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文檔簡介
中國古代的宇宙時空觀摘要:本文對于中國古代的時空觀作出了一點簡要的說明,包括宇宙的演化、時間觀、空間觀以及現(xiàn)代宇宙時空觀的幾個重要的發(fā)展理論,如紅位移奇觀、宇宙大爆炸論、宇宙穩(wěn)態(tài)論和穩(wěn)態(tài)論的崩潰。關鍵詞:宇宙的演化,時間觀,空間觀,紅位移奇觀,宇宙大爆炸,宇宙穩(wěn)態(tài)論,穩(wěn)態(tài)論的崩潰。一、引言千百年來,人們都在尋找宇宙的本體到底是什么。正是因為沒有解決這個問題,人類在其他許多問題的認識上也就沒有得到澄清,甚至完全顛倒,以非為是,以妄為真。然而也因為人類的社會總是在前進著,所以這個問題也吸引了許多古圣先賢費心地研究,從而產(chǎn)生了一系列的論斷——無論真妄或是否完美!在長期的歷史進程中,中國一直以其強盛的國家政權、遼闊的疆域國土、先進的封建文化、燦爛的古代文明,獨立特出于周圍各國之上,因此,中國古代圣賢留給我們后輩的對宇宙時空的資源也嘆為觀止!本文嘗試用概括的方法,簡略敘述和探究一下中國古代的宇宙時空觀。二、中國古代的宇宙時空觀1、宇宙的演化從客觀的宇宙的形態(tài)上說,中國古代的宇宙觀共有六種:蓋天說、渾天說、宣夜說、昕天說、穹天說、安天說。
蓋天說:這是創(chuàng)立于商代的在中國居于統(tǒng)治地位的學說,認為天是帽子,地是棋盤,天圓地方,當然天比要地大一些了??纯粗袊鴼v史上的主流錢幣的形狀,就可以輕易地理解蓋天說了。
渾天說:創(chuàng)立于周朝,但東漢張衡為集大成者,制成了渾天儀,著有《渾天儀圖說》。認為天是個雞蛋,地是蛋黃,懸在天中間,日月星辰就像是在蛋殼上跑來跑去的小蟲子。
宣夜說:宣夜者,徹夜不眠也,說明這是大量天文觀察得出的結論。認為大地是一個球狀實體,而日月星辰全是氣體,漂浮于也是氣體球的天空中。此說創(chuàng)立于周朝,比較著名的反映這一理論的是《列子》中的一篇寓言《杞人憂天》。
昕天說:昕者,太陽運動也。此說是蓋天說的改進型,認為天像一個車輪,會轉(zhuǎn)動,所以天體在運行。
穹天說:穹者,房頂也。此說也是蓋天說的改進型,認為天是一個球狀的殼,而且還會轉(zhuǎn)動,帶動了天體運行。
安天說:安天者,天不動也。這是宣夜說的改進型,也是中國古代宇宙觀中最接近現(xiàn)代思想的一種,認為天是不動的,是無邊的,是永恒的,日月星辰各依軌道在天中運行,而球狀的大地在天的中間轉(zhuǎn)動,使我們覺得天是動的。從宇宙的演化方面說,大致可以分為三類:不變說、循環(huán)論、演化說。主張宇宙不變的,以《莊子·知北游》記載的孔子師徒的對話為代表:“冉求問于仲尼曰:未有天地,可知邪?仲尼曰:可,古猶今也。……無古無今,無始無終?!睍x朝郭象注解這段話說:“言天地常存,乃無未有之時?!奔词钦f,古時與現(xiàn)今一樣,宇宙并不存在生成演化問題。董仲舒的“天不變,道亦不變”之說,亦可歸于此類理論。用循環(huán)論觀點解釋宇宙生成演化,這在《莊子》書中已有萌芽,佛教的傳入,加重了這種傾向,最終形成了一套精致的宇宙循環(huán)論學說?!端鍟そ?jīng)籍志》對這一學說有所描述:“佛道天地之外,四維上下,更有天地,亦無終極。然皆有成有敗。