尋找宇宙的真相

熊　毅

在繁星閃爍的夜晚，你是否曾像我一樣望著滿天的星星思考，到底是我們?cè)诳葱切?，還是星星在看我們呢？當(dāng)朝陽(yáng)升起，夕陽(yáng)西下的時(shí)候，你是否也曾和我一樣有這樣的疑問，究竟是太陽(yáng)在動(dòng)，還是我們?cè)趧?dòng)？時(shí)光回溯到兩千多年以前，那時(shí)的人們穿著麻布衣服在田間勞作，這個(gè)世界對(duì)于他們而言，只有一件事是不變的，那就是太陽(yáng)不可能從西邊升起。當(dāng)時(shí)的人們行不過周圍百里，所見也不過百里之內(nèi)的東西，于是自然而然就有了“天圓地方”的假想。在他們的眼中，我們所居住的地球是整個(gè)宇宙的中心，而天上的日月星辰都是在圍繞著地球作圓周

運(yùn)動(dòng)。雖然今天我們都已經(jīng)知道，只有月球是在繞著我們轉(zhuǎn)，地球及其他行星都是在繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，然而這個(gè)認(rèn)識(shí)的改變卻經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的過程。

亞里士多德：用神學(xué)勾畫宇宙

在一長(zhǎng)串探索者的名單中，首先出現(xiàn)的是一位博學(xué)廣識(shí)的古希臘哲學(xué)家——亞里士多德（Aristotle，公元前384年～公元前322年）。作為國(guó)王亞力山大的老師，他的學(xué)說(shuō)與思想在當(dāng)時(shí)的古希臘城邦及周圍的廣大地域內(nèi)有著巨大的影響。

“吾愛吾師，但吾更愛真理”，亞里士多德如是說(shuō)。作為一個(gè)智者，他從小便對(duì)獲取知識(shí)有著強(qiáng)烈的欲望。他凡事親歷親為，從經(jīng)驗(yàn)的世界出發(fā)，憑借自己超人的智慧與勤奮的思考，在學(xué)術(shù)上獲得了很大的成就。

他從眾神體系出發(fā)，認(rèn)為世界上最和諧的圖形是圓形，圓形象征著圓滿，圓形給人以藝術(shù)上的審美體驗(yàn)。眾神從地位與力量上來(lái)講，是整個(gè)宇宙的主宰者。

人類因力量弱小而居于下的地位，眾神則因?yàn)橛辛α?、圓滿，能支配人而居于上的地位。就像人類居住在地面，而眾神則居住在宇宙中的某一高處，在那里一切都是圓形的，一切也都是圓滿的?；谶@樣的想象，他認(rèn)為地球是宇宙的中心，其他星體都繞著地球作和諧的圓周運(yùn)動(dòng)，這就是人類早期的地心說(shuō)思想。

托勒密：

地心說(shuō)的集大成者

作為古希臘的最后一位大天文學(xué)家，托勒密（Claudius Ptolemaeus，約公元90年～168年）全面承襲了亞里士多德的地心說(shuō)。他設(shè)想,各行星都繞著一個(gè)較小的圓周上運(yùn)動(dòng),而每個(gè)圓的圓心則在以地球?yàn)橹行牡膱A周上運(yùn)動(dòng)。他把繞地球的那個(gè)圓叫“均輪”,每個(gè)小圓叫“本輪”。同時(shí)假設(shè)地球并不恰好在均輪的中心,而偏開一定的距離,均輪是一些偏心圓；日月行星除作上述軌道運(yùn)行外,還與眾恒星一起,每天繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)一周。托勒密的這個(gè)設(shè)想較為完滿地解釋了當(dāng)時(shí)觀測(cè)到的行星運(yùn)動(dòng)情況,并取得了航海上的實(shí)用價(jià)值,從而被人們廣為信奉。

托勒密的天體模型的主要特點(diǎn)是：1. 繞著某一中心的勻角速運(yùn)動(dòng),符合當(dāng)時(shí)占主導(dǎo)思想的柏拉圖的假設(shè),也符合亞里士多德的物理學(xué),易被接受；2.用幾種圓周軌道不同的組合預(yù)言了行星的運(yùn)動(dòng)位置,與實(shí)際相差很小,相比以前的體系有所改進(jìn),還能解釋行星的亮度變化；3.地球固定不動(dòng)的思想,符合大多數(shù)人對(duì)于天體運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知。

