天文學的起源

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天文學的起源范文第1篇

最年輕的黑洞

美國宇航局(NASA)11月10日在其官方網(wǎng)站上宣布：“在我們鄰近的宇宙空間發(fā)現(xiàn)了一個不尋常的物體。”所謂的“不尋常的物體”原來是一個年僅31歲的黑洞，這個黑洞是在SN1979C超新星的遺骸中發(fā)現(xiàn)的，距離地球5000萬光年，是目前人類科學家發(fā)現(xiàn)的最年輕黑洞。

發(fā)現(xiàn)這個最年輕黑洞的是美國宇航局的錢德拉x射線望遠鏡，這個望遠鏡是在1999年7月23日由哥倫比亞號航天飛機送到太空，目的是幫助天文學家搜尋宇宙中的黑洞和暗物質(zhì)，從而更深入地了解宇宙的起源和演化過程。這個價值103億元人民幣的昂貴望遠鏡是迄今為止人類建造的最先進、也最復(fù)雜的太空望遠鏡。在它服役期間，為天文學家?guī)碓S多驚喜，這次最年輕黑洞的發(fā)現(xiàn)就是其中之一。

關(guān)于這個黑洞的年齡，從不同的角度來看是不同的，而且相差甚遠。從天文學家的角度看，它只有31歲，因為天文學家獲得的X射線是這個黑洞31歲時發(fā)出的，因此稱它為至今發(fā)現(xiàn)的“最年輕”黑洞。但是，由于這個黑洞離地球有5000萬光年的距離，也就是說，x射線望遠鏡在接收到黑洞的射線時，已經(jīng)走了5000萬年，因此這個黑洞已經(jīng)不是一個年輕的黑洞了，它的實際年齡應(yīng)該是5000萬年左右。對于它是否真正是一個黑洞，天文學家還沒有確切的把握，研究人員也在考慮另一種很吸引人的可能性：這些x射線可能是一顆帶有高能粒子的快速旋轉(zhuǎn)中子星發(fā)出的。如果是這樣的話，SN1979c超新星中的這個天體將是迄今為止觀測到的最年輕、最明亮的“脈沖風星云”，是已知最年輕的中子星。而在此之前發(fā)現(xiàn)的明亮的脈沖風星云――蟹狀星云約有950歲。

這個黑洞的發(fā)現(xiàn)，為科學家觀測這類嬰兒期天體提供了獨一無二的機會。美國宇航局在當天記者會上的聲明稱，這個黑洞將能夠幫助科學家更好地理解大質(zhì)量恒星是如何爆炸的，恒星爆炸后留下的是黑洞還是中子星，以及我們銀河系和其他星系黑洞的數(shù)量。

宇宙的巨型啞鈴型“氣泡”

科學家在處理費米太空望遠鏡的全天影像數(shù)據(jù)時，驚奇地發(fā)現(xiàn)在銀河系中心有一個啞鈴狀的伽瑪射線“氣泡”結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)兩端的巨大氣泡十分顯眼、神秘，它們從銀河系中央分別向南、向北延伸，從室女星座直達天鶴星座，“年齡”可能以百萬年計，而且每個都有2.5萬光年寬。也就是說，如果一束光線從一個“氣泡”的邊緣穿越到另一個的邊緣，要花5萬年的時間。兩個氣泡連接起來可覆蓋可見夜空的一半?yún)^(qū)域，它們噴射著相當于10萬顆超新星釋放的能量。

目前研究人員仍不能確定這種巨大的氣泡結(jié)構(gòu)是如何形成的，但該結(jié)構(gòu)具有輪廓鮮明、清晰可辨的邊緣，這暗示著它們是由較大、快速且相當近期釋放的能量形成的。據(jù)天文學家猜測，這些“氣泡”可能是由銀河系中央的一個超大型黑洞爆炸所產(chǎn)生，這個黑洞的質(zhì)量相當于太陽的400萬倍。氣泡的來源目前還是一個謎團，　現(xiàn)在科學家正在進行更多的研究分析，希望能夠揭示一些關(guān)于銀河系的秘密。

人類起源于黑洞?

