打着科普的旗号(1)
天文吧
全部回复
仅看楼主
level 11
abeliangroup 楼主
第一弹,从毕达哥拉斯到霍金。
一般讲天文学的历史,大约都是从古代文明对天文学的发展和贡献讲起。但是很多的重大发现和理论奠定,都和一些思想家和科学家联系在一起的。他们在那个时代,就和天上的繁星一样在夜空熠熠生辉。
对于天体的观测和记载,可以上溯到公元前3000年。而俯身审视我们的家园------地球,却直到公元前240年以后,才由古希腊人毕达哥拉斯提出,地球是球体而不是圆柱体。今天看来是理所当然的道理,在当年却是个重大的发现。这当然也归功于另外一位古希腊数学家埃拉托色泥成功计算了地球的周长。而阿那克西曼德也指出地球是自悬浮在太空里而不是由一条链子悬挂在天空中。在很好地定义了地球和描述了地球的状态后,才有了后来统治了很久的地心学说。
古希腊哲学家深信地球就是宇宙的中心,所有的天体都围绕着地球旋转。这个今天看来是彻底的谬论的学说,在当时也是建立在严谨的观测记录的基础上而得来的。此后托勒密也建立了星体运行的模型。尽管这个体系是错误的,但是,那是人类非常严肃地审视宇宙的开端。也就是说,天文学不再是单纯的观测和记录,而上升到究其缘由的理论层面上。抛开中世纪宗教迫害和禁锢不谈,就该理论体系而言,它的产生是严肃的,影响也是深远的。否则教廷也不会接受这个理论体系。
难道天体真的是像托勒密所描述的那样运行的么?一位生于波兰的科学家哥白尼确信,只要把太阳放置于中心的地位,那么托勒密体系中复杂而又很难解释的问题就会得到解决。事情变得简单很多。尤其是对行星的观测记录也表明,以太阳为中心的体系更符合实际观测结果。
2012年11月20日 21点11分 1
level 11
abeliangroup 楼主
然而,事情并没有因此而结束。在我们为哥白尼体系而由衷赞叹的时候,他也留下了缺憾。那就是他对于行星绕行太阳的描述是完美的圆周运行。而实际观测表明这显然有很大的问题。遗憾的是,哥白尼还没有来得及修正和完善他的体系就已经去世了。而此后另一位科学家提出行星绕日运行是椭圆轨道。此人就是开普勒。开普勒利用第古的观测数据,提出了椭圆轨道理论。而正是这个发现,才有了后来著名的开普勒定律。此处也要提及一下,第古一开始不承认开普勒的发现而深信自己的体系,称为第古系统。直到第古移居丹麦后,开普勒成为他的助手后,开普勒才把自己的发现与第古的观测数据结合起来证明椭圆轨道理论的正确性。
这个新的发现并未引起广泛的接受。直到十七世纪,意大利科学家伽利略用翔实的观测证据证明了其正确性,并进一步宣扬了日心说。而他本人也是利用望远镜观测的先驱。当然,现在有资料表明望远镜的发明另有其人,而伽利略胜在时间上----他先于最早的发明人获得专利。由于他有力地支持了日心说,也遭受了宗教迫害。他的书籍被禁止出版。直到1638年,在荷兰他的著作才被出版。也正是因为如此,他的贡献才不会被埋没。伽利略在很多领域里可以称得上是先驱。其后很多年的爱因斯坦,也是在他的研究基础上提出了狭义相对论。至此,日心说达到了一个较为完善的层次。
2012年11月20日 22点11分 2
level 11
abeliangroup 楼主
体系建立起来了。而其运行机理则是剩下要研究和讨论的了。那么是什么让这些已知的行星围绕着太阳旋转呢?牛顿的万有引力定律提出了一个解释方法。据传,牛顿是因为看到苹果从树上落下,领悟到一种力量-----他命名为引力。在一定范围内,两个物体会相互吸引,而引力则取决于物体的质量大小。这也正是地球围绕太阳转,苹果会落下的原因。而大质量物体对小质量物体的引力是显而易见的,反之则难以察觉。这个理论对于行星绕太阳运行的机理解释是相对简单和易于理解的。他的理论称雄达两个世纪之久。这是一种突破,天文学在理论层面上又向前迈进了一大步。牛顿的贡献是卓越的。不管后世什么理论来修正他的缺陷,在很大程度上讲,他奠定了许多物理学问题的理论基础,例如著名的三大定律。
然而问题总是会存在的。例如对水星的观测,就一个近日点的问题,已经足以挑战万有引力定律对于星体运行的解释了。按照牛顿的理论,水星近日点不稳定的因素应该来自一个称之为火神的未知行星。而这个不存在的行星的引力是造成水星轨道的异常。这是牛顿理论无法解释的问题。
直到1905年,爱因斯坦发表了他的狭义相对论后,问题得到了解决。简而言之,首先确立光速是个常量。距离等于速度乘以时间。那么在光速是常量的条件下,距离和时间都必须是变量。对于引力,狭义相对论也有新的解释。由于时间和距离都是变量,那么三维的空间则是可以弯曲的。此后的广义相对论引入了时空的概念。而质量可以使时空弯曲。一个四维的体系被建立起来。然而,四维空间体系是很难理解的。于是,一个二维的模型被引入来解释爱因斯坦的理论。假设一个球状的炮弹在一张平面的面板上,会产生出一个凹痕。质量越大,凹痕也就越深。此时一个网球滚入这个面板后,会因为凹痕的存在而绕行炮弹。这也就很好地描述了行星绕行太阳的现象。此时太阳就是那颗大质量的炮弹,行星,比如地球就是那个质量相对很小的网球。而凹痕,就可以理解为被扭曲了的时空。
2012年11月20日 23点11分 3
level 11
abeliangroup 楼主
援引美国物理学家JOHN WHEELER的原话:MATTER TELLS SPACETIME HOW TO BEND, SPACETIME TELLS MATTER HOW TO MOVE.这是对爱因斯坦理论最简洁的解释。
依照爱因斯坦的理论,一颗恒星尽管在太阳的背后,但是仍然可以被观测到。因为发自那颗恒星的光会被太阳弯曲而被地球上的观测者观测到。然而太阳的亮度太大,这在一般情况下是难以做到的。只有在日全食的条件下观测那颗恒星,并证明世纪观测结果与该恒星理论所处位置不符。1914年,本来预计在克里米亚的观测因为第一次世界大战爆发而终止。直到1919年,两个独立的观测队分别前往南美和非洲观测,得出了可以支持相对论的有力证据。至此,爱因斯坦的理论有了坚实的基础。他本人也成为二十世纪最伟大的科学家。人类在天文学领域的高度也达到了一个更高的高峰。
2012年11月20日 23点11分 4
level 7
受教(本人小白)。还有后续吗?