在當(dāng)時(shí)的歷史條件下,托勒密提出的行星體系學(xué)說(shuō),是具有進(jìn)步意義的。首先,它肯定了大地是一個(gè)懸空著的沒有支柱的球體。其次,從恒星天體上區(qū)分出行星和日月是離我們較近的一群天體,這是把太陽(yáng)系從眾星中識(shí)別出來(lái)的關(guān)鍵性一步。同時(shí)，托勒密的地心說(shuō)又恰好迎合了基督教義《圣經(jīng)》上“天與地都是上帝創(chuàng)造的，地球位于宇宙中心”的說(shuō)法，處于統(tǒng)治地位的教廷便竭力支持地心學(xué)說(shuō)，使得地心學(xué)說(shuō)長(zhǎng)期居于統(tǒng)治地位。

哥白尼：

日心說(shuō)的始作俑者

隨著事物的不斷發(fā)展，天文觀測(cè)的精確度漸漸提高，地心說(shuō)的破綻逐漸暴露出來(lái)，后來(lái)居然發(fā)現(xiàn)托勒密所提出的均輪和本輪的數(shù)目竟多達(dá)80個(gè)左右，這顯然是不合理的。人們期待著能有一種科學(xué)的天體系統(tǒng)取代地心說(shuō)，而哥白尼（Copernicus Nicholas，公元1473年～1543年）正是對(duì)地心說(shuō)提出質(zhì)疑的第一人。

哥白尼出生于波蘭托倫城的一個(gè)商人家庭。由于父母早喪，他從小就由當(dāng)教士的舅舅撫養(yǎng)，在舅舅的支持下學(xué)完了大學(xué)課程，并進(jìn)入了弗羅恩堡大教堂擔(dān)任教士。在大學(xué)期間備受文藝復(fù)興思潮洗禮的哥白尼對(duì)地心說(shuō)產(chǎn)生了懷疑。于是，在擔(dān)任教士期間，他在教堂圍墻上的箭樓里建立了工作室，并在里面設(shè)置了一個(gè)小小的天文臺(tái)，用自制的簡(jiǎn)陋儀器，開始了長(zhǎng)達(dá)30年的天體觀測(cè)。正是在這里，他寫下了震驚世界的著作《天體運(yùn)行論》，其中選用的27個(gè)觀測(cè)事例中，有25個(gè)是他在這個(gè)箭樓上觀測(cè)記錄的。

作為自然科學(xué)的一門重要分支，實(shí)際觀測(cè)是天文學(xué)研究的一個(gè)重要依據(jù)。哥白尼在《天體運(yùn)行論》一書中公然寫到：“太陽(yáng)是宇宙的中心，所有行星都圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)；地球不是宇宙的中心，而是繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的一顆普通行星”“人們每天看到的太陽(yáng)由東向西運(yùn)行，是因?yàn)榈厍蛎繒円棺赞D(zhuǎn)一周的緣故，而不是太陽(yáng)在移動(dòng)”“天上的星體的不斷移動(dòng)，是因?yàn)榈厍虮旧碓谵D(zhuǎn)動(dòng)，而不是星體圍繞著靜止的地球轉(zhuǎn)動(dòng)”“火星、木星等行星在天空中有時(shí)順行，有時(shí)逆行，是因?yàn)樗鼈兏饕雷约旱能壍览@太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)，而不是因?yàn)樗鼈冃雄櫾幟亍薄霸铝潦堑厍虻男l(wèi)星，一個(gè)月繞地球轉(zhuǎn)一周”。然而，面對(duì)巨大的輿論壓力，孤掌難鳴的他并沒有選擇在生前將此書出版。因?yàn)?/p>

他深知，一旦“太陽(yáng)是宇宙的中心”這一事實(shí)被暴光，也就意味著宣告“上帝創(chuàng)造世界”這一理論是荒謬的。所以直到他已是69歲的老人時(shí)，才同意將他的《天體運(yùn)行論》出版。1543年5月的一天，當(dāng)拿到這本書時(shí)，他已經(jīng)癱瘓?jiān)诖惨荒甓嗔?，他只摸了摸書的封皮，便欣慰地閉上了眼睛。

布魯諾：

真理的殉道士

哥白尼雖然去世了，但哥白尼的學(xué)說(shuō)卻被繼承了下來(lái)。同樣有一位教士，在廣泛的閱讀和不斷的思考之后，毅然決定站出來(lái)公開表示支持哥白尼的日心說(shuō)理論，并最終被教會(huì)判處死刑，燒死于羅馬鮮花廣場(chǎng)，他就是布魯諾（Giordano Bruno，公元1548年～1600年）。