人類究竟起源于哪里?生物學家認為人類是由已經(jīng)滅絕的古猿演化而來的，天文學家則將眼光放得更遠，從宇宙中尋找人類的起源。天文學家認為行星起源于垂死恒星的塵埃中。然而，幫助形成這些早期恒星的塵埃又來自何處?因此，尋找恒星塵埃的來源將可以解開人類起源之謎。最近，英國曼徹斯特大學的研究人員認為，他們已解開了這個塵埃來源的謎團，這些塵埃是來自超級黑洞爆發(fā)的風中。 　 研究者們是通過研究類星體得出“人類起源于黑洞”這個驚人結(jié)論的。類星體是一種光度極高、距離地球極遠的奇異天體，它的“個頭?’比星系小很多，但是釋放的能量卻是星系的千倍以上。據(jù)推測，在100億年前，類星體比現(xiàn)在數(shù)量更多，光度更大。類星體核心位置有一個超大質(zhì)量的黑洞，在黑洞的強大引力作用下，附近的塵埃、氣體以及一部分恒星物質(zhì)圍繞在黑洞周圍，形成了一個高速旋轉(zhuǎn)的巨大的吸積盤。物質(zhì)被吸入黑洞，在下落過程中釋放能量，產(chǎn)生無線電波(還有大量其他射線)，但并不是所有的物質(zhì)都被吞噬進去了，部分物質(zhì)經(jīng)過烘烤、轉(zhuǎn)化又被回吐出來。宇宙中的這種拉鋸賽從未停止，從而導(dǎo)致恒星的高速形成和新元素的誕生。

研究人員分析了有關(guān)類星體塵埃放射的紅外線，發(fā)現(xiàn)它周圍的塵埃含有大量形成巖石的礦物，其中包括硅晶石(基本上是小沙粒)和被稱作鋼玉的鋁氧化物(人們熟知的紅寶石和藍寶石的主要成分)以及被稱作方鎂石的鎂氧化物(存在于大理石中)。研究人員認為這些物質(zhì)可能是構(gòu)成恒星、行星和生命不可缺少的宇宙塵埃的重要來源。通過分析，研究人員肯定這些礦物質(zhì)是類星體產(chǎn)生的，因為在外太空的惡劣條件下，它們的晶狀結(jié)構(gòu)很難長時間存在，宇宙射線會將它們毀滅成不定形的玻璃狀形態(tài)，這表明它們是剛形成的。而且，此前在太空塵埃中從未檢測到剛玉和方鎂石。這些理由為類星體創(chuàng)造早期塵埃的觀點提供了強有力的證據(jù)。

天文學的起源范文第2篇

月球是地球的唯一天然衛(wèi)星，地球上的萬物早已習慣了在夜晚與月亮相伴的日子。然而對于月球是如何起源的，人們至今也沒有一個合理的解釋。

幾百年前的天文學家就意識到，月球不可能是地球捕獲的過路天體。因為月球的直徑超過了地球直徑的四分之一，就算遠古有一顆月球這么大的天體從地球身邊掠過，地球也沒有足夠大的引力把這么大的天體束縛住。

于是在1879年，天文學家喬治?達爾文，也就是著名生物學家查爾斯?達爾文的兒子，提出了一個關(guān)于月球起源的“地球旋轉(zhuǎn)”假說：早期地球旋轉(zhuǎn)速度太快了，以至于有一大塊巖石被甩到了空中，最終形成了月球。

這個假說流行了一段時間，但是到了20世紀早期，人們發(fā)現(xiàn)這個假說并不符合行星動力學的規(guī)律。那時的天文學家知道，一個特定的天體系統(tǒng)，比如地球和月球組成的系統(tǒng)，其角動量應(yīng)該是守恒的，不變的，除非有外力介入了這個系統(tǒng)。如果月球原本是地球身體的一部分，后來兩者分開了，那么今天地球和月球的角動量之和，應(yīng)該等于它們沒有分離前的年輕地球的角動量。

經(jīng)過角動量反推計算，年輕地球要有這么多的角動量，當年它的自轉(zhuǎn)周期將是4小時。一天只有4個小時，聽上去地球已經(jīng)旋轉(zhuǎn)得夠快了吧？但實際上，要讓年輕地球把自己撕裂，甩出月球那么大一團物質(zhì)，地球的自轉(zhuǎn)周期應(yīng)該再快一倍，必須達到2小時才行。但實際地球早期自轉(zhuǎn)速度并沒有那么快，因此也就沒有那么多的角動量，這樣一來“地球旋轉(zhuǎn)”假說也就站不住腳了。

