(yīng)用自己通過(guò)思想實(shí)驗(yàn)勾畫(huà)出來(lái)的宇宙模型取代托勒密的測(cè)量結(jié)果，他的目的就是為了解決取天體因?yàn)檫\(yùn)行而出現(xiàn)的問(wèn)題。 
在接下來(lái)的20多年里，哥白尼廢寢忘餐不分晝夜地測(cè)量行星的位置，測(cè)量結(jié)果顯示這20年里行星的位置與托勒密的天體運(yùn)行模式是非常接近的，也就是說(shuō)在短時(shí)間內(nèi)測(cè)量出的行星的位置是與托勒密的天體運(yùn)行模式相符合的，兩者并沒(méi)有差異。但是哥白尼始終相信自己的天體運(yùn)行模式是有別于托勒密的天體運(yùn)行模式的，于是哥白尼作出了一個(gè)更大膽的思想實(shí)驗(yàn)——如果站在地球以外的天體上觀看行星的運(yùn)行模式是不是與站在地球上觀看行星的運(yùn)行模式一樣呢？ 哥白尼從上面的假設(shè)出發(fā)，并且放棄了20年的觀測(cè)數(shù)據(jù)，重新對(duì)天體運(yùn)行軌道進(jìn)行假定的運(yùn)行模式，哥白尼僅僅只用了1年的時(shí)間就發(fā)現(xiàn)了行星在不同的距離和不同的時(shí)間段，它們的位置都會(huì)與托勒密的天體運(yùn)行模式位置出現(xiàn)差異，因此哥白尼斷定地球并不是宇宙的中心，其它行星并不是以地球?yàn)橹行亩@行，有了這個(gè)為突破口，于是哥白尼把月球、水星、金星、太陽(yáng)、火星、木星、土星都當(dāng)作是宇宙的中心，通過(guò)對(duì)比它們的周年變化，最終只有太陽(yáng)的周年變化不會(huì)有差異，這就說(shuō)明了太陽(yáng)就是宇宙的中心的，地球也不例外它也是圍繞著太陽(yáng)作周期運(yùn)行的，哥白尼的研究成果「日心說(shuō)」就此誕生，托勒密的「地心說(shuō)」從此退出天文學(xué)的舞臺(tái)。 
圖解：太陽(yáng)系真實(shí)運(yùn)行體系 伽利略·讓天體近在眼前來(lái)自于意大利的伽利略·伽利萊有著近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)先驅(qū)者稱號(hào)的他同時(shí)也是哲學(xué)家、物理學(xué)家和天文學(xué)家，聰明的伽利略把荷蘭的玩具改良成了望遠(yuǎn)鏡，并把它應(yīng)用在天文觀測(cè)上，當(dāng)他把望遠(yuǎn)鏡對(duì)向天空的那一刻就注定會(huì)有了不起的發(fā)現(xiàn)——
圖源網(wǎng)絡(luò) 開(kāi)普勒·行星運(yùn)行定律太空中為會(huì)有水星、金星、地球、火星、木星、土星這6顆行星？這6顆行星為什么又總會(huì)出現(xiàn)在固定的位置上？這6顆行星之間相隔的距離為什么總是相等的？當(dāng)人們把這三個(gè)疑問(wèn)結(jié)合在一起的時(shí)候就很容易讓人聯(lián)想到太空中的天體是不是遵守著一種固定的規(guī)律呢？ 現(xiàn)在的我們已經(jīng)知道當(dāng)時(shí)的人們猜想是正確的，而證實(shí)這個(gè)猜想的人正是德國(guó)的天體物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家開(kāi)普勒，開(kāi)普勒把力學(xué)的概念應(yīng)用在天文學(xué)計(jì)算當(dāng)中，在制作的方面他也很出色他自己制造了一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，雖然開(kāi)普勒的視力并不好，但是他還是觀測(cè)到了一些非常重要的數(shù)據(jù)，他把這些觀測(cè)數(shù)據(jù)與力學(xué)結(jié)合在一起最終總結(jié)出了三條應(yīng)用至今的經(jīng)典定律——「行星運(yùn)動(dòng)三大定律」又稱為「開(kāi)普勒三大定律」。這三大定律為「日心說(shuō)」提供了最有力的證據(jù)，因此世人把開(kāi)普勒譽(yù)為“天空的立法者”。
所有行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道都是橢圓形的，這些橢圓形軌道大小是不等的，而太陽(yáng)就位于這些橢圓軌道中的一個(gè)焦點(diǎn)上。
行星在橢圓軌道中運(yùn)行的距離與太陽(yáng)和行星之間的距離在運(yùn)行時(shí)間相等的情況下，行星運(yùn)行的距離所劃分出來(lái)的面積是相等的。
以太陽(yáng)為中心行星運(yùn)行的公轉(zhuǎn)周期平方與行星軌道的半長(zhǎng)軸三次方的比值是相等的。 
余生總結(jié)隨著行星運(yùn)動(dòng)的三條定律被證實(shí)，開(kāi)普勒的這三條定律不僅成為了經(jīng)典天文學(xué)的基石并且為牛頓的萬(wàn)有引力定律作了很好的鋪墊，同時(shí)也把哥白尼的「日心說(shuō)」天體運(yùn)行模式中所指出的圓形軌道和天體勻速運(yùn)動(dòng)這兩點(diǎn)作出了更正，行星運(yùn)動(dòng)第一、第二定律中明確指出了「日心說(shuō)」中的錯(cuò)誤，因?yàn)樾行菄@太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度不是勻速的，距離太陽(yáng)近的時(shí)候行星運(yùn)行的速度是較快的，距離太陽(yáng)遠(yuǎn)的時(shí)候行星運(yùn)行的速度是較慢的，因此開(kāi)普勒三大定律使得「日心說(shuō)」更接近于宇宙運(yùn)行的體系，將太陽(yáng)系變成了一個(gè)統(tǒng)一的物理體系，也展現(xiàn)了自然界真正的客觀屬性，更徹底地終結(jié)了統(tǒng)治人類1000年的托勒密「地心說(shuō)」。
圖解：太陽(yáng)系八大行星運(yùn)行體系 |
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