以及,辛苦楼主了~
2012年11月21日 00点11分 5
level 11
abeliangroup 楼主
尽管如此,爱因斯坦的理论也不能被称之为不可被修正的。事实上,在对于宇宙学里的一些问题,他也出现了差误。就算是相对论本身,也不会是最终的、不可修正的理论。
然而,随着天文学的发展,人类对于宇宙的认识也更加深入与完善。二十世纪之前,人们虽然很好地解决了太阳系内天体运行的问题,也对一些太阳系外天体的观测有了很大进展和进步,但是始终错误地认为所有这些天体和对应的天文现象都发生在我们的银河系之内。而在我们所认知的宇宙里,银河系是唯一的星系。直到二十世纪早期,美国天文学家哈伯通过观测,发现银河系不是唯一的。在银河系之外有很多星系存在,而且很多星系在迅速地远离我们。这就表明我们的宇宙在扩张,或者叫做膨胀。这个论断的根据就是红移现象。
2012年11月21日 01点11分 6
level 11
abeliangroup 楼主
在继续往下讲之前我更正一个说法。我不是在做真正意义上的科普。只是把自己看到的一些内容简单串讲一下,这更像是和爱好者聊天。一不攒所谓的经验,二不骗取回复升级。那些都是毫无意义的东西。愿意看的,慢慢看,不愿意看的忽略即可。我自言自语就是了。什么时候自己也看看我打字速度还是马马虎虎的。很好玩。
2012年11月21日 01点11分 7
level 11
abeliangroup 楼主
记得不是很久以前,对于整个宇宙的描述最具有统治地位的学说是静态宇宙观。而这种理论是在1948年,由霍伊尔、古德、邦迪为代表的人提出的。简要的说就是宇宙在时间和空间上是永恒和无限的。既没有开始,也没有结束。与此同时,这三位代表人物并不拒绝接受新的有关宇宙膨胀的证据。对于那些证据,他们是运用自身的理论来试图解决。例如对于星系的退行甚至消失于观测者的视野,他们认为是因为新物质产生新的星系,宇宙总体的密度是不变的。于是可视宇宙的总体观感是不变的。
尽管早在1927年,也就是静态宇宙理论成型之前,比利时的一位牧师乔治.勒梅特提出 宇宙产生于一种叫做“原始原子”的爆炸。这也就是后来被称之为大爆炸的理论。BIG BANG,这个词,也是霍伊尔用来形容这个理论的荒谬。不成想却成为了这个理论的正式名称。后来乔治.甘莫进一步发展了这个理论,并因此被称之为大爆炸理论之父。这个宇宙起始于一个点,爆炸后迅速膨胀,然后逐渐冷却下来。而这个点,意味着虚无的点,是很难理解的一个概念。这也使得大爆炸理论很难想象。随着越来越多的证据,比如微波背景辐射、射电星系和类星体的发现,大爆炸理论逐渐占据了主导地位。
2012年11月21日 04点11分 8
level 11
abeliangroup 楼主
既然大爆炸理论基于一个奇点的存在,那么就有人专门研究它。彭罗斯正是研究奇点的著名科学家。此后霍金与彭罗斯合作发表论文《奇点定理》。霍金还在黑洞研究上成就卓著因此也获得很多奖项。他对宇宙学的观点是,时间和宇宙有始有终。宇宙是无边的,在扩张的宇宙“之外”,并不存在人类认知的“空间”。
说道此处,我只是想给出一个线路。人类在天文学上发展进程是一个很清晰的实践、理论归纳、实践检验、理论深化的过程。在建立、否定、丰富具体学说上更是成为哲学领域的鲜活样板。于是我个人奉劝试图质疑现有理论的人士,首先要完全理解这个理论,并能运用实际的观测证据和强大的数学工具来实现这个质疑,使其具备起码的科学属性。
2012年11月21日 04点11分 9
level 11
abeliangroup 楼主
下一弹将讲述那个辉煌的宇航时代。
2012年11月21日 04点11分 10
level 10
支持科普,支持原创
2012年11月21日 06点11分 11
1