月球來自地球嗎？

圍繞月球起源，接下來出爐的是“巨大撞擊”假說。這個假說認為，當年有一顆火星大小的天體撞擊了年輕地球，這個天體灰飛煙滅了，卻把地球的一部分物質(zhì)撞了出去，物質(zhì)碎塊最后聚合在一起，形成了月球。

這個假說與天文學家對于太陽系行星起源的解釋有相通之處。在太陽系早期，許多小的巖石碎塊和塵埃彼此相撞、熔合，變得越來越大，最后形成了各大行星。所以在太陽系早期，應(yīng)該存在著一些較大的星體，因此年輕地球遭受火星那么大的天體撞擊也是有可能的。

如果月球是在巨大撞擊中產(chǎn)生的，那么月球巖石里就應(yīng)該含有一些與地球巖石不同的物質(zhì)，因為摻雜了那顆肇事天體的物質(zhì)，有些同位素的含量應(yīng)該與地球不一樣。要證實這個假說，天文學家只要分析一下月球巖石成分，并與地球巖石成分對比就可以了。

2012年，美國科學家完成了對月球巖石成分的最全面的分析。他們發(fā)現(xiàn)，地球和月球所含有的氧、鉻、鉀、硅同位素幾乎沒有什么不同。天文學家開始對“巨大撞擊”假說產(chǎn)生了懷疑。2013年，另一個美國科學家在月球巖石樣品中發(fā)現(xiàn)了水。如果月球是在巨大的撞擊中產(chǎn)生的，從地球上飛濺出去的物質(zhì)應(yīng)該溫度相當高，熔融的巖石里應(yīng)該不再含有水的成分，月球形成后也不會含有水。

“巨大撞擊”假說也面臨危機，它還無法解釋月球的起源。

核爆炸催生月球

最近，一位荷蘭天文學家提出了關(guān)于月球起源的新假說――“核爆炸假說”。他認為，45億年前年輕地球的內(nèi)部曾經(jīng)發(fā)生了一次巨大的核爆炸，把一部分地球物質(zhì)炸上了天，形成了月球。這個天方夜譚般的假說令人難以置信，但是荷蘭天文學家提出了幾個重要的證據(jù)。

首先是地球熱量收支情況異常。地球向外輻射的熱量遠遠高于從太陽那里獲得的能量，大量的能量讓地球表層火山和地震活動頻發(fā)，地球磁場的產(chǎn)生也與地球內(nèi)部的高能量有關(guān)系。實際上，這些多余的能量來自地球內(nèi)部放射性元素大量衰變產(chǎn)生的能量。

荷蘭天文學家認為，在早期地球環(huán)境中，那些重的放射性元素，比如鈾、釷、钚，在地球形成后不久就沉入地下深處，在地球的外核和地幔之間的邊界附近累積，形成了核材料富集的區(qū)域。這些核材料會發(fā)生衰變，釋放出快速運動的中子。一般來說這個過程是平緩的，但是如果中子擊中了放射性元素的原子核，比如鈾-238，中子被吸收的同時，鈾-238會變成钚-239，它本身是一種核裂變材料。如果越來越多的中子被吸收，核裂變材料就會越來越多，最終核材料富集區(qū)域進入了所謂的超臨界狀態(tài)，裂變不可逆轉(zhuǎn)地爆發(fā)，于是核爆炸發(fā)生了。

是否有更有力的證據(jù)來說明地球內(nèi)部有核反應(yīng)發(fā)生呢？日本和意大利的科學儀器探測到了地球內(nèi)部存在大量的中微子，這些幽靈般的粒子幾乎不與其他粒子發(fā)生反應(yīng)，而且它們是核反應(yīng)的產(chǎn)物。這就說明至少在今天，地球內(nèi)部還有天然放射性元素衰變，甚至有天然核反應(yīng)堆在工作，釋放出中微子。