一成一敗謂之一劫。自有此天地已前,則有無量劫矣。”這一學說對中國人影響頗大,在后世一些哲學家和文學家身上,屢屢可窺此說之影子。但是,在中國古代哲人中,占主導地位的則是宇宙逐漸生成演化的觀點。這一觀點早在先秦時期就已經(jīng)比較普及。神話傳說盤古開天地反映出上古先民對宇宙起源的認識,即已透露出宇宙早期是渾沌的,經(jīng)過演化逐漸形成后世所見形狀的思想萌芽。詩人屈原膾炙人口的詩篇《天問》,開篇伊始就提出了與天地起源有關的問題,也反映了這種認識。哲學家老子則直截了當提出:“天下有始,以為天下母?!标庩柤业拇砣宋铮讋?chuàng)五德終始學說的騶衍,善談天事,齊國人稱其為“談天衍”,他主張宇宙創(chuàng)生學說,到處“稱引天地剖判”,推演“天地未生”。騶衍的學說在當時諸侯國中受到普遍歡迎,司馬遷的《史記·孟荀列傳》對之有生動記述,很能說明問題。承認宇宙是逐漸生成的,必然要回答一個問題:宇宙由何而生?老子《道德經(jīng)》回答說:“天下萬物生于有,有生于無?!薄肚f子·庚桑楚》也說:“萬物生于無有。有不能以有為有,必出乎無有。”這樣,就又出現(xiàn)了需要解決的問題——什么是“有”,什么是“無”?這里先提一個奇怪的論斷:“有”的本質(zhì)是空虛不實、空幻不定、空寂不存;“無”的本質(zhì)反而是充盈不虛、恒常不變、獨立不依!乍看到這樣的論斷,覺得似乎它提反了——其實不然!天地萬物分明實實在在,為什么說是空虛的呢?先談“有”之空虛不實??茖W常識告訴我們:物體由分子組成,分子由原子組成,原子由原子核與電子組成;分子之間有空隙,原子之間有空隙,原子內(nèi)部更有巨大的空隙——原子核的直徑還不到整個原子的萬分之一,如果把一個原子放大到籃球場那么大,原子核只等于這個球場中間的一顆綠豆或是一粒芝麻。
微觀世界如此,宏觀世界也是如此。茫茫宇宙,星球點點,簡直就像空屋之中飄浮的粒粒塵埃??梢?,無論微觀還是宏觀,所謂“實有”都不過億分之一乃至萬億分之一,豈非空空如也?其次談“有”之空幻不定。從辯證的觀點看,一切事物每時每刻都在運動變化。正如有位哲人所說:“沒有人能夠第二次涉入同一條河流?!币驗?,任何一條河流的河岸、河床、河水都在不停地變化,哪怕你剛從河里上岸又返身涉入這條河,后一分后一秒的這條河已經(jīng)不是前一分前一秒的這條河了。天地萬物看起來真真切切,但是就實質(zhì)而言,則既是它又不是它,因為后一分后一秒已不同于前一分前一秒。如此變化無常,虛幻不真,即“空幻不定”之所謂。再次,談“有”之空寂不存。天地萬物之存在是無可置疑的,然而,一切有形有象的實體都有其“壽命”,“壽命”一終便不復存在?!皦勖敝L短各不相同,短的(如某些基本粒子)只有幾秒鐘,長的(如各大星系)可達若干億年。但無論其“壽命”長短,都有限度,因而從本質(zhì)上看,一切“有”的存在都是暫時的,都要歸于毀滅,歸于空寂不存。在傳統(tǒng)上,古人一般把太陽連續(xù)兩次上中天的時間間隔定義為一日,這就意味著太陽的周日視運動能夠本質(zhì)地反映出時間流逝特征。這種做法有一定道理,因為太陽的周日視運動,基本上是地球自轉(zhuǎn)的反映,而在現(xiàn)代原子時鐘被采用前,依地球自轉(zhuǎn)計時是人們從大自然所能獲得的最為均勻的計時系統(tǒng)。后來,人們對之又做了改進。