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宇宙从封闭到无限

时间:2022-01-31 理论教育 版权反馈
【摘要】:但无论是伽利略还是开普勒,在宇宙学方面并没有做出比哥白尼更多的陈述。布鲁诺认为宇宙空间是无限的、统一的、物质的、永恒的。人类所看到的世界只不过是无限宇宙中非常渺小的一部分。牛顿提出万有引力之后,牛顿主义宇宙学与笛卡尔主义宇宙学展开了激烈的竞争,直到哈雷按照牛顿力学预言的彗星成功回归之后,旋涡学说才彻底退出历史舞台。
宇宙从封闭到无限_天文学史一部人

文艺复兴晚期,哥白尼从简单性和完美性的信念出发,提出了一个日心宇宙模型,认为地球带着月亮,和其他行星一起,绕着太阳这个宇宙的中心转动(本书第六章已经详细分析了哥白尼提出新宇宙学说的目的以及他的研究风格,在此不再赘述)。哥白尼学说一方面复活了古希腊的地动学说,另一方面把希腊的同心球层宇宙模型的构造推到了无以复加的高度。虽然地动的思想有希腊先贤提出在前,双本轮等几何设计也由阿拉伯天文学家率先用于修正托勒密体系,但是哥白尼在托勒密体系已经被教会钦定为唯一正确的宇宙模型之后提出一个取而代之的模型,还是需要很大的决心和勇气的,哪怕是直到临死之前才把《天体运行论》出版。

在《天体运行论》出版后的半个多世纪里,日心说没有得到很大的拥护也没有召来太多的反对。当时的物理学知识无法解释地球在动这一说法,也没有观测证据支持地球在动。直到1609年伽利略把望远镜指向天空,看到了一系列前所未见的天象。特别是他看到木星有四颗卫星围绕它运转,这一观测否定了地心说的“地球是宇宙唯一绕转中心”的说法。他看到金星的相位变化,这一实测证据直接否决了托勒密的地心学说。伽利略热情地宣传日心说,写下了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,从而引起一些教会学者的疑虑和嫉恨。结果罗马教会的宗教法庭做出裁决:《天体运行论》只能作为一个数学模型在学校讲授;伽利略的著作禁止出版,其本人终身监禁。

另一位哥白尼学说的信奉者开普勒找到了有关行星运行的更简单的一致性。在1609年其发表的《新天文学》中,开普勒指出所有的行星包括地球沿各自的椭圆轨道绕太阳转动,太阳位于这些椭圆轨道的一个焦点上。用一条圆锥曲线就描述了所有行星的运行,开普勒把宇宙和谐的思想发挥到了极致。

但无论是伽利略还是开普勒,在宇宙学方面并没有做出比哥白尼更多的陈述。在他们的心目中,宇宙的最外层包围着一个静止的恒星天层,中央居住着太阳,中间是运动的行星。

近代欧洲宇宙学相对于中世纪以前宇宙学的突破主要表现在两个方面:一是打破禁锢在宇宙外围的水晶球,提出无限宇宙的概念;二是摆脱古希腊天体遵循完美运动原理的说法,给天体的运行寻找原因。这两点靠哥白尼学说都难以实现,后来第谷提出的折中体系同样也不能。开普勒虽然开始寻找让天体运动起来的动力学原因,但他所获得的三大行星定律论述的是行星的运动规律,动力的思想并不是必须的。

实际上,先抛开古希腊某些哲学家有关宇宙无限的论述不谈,关于宇宙无限的思想在哥白尼所熟知的前辈,文艺复兴时期德国天文学家、数学家和哲学家库萨的尼古拉(Nicolaus Cusanus,1401-1464)的论述中就已经出现。库萨的尼古拉认为处处都是宇宙的中心,因此处处都不是中心。只有上帝才是地球和所有天体的中心,上帝是某种无所不包的实体。因为宇宙的中心是上帝,所以地球不是宇宙的中心,因此它必然也是运动的。库萨的尼古拉把宇宙连同上帝本身的实体一起比作一个无限大的球。由于球半径无限大,所以其表面根本就不弯曲,其表面的线都是直线。因此,他的宇宙是零曲率的平直空间。库萨的尼古拉还认为宇宙中任何一个点都是宇宙在同一瞬间产生的,因此他否认亚里士多德曾经主张的不同的区域有不同的价值等级。不存在更高贵或比较高贵的星球,地球既不是最低下的,也不是最坏的星球。

库萨的尼古拉的无限宇宙思想后来又由布鲁诺加以发挥和推广。布鲁诺认为宇宙空间是无限的、统一的、物质的、永恒的。他指出哥白尼的宇宙模型是不彻底的,因而追随库萨的尼古拉的主张,认为处处都是宇宙的中心,同时又处处都不是宇宙的中心。布鲁诺认为在广漠无垠的宇宙空间中人们所感觉到的亚里士多德式的有限世界和与此相同的世界有无限多个;在无法测量的宇宙空间中有无数的太阳在不停地运转着,象我们的太阳被一些行星包围着一样,无数的恒星也被它们的行星包围着。人类所看到的世界只不过是无限宇宙中非常渺小的一部分。

最后是笛卡尔首先尝试提出了一个充满物质及物质间相互作用力的无限宇宙模型,即旋涡学说(详见第六章中的论述)。虽然笛卡尔的模型并不很成功,但这是第一个取代中世纪水晶球体系的宇宙模型。牛顿提出万有引力之后,牛顿主义宇宙学与笛卡尔主义宇宙学展开了激烈的竞争,直到哈雷按照牛顿力学预言的彗星成功回归之后,旋涡学说才彻底退出历史舞台。

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