在天主教會(huì)的眼里，布魯諾就好似一把胸前的匕首，是極其有害的異端和十惡不赦的敵人。因?yàn)槎惚芴熘鹘痰娜松砥群Χh(yuǎn)走他鄉(xiāng)的布魯諾在教會(huì)的陰謀詭計(jì)中被抓，并被推進(jìn)宗教法庭的監(jiān)獄里折磨了長(zhǎng)達(dá)8年之久。但令天主教萬(wàn)萬(wàn)沒想到的是，這位看似弱不禁風(fēng)的著名學(xué)者的骨子里卻如鐵似鋼一般，任你如何折磨利誘，一顆向著真理的心始終不曾動(dòng)搖。甚至在行刑前，他還輕蔑地對(duì)劊子手說(shuō)：“你們宣讀判決時(shí)的恐懼心理，比我走向火堆還要大得多?！?/p>

第谷：

勤于觀測(cè)的星學(xué)之王

正當(dāng)哥白尼的日心說(shuō)與托勒密的地心說(shuō)爭(zhēng)執(zhí)不下時(shí)，丹麥的天文學(xué)家第谷（Tycho Brahe，公元1546年～1601年）卻在堅(jiān)持不懈地連續(xù)精確觀察和測(cè)量宇宙行星位置。

第谷對(duì)天文學(xué)的重大貢獻(xiàn)在于他通過長(zhǎng)期觀測(cè)積累的有關(guān)行星運(yùn)行的大量數(shù)據(jù)資料，成為那個(gè)時(shí)代罕見的天文觀測(cè)家，獲得“星學(xué)之王”的美稱。第谷從小迷戀天文觀測(cè)，終身致力于天文儀器制造和天文研究，1576年，丹麥國(guó)王將丹麥海峽中的汶風(fēng)島賜給第谷，并撥巨款讓第谷在島上修建大型天文臺(tái)。這座天文臺(tái)被譽(yù)為“天堡”，它規(guī)模宏大，設(shè)備齊全，所用的天文儀器幾乎都是第谷設(shè)計(jì)制造的，其中最著名的是第谷象限儀。

第谷的觀測(cè)初衷是想證明哥白尼的學(xué)說(shuō)，但根據(jù)哥白尼日心說(shuō)中關(guān)于地球運(yùn)動(dòng)可以通過恒星視差反映出來(lái)的方法進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，卻怎么也觀測(cè)不到。于是，他對(duì)日心說(shuō)產(chǎn)生了懷疑，并提出了介于日心說(shuō)和地心說(shuō)之間的“太陽(yáng)地球雙重中心”宇宙體系。在這個(gè)體系中，除地球外的所有行星都繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，太陽(yáng)卻率領(lǐng)眾行星繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，而地球是靜止不動(dòng)的。

伽利略：

星際使者

第谷的觀測(cè)數(shù)據(jù)是正確的，只可惜當(dāng)時(shí)的儀器不可能看見哥白尼所說(shuō)的恒星視差。雖然哥白尼的學(xué)說(shuō)因?yàn)榈诠鹊挠^測(cè)數(shù)據(jù)受到質(zhì)疑，但仍然有一批科學(xué)家堅(jiān)持哥白尼的觀點(diǎn)，意大利天文學(xué)

家伽利略就是其中之一（Galileo Galilei ， 公元1564 年～1642年）。

一向富于創(chuàng)造性思維的伽利略仿佛天生具有反叛心理，雖然他是一名虔誠(chéng)的天主教徒，可在科學(xué)方面卻始終執(zhí)著如一。伽利略與許多科學(xué)家一樣，認(rèn)為科學(xué)與宗教的區(qū)別在于科學(xué)是要靠眼睛確定的，只有通過實(shí)驗(yàn)，才能對(duì)事物的真相有所判定。雖然他是個(gè)虔誠(chéng)的天主教徒，但他相信，宗教管制的是人的靈魂，而自然科學(xué)研究的則是事理，二者理應(yīng)分開。于是，他便似乎找到了一個(gè)充分的理由在科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究世界里盡情地翱翔。

1609年，伽利略研制成了歷史上第一架放大倍數(shù)達(dá)32倍的天文望遠(yuǎn)鏡。在這架天文望遠(yuǎn)鏡的幫助下，伽利略探索了深邃神秘的天空，在一年之內(nèi)就做出了一系列重大的發(fā)現(xiàn)：“月球表面并不像亞里士多德所說(shuō)的那樣平滑，而是呈現(xiàn)不規(guī)則的凹凸起伏；銀河也不是人們所說(shuō)的銀白的云彩，而是由千千萬(wàn)萬(wàn)顆暗淡的星星所組成的；木星旁邊有四顆運(yùn)轉(zhuǎn)著的衛(wèi)星；地球并不是各個(gè)天體旋轉(zhuǎn)的唯一中心；太陽(yáng)上面有黑子；土星周圍有光環(huán)……”所有這些結(jié)果，都有力地支持了哥白尼的“日心說(shuō)”。