據(jù)《舊五代史·馬重績傳》的記載:“重績又言漏刻之法,以中星考晝夜,為一百刻。”“以中星考晝夜”,是指以同一恒星連續(xù)兩次上中天的時間間隔作為一日,其物理實質(zhì)是以地球自轉(zhuǎn)作為時間計量標準。由此,這一做法是富含科學內(nèi)容的。在對時間本原的認識上,明末徐光啟具有重要地位。他通過比較各種計時方法的優(yōu)劣,明確提出了“時刻之原”概念,要求人們選擇最能反映時間均勻流逝特征的物質(zhì)運動形式作為計時之本,據(jù)《明史·歷志》記載,他說:“定時之術,壺漏為古法,輪鐘為新法,然不若求端于日星。晝則用日,夜則任用一星,皆以儀器測取經(jīng)緯度數(shù),推算得之?!薄岸恕保幢驹狻P旃鈫⒂终f:“太陽依左行分晝夜,故此獨為時刻之原?!保ā冻绲潥v書·渾天儀說》)左行,指太陽每天的東升西落,它與恒星周日視運動一樣,都是地球自轉(zhuǎn)的反映。徐光啟將其推崇到“時刻之原”的高度,反映出16世紀中國人對時間本原的探討,已經(jīng)進入理論化階段,這是應該肯定的。3、空間觀中國古代人們對于空間的觀念的研究典籍十分豐富,且極有研究價值??臻g觀念是抽象的,通常是用三維性來定義?!豆茏印窌杏小吨婧稀菲笕私庠唬骸八姆缴舷略缓稀?,“合”即指空間。由“四方上下”著眼定義,顯然是強調(diào)的其三維性?!段淖印ぷ匀弧酚浽唬骸袄献釉唬骸姆缴舷轮^之宇?!薄肚f子·庚桑楚》對空間的定義則強調(diào)其客觀實在性,說:“有實而無乎處者,宇也?!奔词钦f,空間是一種客觀實在,它可以容納一切,其本身卻不能被別的東西容納。這一定義同時也涉及到了空間的無限性?!赌?jīng)》對空間的定義頗富分析色彩?!督?jīng)上》有“宇,彌異所也”,《經(jīng)說》解釋道:“宇,東西家南北。”即空間是各種不同場所或方位的總稱。這里也涉及到空間方位定域問題。除了對空間概念做出定義,古人還就空間性質(zhì)進行過內(nèi)容廣泛的探討。空間有限無限問題,就是他們探討的內(nèi)容之一。三維空間的定義在現(xiàn)代科學中也已是一個不爭的概念?,F(xiàn)代科學認為宏觀物質(zhì)存在于三維空間中,具有一維時間,空間是真實可見的,時間總是向前流逝,是虛無的。在古代中國,很多人主張無限空間觀念。例如,《管子·宙合》即說:“宙合之意,上通于天之上,下泉于地之下,外出于四海之外,合絡天地,以為一裹。散之至于無間,……是大之無外,小之無內(nèi),故曰有橐天地。”天地囊括萬物,宙合又包含天地,大之無外,這樣的空間,應該說是無限的。最后一句特別指出,無限性是表現(xiàn)在宏觀、微觀兩個方面的。這一認識非常深刻??臻g無限的判斷,合乎思維邏輯。古人常認為,有形則有極,無形則無盡,空間是無形的,所以它是無極無盡的。但也有不少古人認為宇宙是有限的,在這里,我們就要提一下張衡這個人。張衡認為:“八極之維,經(jīng)二億三萬二千三百里,南北則短減千里,東西則廣增千里。自地至天,半于八極,則地之深亦如之。通而度之,則是渾已。將覆其數(shù),用重(差)句股。懸天之景,薄地之義(儀),皆移千里差一寸得之。過此而往者,未之或知也。未之或知者,宇宙之謂也。宇之表無極,宙之端無窮?!睆埡馑质且环N橢圓天球觀念,認為這個天球的平均直徑是二十三萬二千三百里。他特別強調(diào),要得到這一結果,所用的數(shù)學工具是重差勾股術,物理依據(jù)是所謂地隔千里、影差一寸的假說。