荷蘭科學家提出的第二個證據(jù)正是關(guān)于地球天然核反應(yīng)堆的。在1972年，法國科學家曾經(jīng)在西非加蓬的奧克洛地區(qū)開采鈾礦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這個鈾礦的鈾同位素U-235含量非常低，說明那里曾經(jīng)有核反應(yīng)堆工作，消耗了鈾同位素。進一步探測發(fā)現(xiàn)，那里一共有16個天然形成的核反應(yīng)堆，直徑在1.5米到10米之間。每個反應(yīng)堆釋放能量的功率大約有100千瓦，它們時開時關(guān)，有時可以幾十萬年連續(xù)工作，如此這般，維持了大約20億年的時間，直到它們耗盡了自己的鈾同位素資源。

自然核反應(yīng)堆在地球上是存在的，而在年輕地球的內(nèi)部，積累的核材料之多，足以形成更為巨大的核反應(yīng)堆，并制造一起爆炸案，把地球的一部分炸上天。

如何檢驗月球起源的核爆炸假說呢？某些同位素的含量會告訴我們答案。

我們知道，太陽系中有一些隕石，它們幾乎是與地球同時誕生的，而且此后的幾十億年，它們所含的物質(zhì)基本保持不變。而一種叫做氙136元素只形成于強烈的物理環(huán)境中，比如在核爆炸中產(chǎn)生出來。因此，如果年輕的地球曾經(jīng)發(fā)生了核爆炸，就會制造出一些氙元素，這部分氙元素會進入地球巖石和新生的月球巖石里，這樣一來，地球巖石和月球巖石里所含的氙元素含量就會比沒有受到核爆炸“污染”的太陽系隕石里的氙元素含量高。

因此，如果我們分析月球的巖石，發(fā)現(xiàn)氙含量比太陽系隕石里的氙含量高，就可以確定，月球形成過程中確實發(fā)生了核爆炸。

目前這項工作還在進行中，結(jié)果還不得而知。

太陽系多次發(fā)生核爆炸

如果月球這么大的衛(wèi)星是行星核爆炸的產(chǎn)物，那么放眼整個太陽系的早期歷史，是否還有類似的核爆炸發(fā)生呢？

在火星和木星之間，有一個小行星帶，那里有大量的小行星，卻沒有聚合成一顆大的行星。許多天文學家都試圖解釋這個位置為何沒有形成大的行星。從月球核爆炸假說的角度看，也許今天小行星帶的位置曾經(jīng)有一顆行星，這顆行星與年輕地球一樣，也在內(nèi)部積聚了太多的核材料，然后在一次巨大的核爆炸中，這顆行星徹底被炸碎了，殘余的碎塊變成了小行星。

天文學的起源范文第3篇

新的結(jié)果動搖了一些天文學家對暗星云的看法。以前認為巴納德68是天空中的一個洞，現(xiàn)在知道它是最著名的暗星云之一。在這個暗星云中，致密的塵埃和分子氣體幾乎完全吸收了背景恒星所發(fā)出的可見光。新生成的圖片是漫長的細絲凝結(jié)而成的巴納德68，它被來自銀河系中心平面方向分布不均勻的外部輻射加熱。天文學家利用紅外觀測發(fā)現(xiàn)的一些跡象表明，分子云碎片與巴納德68碰撞，這可能導(dǎo)致巴納德68的崩潰，形成一個新的恒星系統(tǒng)，在接下來的幾十萬年里形成一個或更多的低質(zhì)量恒星。

早在2009年，一項針對巴納德68暗星云存在的研究就已經(jīng)開始進行，當時美國《天體物理學雜志》發(fā)表了西班牙卡拉爾·阿爾托天文臺負責人若昂·阿爾維斯和德國慕尼黑大學的安德烈亞斯·布爾克特的研究結(jié)果。他們預(yù)測，在星云這個由氣體和塵埃密集的云霧狀天體里，一個新的恒星在距太陽系400光年遠的地方即將誕生。孕育這個恒星的將主要是質(zhì)量為太陽兩倍的巴納德68，它是暗星云，不會反射恒星和其他物體發(fā)出的光線，因此目前人類還看不到它。

研究表明，這個云霧狀天體已開始呈現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。而一個質(zhì)量只有它1/10的星云正在迅速接近并“快要與它相撞”。這兩位科學家說，他們是通過超級計算機的模擬試驗得出這個結(jié)論的。這次相撞將會使巴納德68的密度和溫度升高超過臨界點，這時暗星云將在引力作用下開始凝聚，最終孕育出新的恒星。他們指出，這顆恒星將在20萬年內(nèi)誕生，這個速度從天文學的時間尺度來看已經(jīng)非常快了。在這顆恒星的周圍，有可能會形成一些行星。這也意味著，我們的太陽系可能要多出一個新鄰居。

