人類對(duì)宇宙起源的認(rèn)識(shí)過程

仲新元

在遠(yuǎn)古，我們的祖先就對(duì)世界充滿了好奇，他們那時(shí)也許就在思考：我們從哪里來，將到哪里去？我們的家園——地球是從何而來，它有著怎樣的奧秘？至今這一問題仍是困擾科學(xué)家乃至哲學(xué)家的重要問題.

確實(shí)是這樣.從有文字記載的時(shí)期起，人類就已經(jīng)對(duì)這一問題表現(xiàn)出了濃厚的興趣，而且，對(duì)這一問題的探求欲望變得越來越強(qiáng)烈了.

三國(guó)時(shí)期徐整所著的《三五歷記》中的一則神話故事《盤古開天地》有這樣的描述：未有天地時(shí)，混沌狀如雞子.盤古生其中一萬八千歲，天地開辟.陽清為天，陰濁為地.天每日升高一丈，地每日下沉一丈，盤古在中間每日長(zhǎng)一丈.這樣過了一萬八千年，變得天高地深，天地間九萬里.

故事把宇宙說成是源自于一次奇妙的大爆炸.果真如此嗎？讓我們從人類認(rèn)識(shí)宇宙的過程談起.

日心說和地心說之爭(zhēng)

公元前5世紀(jì)，愛琴海中的薩默斯島上誕生了一位數(shù)學(xué)天才畢達(dá)哥拉斯，他從球形是最完美的幾何形體的角度出發(fā)，認(rèn)為大地是球形的，且所有天體亦是如此.他又由此推斷，地球的外面是空氣和云，再往外是太陽、月亮和行星，它們都在圓形軌道上繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最外層是永不熄滅的天火.

公元140年，埃及的希臘裔天文學(xué)家托勒密，據(jù)此提出了完整的地心說.在這個(gè)體系中，將人們能清晰地看到的七個(gè)天體：太陽、月亮、金星、木星、土星、水星、火星，按照不同的軌道半徑排列，且都是從東方升起，從西方落下.對(duì)一些和這個(gè)體系相悖的現(xiàn)象，也都經(jīng)特別的處理，使其能得到合理的解釋.

人們對(duì)這種天體運(yùn)行現(xiàn)象的起因百思不得其解，從而認(rèn)為是上帝的“原始推動(dòng)力”造成的.

16世紀(jì)時(shí)，波蘭天文學(xué)家哥白尼，在經(jīng)過大量的觀察和縝密思考、研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為宇宙是簡(jiǎn)單、和諧的，提出了日心說理論，即太陽是宇宙的中心，包括地球在內(nèi)的行星都是圍繞太陽旋轉(zhuǎn)的.這一理論模型很好地解釋了地心說所不能解釋的現(xiàn)象.科學(xué)家開普勒還在前人觀測(cè)、整理的資料的基礎(chǔ)上，提出了天體沿橢圓軌道運(yùn)行的觀點(diǎn)，打破了天體只能沿圓周軌道運(yùn)行的傳統(tǒng)說法.

1609年，望遠(yuǎn)鏡剛問世.大科學(xué)家伽利略用自制的望遠(yuǎn)鏡第一次觀察天體便有了重大發(fā)現(xiàn)：原來太陽上有黑子；月球上有環(huán)形山和峽谷；水星、火星、木星都有衛(wèi)星……

但這些發(fā)現(xiàn)，都和宗教的說法產(chǎn)生了很大的分歧，而被教廷稱為“邪說”，很多擁護(hù)日心說的科學(xué)家受到了迫害：伽利略被終身軟禁，布魯諾被活活燒死……

但科學(xué)是壓不垮的.大科學(xué)家牛頓發(fā)明了用反射鏡制作望遠(yuǎn)鏡的方法，從而為建造大型望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天體觀測(cè)鋪平了道路.他提出的萬有引力定律，更是能為維系天體繞日運(yùn)行作出了合理的解釋.天文學(xué)家哈雷用幾何方法推算出了測(cè)地球和太陽間距離的方法，與此同時(shí)，他還借助萬有引力理論準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了一顆彗星（后被稱為哈雷彗星）光臨地球的時(shí)間.