此外,張衡的話中還隱含了這樣一種認識:用數(shù)理方法所能觀測和認識的空間是有限的,超出這個范圍,只能用思辨的方法去解決。換言之,在討論空間范圍時,哪些屬于物理問題,哪些屬于哲學問題,張衡的理論對之做了區(qū)分,這充分表現(xiàn)了他的高明之處。當然,除此之外還有許許多多的各種關于空間觀的論斷,這里就不再一一詳列了。三、現(xiàn)代宇宙時空觀的發(fā)展現(xiàn)代的宇宙時空觀已發(fā)展到了一定的高度,這里也不能一一敘述其發(fā)展成就,所以我們只以幾個較為出名的論斷來簡述它。1、紅位移奇觀早在牛頓的時候,牛頓就用三棱鏡析出了陽光的不同色彩,之后又有許多科學家沉浸在光的研究中。到了一九一二年史聶赫觀察仙女座星云M31的光譜,發(fā)覺向藍色方向移去,即從道普勒效應來說,那表示其以每秒三十公里的高速飛來地球。史氏馬上測量其它星星。一九一四年分析了十三個星云,發(fā)覺有十一個是向紅的方位移動,兩個向藍的方位移動。一九二五年他已觀察了四十一個巨星,另有四個被其它天文學家觀察,四十五星云中,四十三個是紅位移,兩個藍位移,這慢慢構成一模式,大部分星體是以秒速一千公里的速度飛離地球。隨后發(fā)現(xiàn)銀河系本身是在轉(zhuǎn)動中,太陽系正以每秒三十公里的速度移向仙女座星云,故有藍位移的現(xiàn)象。其它整個天體的星星,都表現(xiàn)了紅方位移動,稱為紅位移。哈勃用韋爾遜山的一百吋望遠鏡,一九三四年印證了銀河中的巨星,原來是其它龐大星系團,從天文相片中,算出約為一千萬個星系(如今用二百吋望遠鏡,已發(fā)現(xiàn)超過一億二仟萬個星系)。在這研究的同時,他在一九二九年發(fā)現(xiàn)到紅位移的速度與其和地球距離的關系。他當時已測量出十八個星系及一巨星的距離,從其紅位移速度看,其速度與距離剛好成正比,越遠的星星,其飛離的速度越快。這現(xiàn)象顯明了什么?顯明了宇宙不是一靜態(tài)而無限的事物,卻是在高速膨脹當中。2、宇宙大爆炸在哈勃的基礎上,1932年勒梅特首次提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理論:整個宇宙最初聚集在一個“原始原子”中,后來發(fā)生了大爆炸,碎片向四面八方散開,形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中,提出了熱大爆炸宇宙學模型:宇宙開始于高溫、高密度的原始物質(zhì),最初的溫度超過幾十億度,隨著溫度的繼續(xù)下降,宇宙開始膨脹。這一理論是關于宇宙形成的最有影響的一種學說,大爆炸理論誕生于20世紀20年代,在40年代得到補充和發(fā)展,但一直寂寂無聞。40年代美國天體物理學家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理論。該理論認為,宇宙在遙遠的過去曾處于一種極度高溫和極大密度的狀態(tài),這種狀態(tài)被形象地稱為“原始火球”。所謂原始火球也就是一個無限小的點,現(xiàn)在的宇宙仍會繼續(xù)膨脹,也就是無限大,有可能宇宙爆炸的能量散發(fā)到極限的時候,宇宙又會變成一個原始火焰即無限小的點以后,火球爆炸,宇宙就開始膨脹,物質(zhì)密度逐漸變稀,溫度也逐漸降低,直到今天的狀態(tài)。