MPIA的天文學家表示，我們現(xiàn)在還不是很清楚巴納德68是如何形成的，但我們知道它很有可能是新恒星將形成的地方，事實上，最近已發(fā)現(xiàn)了巴納德68似乎因崩塌將產(chǎn)生新恒星的跡象。我們可以用紅外光透視這類云氣，觀察星云內(nèi)部的狀態(tài)。巴納德68相當小，最多生成幾個低質(zhì)量的恒星。

天文學的起源范文第4篇

美國哈勃太空望遠鏡科學研究所著名天體物理學家馬里奧•里維奧（MarioLivio，1945-）撰寫的科普名著《IsGodaMathematician？》中提出一個疑問，并指出這個疑問曾令那些最富有創(chuàng)新精神的先賢們苦苦思索了幾個世紀：數(shù)學無處不在，無所不能。這些正會讓人們聯(lián)想到神的特征[1]。數(shù)學似乎不僅是描述和解釋整個宇宙最有效的工具，而且可以用來解釋最復(fù)雜的人類活動。

1數(shù)學何以有效

古希臘時期，數(shù)學作為一種神秘主義信仰而存在。直到中世紀基督教時期，數(shù)學逐漸促使人們從盲目的信仰轉(zhuǎn)向理性。隨著數(shù)學理性的發(fā)展和希臘學術(shù)的復(fù)興，一批具有理性主義的學者們提出宇宙的設(shè)計主要是數(shù)學設(shè)計，上帝成了數(shù)學家，研究自然界的數(shù)學設(shè)計成為最神圣的事業(yè)。隨著文藝復(fù)興后科學理論、科學公式的定量化、演繹的、具有嚴密邏輯結(jié)構(gòu)的方式為人們所把握，人們終于拋棄了世俗的上帝，開始走向無神論和泛神論。對因果關(guān)系的信仰，宇宙統(tǒng)一理論的理想，世界合理性和可理解性的信念，成為支配科學家工作的基礎(chǔ)。數(shù)學的確定性、一致性和對因果關(guān)系的把握，已經(jīng)深深融入西方文化的深層結(jié)構(gòu)，成為人們的一種觀念，對近代西方文化產(chǎn)生了重要的影響。

16-18世紀的西方數(shù)學家，對于在宇宙體系構(gòu)建上為什么數(shù)學奏效這個問題的回答是直截了當?shù)摹Ｉ钍艽笞匀皇歉鶕?jù)數(shù)學設(shè)計的這一古希臘信念的影響，并同樣受上帝根據(jù)數(shù)學設(shè)計了世界這一中世紀信條的影響，他們將數(shù)學看成通過自然界的真理之路。通過將上帝看成專注、至高的數(shù)學家，就有可能將對于大自然的數(shù)學規(guī)律的探求看成宗教追求。伽利略、笛卡爾、牛頓等一大批科學家們堅信世界的和諧是上帝的數(shù)學安排。上帝將嚴格的數(shù)學秩序給予了世界，而我們只能費勁千辛萬苦才能理解[2]。一直到愛因斯坦所信仰的“同深摯的感情結(jié)合在一起的、對經(jīng)驗世界中所顯示出來的高超的理性的堅定信仰”的斯賓諾莎式的上帝概念[3]，自然神論———泛神論才成為愛因斯坦以及之后很多西方科學家的科學信仰和感情的基礎(chǔ)。非歐幾何誕生后，雖然很長一段時間內(nèi)人們對數(shù)學的真理地位喪失了信心，對非歐幾何提出了眾多質(zhì)疑，它能描述我們居住的物質(zhì)世界嗎？但當它在愛因斯坦的相對論中得到回答時，數(shù)學這種神奇的有效性又使眾多數(shù)學家陷入思考，有些人開始認為數(shù)學是原本存在的，我們只是進行不斷的發(fā)現(xiàn)而已，有些人堅持認為數(shù)學只是我們的一種創(chuàng)造，現(xiàn)實世界并不存在，然而數(shù)學何以這么有效呢？愛因斯坦也驚嘆：“數(shù)學，這個獨立于人類經(jīng)驗存在的人類思維產(chǎn)物，怎么會如此完美地與物理現(xiàn)實中的物質(zhì)相一致”[1]？愛因斯坦在《我眼中的世界》(1934年)一文中進一步指出：“迄今為止，我們的經(jīng)驗已經(jīng)使我們有理由相信，自然界是可以想象得到的最簡單的數(shù)學觀念的實際體現(xiàn)。我堅信，我們能夠用純粹數(shù)學的構(gòu)造來發(fā)現(xiàn)概念以及把這些概念聯(lián)系起來的定律，這些概念和定律是理解自然現(xiàn)象的鑰匙。經(jīng)驗可以提供合適的數(shù)學觀念，但是數(shù)學概念無論如何都不能從經(jīng)驗中推導(dǎo)出來。當然，經(jīng)驗始終是檢驗數(shù)學結(jié)構(gòu)的實用性的唯一標準，但是這種創(chuàng)造的原理都存在于數(shù)學之中。因此，在肯定的意義上，我當然地認為，像古人所夢想的純粹思維能夠把握實在”[4]。