隨著這些研究手段、方法的進(jìn)步和科學(xué)證明，地心說逐漸被世人所摒棄.日心說雖然有著很大的局限性，但和地心說相比，卻使人類對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)向前跨了一大步.

對(duì)恒星的研究

科學(xué)家經(jīng)過長(zhǎng)期不懈的研究，發(fā)現(xiàn)我們看到的天上的銀河，是由數(shù)以十億計(jì)的恒星組成的，我們的太陽系只是處于銀河系的一個(gè)不起眼的小角落中.其他的恒星有很多比太陽大很多倍，只是因?yàn)檫^于遙遠(yuǎn)，所以我們看起來亮度不大.

1923年，科學(xué)家哈勃用大型天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到了銀河系外由無數(shù)恒星組成的星云，使人們的視野拓展開來，也使人們知道，在銀河系之外，宇宙中還存在著大量的星系和由星系組成的星團(tuán)，有的星系比銀河系不知大多少倍！

通過對(duì)恒星發(fā)出的光譜的研究，人們還發(fā)現(xiàn)：太陽與天穹上的無數(shù)恒星是一樣的，主要由氫和氦等元素構(gòu)成.它們發(fā)出的能量是由原子核聚合時(shí)發(fā)生的聚變反應(yīng)產(chǎn)生的（其原理和氫彈爆炸一樣）.

人們?cè)詾楹阈窃谔焐系奈恢檬呛愣ú蛔兊模ㄋ悦麨楹阈牵?，?718年哈雷的科學(xué)觀測(cè)表明，恒星也是在運(yùn)動(dòng)著的.后來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)它們除了在橫向上有小的偏移，在視向（即沿我們視線方向）上也有較大的運(yùn)動(dòng)跡象，且是在離我們遠(yuǎn)去.離我們遠(yuǎn)去的證據(jù)是它們發(fā)出的光發(fā)生了“紅移”.

我們會(huì)聽到一輛鳴笛駛來的汽車發(fā)出的音調(diào)變高，而駛離我們時(shí)音調(diào)又會(huì)變低.物理學(xué)家多普勒注意到了這一現(xiàn)象的規(guī)律并進(jìn)行了深入研究，人們稱這一現(xiàn)象為多普勒頻移現(xiàn)象.

同理，恒星只有在離我們遠(yuǎn)去時(shí)，所發(fā)出光的頻率會(huì)變低，光的顏色在光譜中向紅光靠近，故稱為紅移.

紅移現(xiàn)象表明了遙遠(yuǎn)的恒星或星系在離我們遠(yuǎn)去.科學(xué)家通過觀測(cè)和計(jì)算，還證明了它們離我們遠(yuǎn)去的速度越來越快.

大爆炸理論的形成

紅移現(xiàn)象表明：宇宙在膨脹之中.

人們不禁要問，如果將這一結(jié)論向回反推，即時(shí)間向后回溯，宇宙是從什么狀態(tài)開始膨脹的？按這種推論，最初應(yīng)該是一個(gè)點(diǎn)！果真如此嗎？人們對(duì)此一直莫衷一是.

有意思的是，這一結(jié)果和本文開頭提及的神話故事《盤古開天地》類似：“雞子”大小的點(diǎn)演變出了廣袤無垠的宇宙.

以沙伊爾、哈勃、霍金為代表的科學(xué)家認(rèn)為，宇宙最初只是聚在一個(gè)點(diǎn)（奇點(diǎn)），它曾經(jīng)是如此的熾熱、微小和致密.因?yàn)橥蝗话l(fā)生了大爆炸，繼而產(chǎn)生了宇宙中的天體、再形成了地球上的萬物.由這一觀點(diǎn)構(gòu)成的理論體系，稱為“大爆炸”理論.

