人类眼中的宇宙
关于宇宙,我们过去与今日所了解的完全不同。那时候,人类眼中的宇宙就是天,是与地(地球)相对的一种存在。“天”这个字,在《千字文》第一句——天地玄黄——便出现了,可见其概念的产生历史非常悠久。但古时候人类关于宇宙的概念,是涵盖了除人类居住的土地之外的所有空间,这一认知与人类如今对天体汇集的宇宙以及宇宙空间的划分完全不同。
事实上,“地球”这一词汇,也是在我们知道了地球是一个球体之后才创造出来的。因此,与太阳、月球和星星等词汇相比,“地球”还是一个非常年轻的词汇。不管人类是否知道地球是球体,在很多人心里,通常会认为这个世界就是由天空与大地共同构成的。天空里有太阳、月球、星星三种天体,而大地则与它们完全不同。
地球是球体这一事实,对于人类树立科学的世界观是非常重要的。地球的形状像一个球,而且这个球是“悬浮”在宇宙空间里的,因此也就无所谓上与下了。这一发现使得当时的天文学者以及民众大为震惊。以大地为基准,哪面是上,哪面是下,连三岁的孩子都能分清。然而这样一个被大家所熟知的观念,忽然发生了一百八十度大转弯,这让人难以置信。与之相比,电视剧或者电影中经常使用的主人公突然发现自己的身世秘密这种桥段,就显得逊色了。当然,主人公的感受可能未必是这样。
我们眼中所看到的水平线或者地平线总是这种直线。大概正因为如此,人类才会难以想象地球是球体
当人们发现,所谓的宇宙和一直生活的世界,居然没有上下之分,这一事实彻底颠覆了原有的世界观,并促使新的世界观形成;同时,这种新的世界观所带来的影响,在一段时间之后,开始在各个领域显现。
太阳与月球,挂在天上那么明显,即使是一个不太关注天文学的人,也可以很容易就发现两者的运行规律。太阳每天升起、落下,而且随着季节不同,高度也变化;月球则是在形状上出现周期性的圆缺变化。所有这些变化,都被人类从不同的角度加以观测和分析。除了太阳和月球,那些看起来观测难度更大的星星,也是随着时间和季节的变化,位置有规律地发生变化。随着时间的流逝,人类初步认识到,太阳、月球和星星都在按照各自的规律运行。人们在掌握这些规律之后,为了进一步解释它们,又提出了各种理论。“地球是球体”就是通过这样的过程逐步确立发展起来的。
虽然人类在数千年前就寻找各种证据来证明地球是球体,但实际上,直到进入 20 世纪,人类才第一次直观地确认这一事实。1935 年,美国的探索者 2 号热气球破纪录地飞到了 22 千米高空,第一次成功拍摄到地球的圆弧形地平线;20 世纪后期,在人造卫星拍摄的地球照片中,我们能看到地球的一部分(当然这也能充分证明地球是球体);直到 1968 年,美国的宇宙飞船阿波罗 8 号,第一次拍摄到了地球的完整照片。
阿波罗 8 号拍摄的地球。这是人类第一次拍摄到地球的样子,也显示出地球上海洋的面积远远大于陆地的面积
1968 年 12 月 24 日,阿波罗 8 号在月球轨道上拍摄的地球“升起”的场景。在月球凹凸不平的地平线上,地球缓缓升起。我们就生活在这个蓝色星球上
地心说
托勒密的宇宙运行体系(地心说)
按照地心说的理论,太阳和月球等所有天体都围绕着地球运动。每个行星都在公转轨道上运动,同时又沿着各自小圆形轨道运动,我们称之为“周转圆”
在人类认识到地球是球体之后,自然就会联想到宇宙这一概念。宇宙是地球与其他天体共存的空间,在这一前提下,人们开始试图描述天体运动。中世纪时,以欧洲为中心广为传播的地心说,曾认为地球是固定不动的,除了地球之外,其余所有的天体都围绕地球旋转。地心说是站在人类中心的视角,尝试描述地球上所观测到的天体的运动的。但是,这一理论无法解释的现象实在太多了。随着时间的推移,越来越多的情况都无法用地心说来加以解释。当人们发现地心说理论存在很多缺陷的时候,他们并没有彻底放弃这一理论,而是试图努力完善它,然后继续用它来解释宇宙的运动。
日心说
哥白尼的宇宙运行体系(日心说)
按照日心说的理论,包括地球在内的所有行星都围绕太阳旋转,月球围绕地球旋转。利用日心说能够解释月球和行星运行的观测结果
16 世纪,尼古拉·哥白尼提出了日心说。他认为地球不是固定在宇宙中心的天体,而是悬浮于宇宙空间当中。同时,他还认为地球和其他行星都以太阳为中心进行运动,并试图用这种理论来解释地球上能够观测到的其他天体的运行。根据这一理论,以前用地心说无法解释的一些天体运动得到了合理解释,但这一理论依然有不够完善的部分。
17 世纪,约翰尼斯·开普勒在老师第谷·布拉赫长时间积累的行星观测资料基础上,最终发现了行星沿椭圆形轨道围绕太阳运动的规律,这让之前一直存在争议的日心说获得了普遍认可。事实上,开普勒虽然提出了行星运行的规律,但他却无法找到形成这种规律的原因。继开普勒之后,牛顿利用经典力学理论最终找到了行星运行规律的原因。当然,牛顿之所以能够建立自己的科学理论体系,开普勒在数学方面的研究成果功不可没。