非歐幾何在相對論理論上的成功，使人們對數(shù)學的觀念逐漸地發(fā)生轉(zhuǎn)變。對非歐幾何的確認，實際上就已經(jīng)意味著從古希臘以來的、以數(shù)學為代表的“絕對真理觀”的終結(jié)。但不管怎么說，盡管數(shù)學失去了其在真理堡壘中的絕對位置，但它與物理世界很相契。無可回避的而且仍有無可估量的重要性的事實就是，數(shù)學是探究、發(fā)現(xiàn)和描述物理現(xiàn)象的最佳方法。在古希臘、中世紀、文藝復(fù)興時期及其后，數(shù)學都是有力的知識工具，即便是被賦予神學意義的時候仍認為上帝是按照數(shù)學規(guī)律設(shè)計這個世界的。

正如我們在近現(xiàn)代物理學的某些分支中見到的，數(shù)學是我們關(guān)于物理世界的知識之精髓。盡管數(shù)學結(jié)構(gòu)本身并不是物理世界的實在，但它們是我們所擁有的唯一通向?qū)嵲谥T的鑰匙。“非歐幾何學的創(chuàng)立非但沒有毀掉數(shù)學的價值及對于其結(jié)果的信心，反而———非常吊詭地———增加了其實用性，因為數(shù)學家能夠自由地探索全新的概念，發(fā)現(xiàn)其中有些可應(yīng)用。事實上，自1830年以來，數(shù)學在組織和控制大自然中的作用以幾乎不可相信的速度擴展了。此外，自牛頓時代以來，數(shù)學家描述和預(yù)言自然的過程的準確性大大增加了。[2]”黑洞理論是科學史上極為罕見的情形之一，在沒有任何觀測到的證據(jù)證明其理論是正確的情形下，作為數(shù)學的模型被發(fā)展到非常詳盡的地步。的確，這經(jīng)常是反對黑洞的主要論據(jù)：你怎么能相信一個其依據(jù)只是基于令人懷疑的廣義相對論的計算的對象呢[5]？盡管數(shù)學因為非歐幾何的出現(xiàn)失去了絕對真理的地位，以及哥德爾定理導(dǎo)致的數(shù)學家們對數(shù)學基礎(chǔ)論爭的失敗，讓人們對數(shù)學的有效性產(chǎn)生了懷疑。但是，正如數(shù)學史家M•克萊因所說的：“也許人類的數(shù)學僅僅是一個可行的方案，也許自然本身更為復(fù)雜或者并沒有什么固有設(shè)計。但是，數(shù)學仍不失為一種探索，是掌握自然的一種方法。在那些數(shù)學行之有效的領(lǐng)域，它是我們的全部資本；如果它不是現(xiàn)實本身，它就是我們所能達到的與現(xiàn)實最接近的東西。……就知識的確定性而言，數(shù)學是一種理想，我們?yōu)檫@一理想而奮斗，盡管我們也許永遠不會達到。確定性也許只不過是我們在不斷捕捉的一個幻影，它是如此無止境地難于捉摸。然而，理想具有力量和價值，公正、民主和上是理想。的確，也有在上帝的幌子下被謀殺的人，審判不公的案件也臭名遠揚，但是，這些理想是千百年來文化的重要產(chǎn)物。數(shù)學也是一樣，盡管它也僅是一種理想。也許細想這一理想將會使我們更加清楚地認識到在任一領(lǐng)域，我們該選擇什么方向才能獲取真理”[4]。

