科学认识宇宙的开始

科学认识宇宙的开始

宇宙空间

人类是从认识太阳、月亮、太阳系中的行星开始认识宇宙的。很长一段时间以来，宇宙被认为是空间上无边无际、时间上无头无尾的物质的总和。

随着科学技术的发展，人类已经观察到宇宙的边缘，这是距地球约100多亿光年的类星体。一些天文观测事实和理论研究使人们相信宇宙产生于大爆炸的一瞬间，这就使时间、空间上无限的宇宙观发生了根本的变化。

不仅如此，人们还能了解距地球十分遥远的恒星的物理状态，并已向太阳系中的某些天体发射了空间探测器。这一切表明，天文学是人类认识自然的最前沿的科学，天文学的研究需要用到人类最新的知识、最先进的技术。

但是，天文学又是最古老的科学，它几乎是伴随着人类同时产生的，有关现代天体和宇宙的所有新概念都是建立在人类不断追求和摸索的基础之上的。

远古时代关于宇宙的神话传说可称为宇宙学的启蒙时期。人类的祖先发展到从事农牧生产的时候，逐渐意识到日月运行、昼夜交替、寒来暑往这些天象变化与他们的生活有极为密切的联系，这就导致了历法的产生。历法的制定是人类认识宇宙的开端。

与此同时，远古人类对变化多端但又遵循规律的天象由赞叹、恐惧，到信服、崇敬，随之产生了对控制自然力量的崇拜，从而有了神话和宗教的出现。世界各个民族都有自己关于开创宇宙的神话，在这些神话中都能找到主宰宇宙各种天象的神。

赫拉克利特

随着生产的发展、社会的变革、科学的进步，人类征服自然、改造自然的能力日益增长，人类放弃了宇宙由神来支配的想法，开始了试图用科学的方法来解释宇宙的尝试。

公元前4世纪，赫拉克利特创立了地球每天绕轴转动的学说，并认为金星和水星运行轨道的中心是太阳而不是地球。较赫拉克利特稍后的一位哲学家亚利斯塔克甚至正确地推断出地球自转而分昼夜，地球绕日运转成岁。这个理论和哥白尼的理论很接近，所以人们称他为古代哥白尼。

虽然在古希腊已经有了日心说的雏形，但许多哲学家仍然相信宇宙本身包着一个球形外壳，地球居中。柏拉图、亚里士多德和托勒密是建立地心说体系的主要人物。

柏拉图建立了天体的运行是圆形的、宇宙外形是球形的这一宇宙结构的基本思想。

柏拉图认为宇宙是以地球为中心的一层层同心球壳——地球居于同心球壳的中央不动，它的周围被水包围着，厚度是地球半径的2倍；水外便是空气，厚度约为地球半径的5倍；更外一层是火，厚度为地球半径的10倍；在这层的顶部固定着天空的万千星星，从地球中心到那里的距离总共是地球半径的约18倍。

柏拉图的弟子欧都克塞斯继承了他的老师的思想，改进了同心球的宇宙结构模型。他把日或月或者一个行星附缀在一个想象中的看不见的天球上，星体本身不能运动而随着附缀于其上的球面作匀速圆周运动。但是行星的视运动时快时慢，有顺行有逆行，一个同心球不足以解释这种现象。

欧都克塞斯力图使行星的运动符合于观测结果，于是他设想有一套同心球，各自以不同的速度旋转。日、月以及每个行星都有它自己的一套同心圆球，这些圆球都是以地球为中心的。在欧都克塞斯的宇宙模型中同心球多达27个。

欧都克塞斯的一个名叫喀列浦的弟子为了更详细、更精确地描述天体的运动，把同心球增加到36个。

现在，我们都知道这种宇宙结构理论是错误的。然而欧都克塞斯和他以前的古希腊哲学家不同，欧都克塞斯力图用他的宇宙模型来解释观测到的天体运行情况，特别是行星的逆行，而在他以前的一些古希腊哲学家虽然能创立出接近于现代科学的观点，但这些观点的创立都是纯理性的分析，没有观测事实作为依据，也没有用创立的理论去解释观测事实。从这个意义上讲，欧都克塞斯是第一位称得上真正科学家的人。从这个意义上来讲，这也是人们科学地认识宇宙的开始。

亚里士多德是柏拉图的弟子，所以他几乎完全承袭了柏拉图宇宙结构的思想。亚里士多德在他的《形而上学》一书中把同心球增加到55个之多。他把宇宙分为8个天层，地球居于中心，向外依次为月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星诸天层，最外一层为恒星天层。亚里士多德认为一个物体的运动需要另一物体和它直接接触来推动它，所以有第一推动者推动了天上最外层的球壳，以便把运动逐次传递到13月五星上去，这个第一推动者就是宗教中的上帝。

亚里士多德

亚里士多德在宇宙理论上也有过积极的贡献：他以最简单而明确的方式证明地球为球形。他说月食时可以在月亮上看到地球的影子的一部分或全部，而影子的形状是圆周的一部分或整个圆。亚里士多德是第一个认真计算地球周长的人，虽然他计算出的地球周长比实际周长长了85%。

托勒密是著名的天文学家、地球学家和数学家，他所发表的地心宇宙体系（托勒密体系）在天文学中占统治地位达1300年之久。托勒密在天文学上的研究成果主要体现在他所撰写的长达13卷的巨著《天文学大成》中。

托勒密认为地球是宇宙的中心，天体运动可以用一些假想的、称为均轮和本轮的匀速圆周运动来解释，一颗行星附缀在一个被称为本轮的滚圆的小圆上，此圆的中心在一个被称为均轮的大圆上滚动。地球处在离均轮圆心不远的位置，但地球仍是宇宙的中心。

由于行星实际上沿椭圆轨道绕日公转，行星运动轨迹测得越精确，托勒密体系中的均轮和本轮就越复杂，而且计算越繁琐。托勒密系统的思想和亚里士多德系统的思想实质上没有什么不同，它没有触动地心说和圆周运动的本质，但是确实解释了所观测到的行星的运动，尽管到最后托勒密系统复杂得一般人无法理解。欧洲的奴隶社会解体以后，封建社会持续了1000年之久。中世纪欧洲封建社会是一个政教合一的社会，所以宗教的神学思想成了统治思想。这种思想主张精神第一，上帝万能，并且强烈反对科学，托勒密的地心宇宙观就成了神学思想的有力工具，也成了神圣不可动摇的偶像。因此托勒密的宇宙观得以持续了1300余年。