从此以后,日心说在当时的欧洲社会各界引起强烈反响。与地心说相比,日心说无论是从理论上还是在实际生活中,都占据了更稳固的地位。但即便如此,它在被整个社会接受的过程中还是遇到了很多波折。这是因为,日心说不仅仅是天文学领域的一个崭新理论,同时它还具有天文学知识以外的其他含义。在日心说出现之前,太阳、月球和宇宙对于人类来说,更类似于一种抽象的具有宗教意味的存在,但日心说出现之后,它们忽然变成了非常具体的、与人类紧密相关的一种存在,这给当时的人们带来了很大的思想冲击。
20 世纪,爱因斯坦提出了相对论,在物理学界乃至全世界都引起了巨大轰动。但即便如此,它也无法与三百多年前日心说问世后所引起的冲击相提并论。在现代,当人们说到对既有方法或者想法进行颠覆式改变的时候,常用的一个词就是“哥白尼式转变”。由此可以想象,日心说在当时曾引起怎样的震动。虽然相对论的提出对人们思考方式的转变影响非常巨大,但没有因此衍生出“爱因斯坦式转变”一类的词汇。
卫星与行星
所有的卫星都按照椭圆轨道围绕行星公转。但是当卫星质量与行星相比过小的时候,运行轨道就会接近于圆形。近地点就是指椭圆轨道上卫星最接近行星的点,远地点则是离得最远的点
引力
具有质量的物体都有引力,它会对其他物体产生作用力。世界上不存在没有质量的物体,因此,所有的物体都对自身以外的物体产生引力。引力的作用范围没有界限,随着距离变远,其作用力会逐渐减小,因为引力对物体的作用力与其距离的平方成反比。每个天体的引力所影响的引力场是其在空间中产生的时空弯曲效应。两个天体间的引力达到相应的大小时,两者之间就会形成圆周运动、椭圆运动、抛物线运动或者双曲线运动。当进行圆周运动或者椭圆运动的时候,说明两个天体之间一直存在着持续性的作用关系;如果进行其他类型的运动,则意味着两者的关系只是擦肩而过。
两个质量相近天体的运行轨道
如果两个天体的质量相近,两者的质心就在它们的中点附近,两者会相互围绕对方形成旋转轨道
此后,随着天文学的发展,人们逐渐认识到地球与其他无数天体是相互影响的;同时,人类还发现地球与月球的关系比其他所有天体都更为紧密。由此,人们得出一个结论,如果想在宇宙的框架内更好地了解地球,那就首先应该更好地了解月球。我们一般总会把月球称作地球的卫星(围绕行星进行旋转的天体),实际上这是一种以地球为中心的表述方式。其实地球与月球都是以两者间共同存在的质心为基准点,各自进行运动的,但因为地球比月球大,所以看上去是月球在以地球为中心进行运动。
20 世纪后期,在人类能够进入宇宙空间观测地球之前,无论怎样的理论或者事实,都难以改变人们以地球为中心的固有思维模式。在人类可以进入宇宙空间观测地球之后,就逐渐不再以地球为中心去观察事情了。由此可见,科学的阶段性进步,对人类的世界观、价值观,包括宗教观等所有领域都带来了巨大的改变。
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科学家的恐惧
哥白尼既是科学家,同时也是中世纪欧洲天主教会中握有实权的高级神职人员。因此,当他意识到自己的理论很可能对人们既有的世界观进行一场颠覆时,他不确定人们是否能够接受自己的主张。这使得他在出版自己的日心说书籍时犹豫不决。像这样的事情,其实无论是当时还是现在,始终都存在。
例如,克隆技术正在全世界进行得如火如荼,但与此同时,这一技术也招致了很大的非议。这主要是因为人们还没有完全准备好接受克隆这一概念。我们无法预测克隆技术将会带来怎样的震动与影响,同时,生物克隆技术这一概念本身也还没有真正被界定清楚。从生物伦理学角度上来说,当一个与自己的遗传基因完全一样的生命体站在眼前的时候,那种精神上的震撼,让人无法想象。
对于未知世界,我们的好奇总是与恐惧相伴而行。人类对于新事物的探求,其实就是这两种心理彼此斗争的过程。最后赢的那一方通常是好奇心。在哥白尼的时代,人们无法相信地球竟然在旋转运动;在 21 世纪的今天,人们对克隆技术充满畏惧心理。事实上,这两者之间没有什么差别。
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地图的上与下
既然宇宙没有上下之分,地球自然也没有上下之分。但为了方便使用地图,我们习惯把北方定为上方。然而,并不是所有人都愿意接受这一地图使用习惯。通常情况下,世界地图都是北方朝上,赤道位于地图正中间偏下一点。这会使得位于高纬度的国家看上去显得大一些,人们也会下意识地认为自己的国家位于地球上半部。
韩国位于北半球,所以对于这样的地图可以欣然接受,但位于南半球的国家则不然。这主要是因为人们习惯上不喜欢让自己处于靠下的位置。实际上,包括澳大利亚等许多南半球国家,它们使用的地图是南方朝上,赤道位于地图的中间位置。无论绘制地图的本意如何,当我们看这些地图的时候,才会切实感受到地球实际上真的没有上下之分,是按照一定的比例尺绘制的。地图既是科学的产物,同时也带有一定的政治性。