這個理論能自然地說明河外天體的譜線紅移現(xiàn)象,也能圓滿地解釋許多天體物理學問題。直到50年代,人們才開始廣泛注意這個理論。接下來,再經(jīng)過彭齊亞斯、威爾遜以及霍金的研究、補充、發(fā)展,大爆炸宇宙模型成為最有說服力的宇宙圖景理論?;艚鹛岢觯河钪娴钠鹪醋畛跏潜仍舆€要小的奇點,然后是大爆炸,通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子,這些粒子在能量的作用下,逐漸形成了宇宙中的各種物質(zhì)。3、宇宙穩(wěn)態(tài)論一九四六年,三位科學家觀看一部鬼故事電影,名叫TheDeadoftheNight,其結局與開始一幕一模一樣,表示一個循環(huán)不息的世界,他們忽然產(chǎn)生靈感,認為宇宙的擴張不來自起源的大爆炸,卻是有一源源不斷創(chuàng)造性力場,從虛無中創(chuàng)造出新事物,生生不息,使宇宙膨脹下去,永無止境。這三為就是反對宇宙大爆炸論的何伊、高特、龐狄。他們認為一個不斷自我創(chuàng)造的宇宙,在宏觀來看,是靜止不變的,宇宙的膨脹來自物質(zhì)的不斷創(chuàng)造,全宇宙的物質(zhì)密度應穩(wěn)定一致,這就是著名的穩(wěn)態(tài)理論。比較起來,宇宙穩(wěn)態(tài)論似乎比大爆炸論更易被科學理解。此外,從二十世紀的科學意識形態(tài)來說,一般科學家都接受進化論,特別當時流行的新達爾文主義。何伊特別指出,如果憑空地偶然撞出生命最基本結構氨基酸,機會率只有十的負四萬次方,只有無始無終的宇宙,才能容許進化的出現(xiàn)。故大爆炸論使進化論不可能,因而必須推出穩(wěn)態(tài)論,使進化論得以成立,一時這理論得占上風。何伊之所以如此反對大爆炸論,正基于一神學原因。宇宙穩(wěn)態(tài)論符合無神論和進化論,與當時流行的科學意識形態(tài)信念一致,這是辯論中較占上風的原因。大爆炸論要求宇宙有一近期的起源,這是公開迎接了創(chuàng)造的概念。4、宇宙穩(wěn)態(tài)論的崩潰劍橋大學教授賴爾與何伊是同事,不過卻沒有不經(jīng)思索地接受穩(wěn)態(tài)論,卻多年從事雷達與電波天文學的研究,純從觀察來研究天體。五十年代,賴爾在劍橋郊外布置了一英畝大的天線陣,研究天空的射線分布,顯示了電波星系越遠越多,那是說在較早時的數(shù)量比如今多,密度比如今高,與穩(wěn)態(tài)論所預測的均勻分布不一致。六十年代初,發(fā)現(xiàn)宇宙中較輕元素如氦的“豐存度”達百分之二十八,且是一常數(shù),顯示是由大爆炸起始三分鐘的核反應所產(chǎn)生,與大爆炸論預測一致,而穩(wěn)態(tài)論對此無法解釋。更重大的突破,是在一九六五年發(fā)現(xiàn)的宇宙背景微波射線。早在一九四六年,俄裔物理學家喬治·蓋莫夫提出宇宙由無限極熱產(chǎn)生,冷卻時中子和質(zhì)子會結合而成重元素。其弟子阿爾弗及赫爾曼計算中子和質(zhì)子的比率應遺留成可被觀察到的微波射線,在一九四八年發(fā)表論文,預斯蛦一背景射線留在宇宙,溫度約為絕對零度五度
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