根據(jù)“大爆炸”理論，爆炸飛出的物質(zhì)在空間相遇，有很多物質(zhì)顆粒因引力作用相互吸引而聚到一起形成巨大的星體，其中的物質(zhì)也因引力的作用而受到極大的壓力，產(chǎn)生極高的溫度，使內(nèi)部引發(fā)聚變反應(yīng)，放出巨大的能量.也有大量的物質(zhì)因此被拋射出去，有的又聚合成新的恒星，有的則構(gòu)成了行星.地球就是這樣的一顆行星.構(gòu)成地球上萬物的物質(zhì)都是這樣來自于不同的恒星，并由它們?cè)杏松?如此說來，我們的身體竟然是由來自不同恒星的物質(zhì)構(gòu)成的！

大爆炸理論剛一問世，即受到很多科學(xué)家的質(zhì)疑甚至強(qiáng)烈反對(duì)，并在科學(xué)界形成了著名的“大辯論”.科學(xué)理論要被人們心悅誠(chéng)服地接受，必須要有證據(jù).那么，證據(jù)在哪里呢？如果真的存在大爆炸的話，應(yīng)該有其殘留的痕跡甚至殘余物.

上世紀(jì)50年代，美國(guó)科學(xué)家彭齊亞斯和威爾遜在調(diào)試一組巨大而靈敏的無線電天線時(shí)，無論他們采取什么措施，總不能消除其中的噪聲，且這些噪聲在各個(gè)方向上基本相同.科學(xué)家由此敏銳地發(fā)現(xiàn)，這就是大爆炸的殘余物——宇宙微波背景輻射！他們兩人也因此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).

當(dāng)我們打開電視機(jī)后，在沒有電視信號(hào)時(shí)，屏幕上常會(huì)出現(xiàn)大量“雪花”，其大部分原因是接收到了這種宇宙微波背景輻射所導(dǎo)致的.

又經(jīng)過大量的天文觀測(cè)和研究，新的證據(jù)不斷出現(xiàn)，以愛因斯坦相對(duì)論為基礎(chǔ)奠定的時(shí)空理論，使新出現(xiàn)的很多問題得到合理解釋，大爆炸理論也已被科學(xué)界所廣泛接受，也有一些科學(xué)家因這方面的研究而獲得諾貝爾獎(jiǎng).特別有意思的是，羅馬教廷一反歷史上對(duì)日心說封殺的態(tài)度，宣布支持大爆炸理論.1975年，教皇還接見了霍金.由此，大爆炸理論得到了宗教界和科學(xué)界的雙重承認(rèn)！

但對(duì)這一問題的研究遠(yuǎn)沒有停止.一些問題仍然在困擾著科學(xué)家.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的速度越來越快，而并非如經(jīng)典理論認(rèn)為的那樣，會(huì)因引力的作用而減速.于是，科學(xué)家又推算出宇宙中充斥著看不到的暗物質(zhì)和暗能量的假說：宇宙中只有30%是物質(zhì)，且其中大部分是暗物質(zhì)；宇宙中70%是暗能量.當(dāng)然，這也需要證據(jù).包括華裔著名物理學(xué)家丁肇中在內(nèi)的眾多科學(xué)家多年來一直在孜孜不倦地探索著……

關(guān)于宇宙起源的探索方興未艾，遠(yuǎn)沒到盡頭.科學(xué)家還在探究更好的研究方法，創(chuàng)建更新的理論體系，建造更大更完美的天文望遠(yuǎn)鏡.

國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)和聯(lián)合國(guó)教科文組織，為紀(jì)念伽利略首次用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天文觀測(cè)400年，將2009年定為“國(guó)際天文年”，主題是“探索我們的宇宙”.希望通過普及宇宙科學(xué)知識(shí)，幫助人們重新認(rèn)識(shí)我們?cè)谟钪嬷械奈恢?，從而激發(fā)個(gè)人的探索發(fā)現(xiàn)精神.

探索宇宙起源，可為我們每位青少年插上智慧的翅膀，讓我們的理想在廣闊的宇宙中飛翔吧！