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宏观世界
茫茫的宇宙
如果有人问:“世界上最大的东西是什么?”一定会有人立刻回答:
“是宇宙!”那么,你知道什么是宇宙吗?为什么说宇宙最大呢?这是
因为宇宙是一切物质及其存在形式的总体,它包括地球及其他一切天
体。宇宙也叫世界。按照我国古人的说法,上圆下方无边无际的空间为
“宇”,古往今来无始无终的时间为“宙”,宇宙即无限的太空世界。
人类对宇宙的认识是先从我们居住的地球开始的,然后从地球扩展
到太阳系,从太阳系扩展到银河系,从银河系扩展到河外星系⋯⋯。众
所周知,我们人类居住的地球,可算得上是十分巨大的了,它的平均半
径有公里,但地球只是太阳系中的一颗普通的行星。太阳系的成
员包括恒星太阳(其半径是地球半径的倍,体积是地球的万倍),
包括地球在内的九大行星, 多颗月亮一样的卫星,神秘难测的彗星,
难以计数的小行星、流星及星际物质。太阳系的直径约为亿公里,
而太阳系也只是银河系多亿颗恒星中的一个。这些恒星中有的比太
阳大几十倍到几百倍。银河系直径只能按光年计算,达万光年,包含
数千亿颗恒星。在我们的银河系之外,还有亿多个类似银河系的恒星
系统,叫“河外星系”;几十个这样的星系聚在一起叫“星系群”;上
百个聚集在一起构成“星系团”;它们又都归于更巨大的太空集团——
“星系集团”(又称超星系集团)。银河系所在的星系集团称为本星系
集团,它的核心是室女座星系团。无数超星系集团组成更庞大的总星系。
我们用现代最大的望远镜虽已能观测到这一离我们亿光年的天体,
这仍在我们总星系的范围之内。
宇宙的范围如此巨大,那么,宇宙的年龄又怎样测算呢?是不是只
笼统地说“无始无终”就可以了呢?当然不行。目前测算宇宙的年龄有
三种方法:
一种是逆推算宇宙膨胀的过程,根据宇宙的膨胀速度(即哈勃系数
和减速因子),计算从密度达到极限的宇宙初期到扩展为如今这种程度
究竟需要多少时间,即为宇宙年龄。
二是根据恒星演化的情况求恒星的年龄。通过理论推导恒星内部的
核聚变反应,就可以知道恒星这个天然的原子反应堆的结构和它的发热
率是怎样随时间变化的。将观测和理论相核对,就可求出恒星和星团的
年龄。再由最古老的恒星年龄推算宇宙年龄。
第三种是同位素年代法。这种方法已广泛运用于测定月岩和陨石的
年代。这是利用放射性同位素发生的自然衰变,由衰变减少的情况推测
母体同位素的生成年龄。放射性同位素只有在特别激烈的环境中才能生
成,所以一旦被禁闭在岩石中就只有衰变了。测定母体同位素与子体同
位素之间的量比,测定具有两种以上不同衰变率的同位系的量比,就可
以决定年代,由此推算宇宙的年龄。
无边无际的宇宙对人类来说还有很多未解之谜,许多最基本的问题
还没有搞清楚。如宇宙是怎样形成的?古今中外先后有盖天说、浑天说、
宣夜说、地心说、日心说、大爆炸说、星云说(详见下文)等,但都仅
仅是一种推想;再如,宇宙到底有没有边缘?这并非用“无边无际”一
个词可以说清楚的。近几年天文学家用最先进的天文望远镜观测到一个
距离我们大约亿光年的天体,它是在我们的总星系之内,还是之外
呢?我们的总星系之外是否还有其他的更大的星系呢?即使地球附近的
其他星球,我们对它们的了解也不充分,除地球以外的星球到底是不是
都没有人,也并没有彻底搞清楚。
总之,宇宙无限,人类对宇宙的认识有限,还需要我们不断地观测
和探索⋯⋯
古今宇宙观
自古以来,人类对茫茫的宇宙就充满了遐想。各种各样的宇宙观从
幼稚到成熟,从神话到科学,经历了漫长的岁月。
自然说产生于古印度。古印度人把地球设想为驮在只大象身上,
而大象竟是站在一只漂浮于大海上的海龟背上。
盖天说又称“天圆地方说”,产生于春秋时期,是我国古代最早的
宇宙结构学。认为人类脚下这块静止不动的大地就是宇宙的中心。地像
一方形大棋盘,天如同圆状大盖,倒扣在大地上,上面布满了数以千计
的闪光体。
宣夜说是我国历史上最有卓见的宇宙无限论。最早出现于战国时
期,到汉代得到进一步明确。宣夜说认为宇宙是无限的。宇宙中充满了
气体,所有天体都在气体中飘浮运动。星辰日月都有由它们的特性所决
定的运动规律。
浑天说是继盖天说年后,由我国东汉时期著名天文学家张衡
提出的。他认为“天之包地犹壳之裹黄”。天和地的关系就像鸡蛋中的
蛋白包着蛋黄,地被天包在其中。
中心火说由古希腊学者菲洛劳斯提出。他受了前辈哲学家赫拉克利
特关于火是世界本原思想的影响,认为火是最高贵的元素,由此提出宇
宙结构的“中心火学说”,即宇宙的中心是一团熊熊燃烧的烈火,地球
(每天一周)、月球(每月一周)、太阳(每年一周)和行星都围绕着
天火