1610年，伽利略出版了他的《星際使者》，向全世界宣布了他的上述發(fā)現(xiàn)，并得到了人們的高度評(píng)價(jià)，“哥倫布發(fā)現(xiàn)了新大陸，伽利略發(fā)現(xiàn)了新宇宙?！?/p>

開普勒：

發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)定律

伽利略的望遠(yuǎn)鏡為哥白尼體系提供的論據(jù)是令人信服的，但要直接論證哥白尼體系，必須探求行星的“真實(shí)軌道”，并加以嚴(yán)格考證，最終揭開行星運(yùn)動(dòng)之謎的是德國(guó)天文學(xué)家開普勒（JohannesKepler,公元1571年～1630年）。

開普勒在天文學(xué)研究方面的天賦，是被第谷獨(dú)具慧眼地發(fā)現(xiàn)的，他曾經(jīng)是第谷的助手，第谷在臨終前把他畢生積累的大量精確的觀測(cè)資料全部留給了開普勒，并告誡他：一定要尊重觀測(cè)事實(shí)！在第谷遺留下來(lái)的數(shù)據(jù)資料中，火星的資料是最豐富的，而哥白尼的理論在火星軌道上的偏離最大，因此，開普勒從火星軌道開始重新研究天體運(yùn)動(dòng)。最初，開普勒用正圓編制火星的運(yùn)行表，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌，他便將正圓改為偏心圓。在進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的試驗(yàn)后，他找到了與事實(shí)較為符合的方案。可是，依照這個(gè)方法來(lái)預(yù)測(cè)衛(wèi)星的位置，卻跟第谷的數(shù)據(jù)不符，產(chǎn)生了8分的誤差。這8分的誤差相當(dāng)于秒針0.02秒瞬間轉(zhuǎn)過的角度，那錯(cuò)誤到底出在什么地方呢？

開普勒突然意識(shí)到，火星的軌道可能并不是一個(gè)圓周。他改用各種不同的幾何曲線來(lái)表示火星的運(yùn)動(dòng)軌跡，終于發(fā)現(xiàn)了“火星沿橢圓軌道繞太陽(yáng)運(yùn)行，太陽(yáng)處于焦點(diǎn)之一的位置”這一定律。這個(gè)發(fā)現(xiàn)將哥白尼學(xué)說(shuō)向前推進(jìn)了一大步，用開普勒本人的話說(shuō)：“就憑這8分差異，引起了天文學(xué)的全部革新！”接著他又發(fā)現(xiàn)，雖然火星運(yùn)行的速度是不均勻的（最快時(shí)是在近日點(diǎn)，最慢時(shí)在遠(yuǎn)日點(diǎn)），但是，從任何一點(diǎn)開始，在單位時(shí)間內(nèi)，向量半徑（行星與太陽(yáng)的連線）掃過的面積卻是不變的。這樣，就得出了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的第二條定律：“行星的向量半徑，在相等時(shí)間內(nèi)掃過相等的面積?！边@兩條定律，刊布于1609年出版的《新天文學(xué)》一書內(nèi)。1612年，開普勒發(fā)現(xiàn)了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的第三條定律：“行星公轉(zhuǎn)周期的平方等于軌道半長(zhǎng)軸的立方。”這一結(jié)果發(fā)表在1619年出版的《宇宙諧和論》中。

開普勒三定律的提出標(biāo)志著地心說(shuō)理論的完全顛覆，徹底摧毀了托勒密的本輪系，把哥白尼體系從本輪的桎梏下解放出來(lái)，使人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)的認(rèn)識(shí)更加明晰，為后人對(duì)宇宙的探索指明了方向。至此，人類真正將自己的視野放入了宇宙之中，而這段旅程也終告一段落。

在這樣一個(gè)漫長(zhǎng)的變革的旅途當(dāng)中，一批批的科學(xué)家邁出了自己的腳步，借著對(duì)知識(shí)與真理的渴望不斷地在黑暗中前行；也有一批批的科學(xué)家因此而被世俗摒棄，甚至付出了生命。但是坎坷的旅程并沒有阻斷前進(jìn)的步伐，相反，它令這段往事更加璀璨奪目、熠熠生輝。