愛因斯坦相信人類的數(shù)學只有一少部分由實在主導(dǎo)。他在《相對論的意義》（1945年）中說道：“觀念的世界看來不能用邏輯的方法從經(jīng)驗中推導(dǎo)出來，而從某種意義上說是人類心智的創(chuàng)造，沒有這種創(chuàng)造就沒有科學。盡管如此，這個觀念的世界程度很小地獨立于我們的經(jīng)驗的本性，正如衣服程度很小地獨立于我們身體的形狀一樣”[2]。對于數(shù)學為什么有效，那些較早世紀與宗教有關(guān)的信念在現(xiàn)代被拋棄了。不過現(xiàn)在我們再回過頭來看著名物理學家詹姆斯•金斯提出的“宇宙似乎是由一位理論數(shù)學家設(shè)計的”這一問題，他認為“基本的事實就是這樣：科學現(xiàn)在給大自然所描繪的圖像（看來只有這些圖像能夠與觀察到的事實一致）是數(shù)學化的圖像……大自然似乎精通純數(shù)學的規(guī)則……不管怎么說這一點幾乎是無可爭辯的：大自然和我們的有意識的數(shù)學心智根據(jù)同樣的規(guī)律來運作。”著名數(shù)學家齊民友先生有力地回答了這一問題，數(shù)學作為人類文化的一個重要部分，既然是科學，它首先關(guān)心的當然還是我們生活于其中的宇宙。數(shù)學的探索意義究竟何在？就在于它對認識宇宙的本性上有重大貢獻。我們不贊成狹隘的近視的看法，認為一切數(shù)學研究都必須有某種具體的目的，或者用現(xiàn)行的說法叫做“有應(yīng)用前景”。其實所謂的“前”可以有完全不同的理解，“眼前”固然是“前”，“前瞻若千年”也是前，區(qū)別在于人類社會在文化和物質(zhì)上的發(fā)展程度。發(fā)展向上的社會，具有更高的文化、科學和物質(zhì)生產(chǎn)水平，同樣也就會更認真地考慮各門科學的前景。但是，從根本上說，如果數(shù)學的研究不能在“認識宇宙”上開花結(jié)果，數(shù)學研究還有多少價值呢！“認識人類自己”其實也還是為了提高人的認識能力，去認識大自然和人類社會，否則數(shù)學也就成為一種宗教式的內(nèi)省了。在這里我們沒有用“改造自然”的說法，因為人與自然究竟應(yīng)該是什么關(guān)系，是不是簡單地按人類的需要來“改造”自然是一個很大的問題，當代科學的發(fā)展使我們懂得了人必須與大自然“和睦相處”。認識宇宙，也認識人類自己其實也還是為了找到正確的相處關(guān)系。我們一再強調(diào)過數(shù)學作為人類文化的一個重要特點，就是極端抽象的、甚至有時被誤解為“毫無意義”、“脫離實際”……的數(shù)學研究，可以根本改變?nèi)藢Υ笞匀缓腿祟愖约旱目捶ǎ踔量梢愿淖內(nèi)祟惿鐣拿婷病Ｈ藗兒茈y回避一個結(jié)論：數(shù)學是人類全部技術(shù)的最重要的基礎(chǔ)[6]。#p#分頁標題#e#

2中國古代的宇宙觀念

在西方文化中，按照數(shù)學模式來解釋世界、構(gòu)造天文理論，從其初始的一種宗教式崇拜，后來演化成上帝用數(shù)學設(shè)計世界。蘊含于其中的數(shù)學理性，最終把西方天文學導(dǎo)入了現(xiàn)代科學的數(shù)學理論框架之中。相反，中國古代天文學空有辛勤準確的觀測記載，而始終未能形成一種明確可遵循的理論體系。例如，哈雷彗星在中國古代天文史上有30多次之多的記載，但中國的天文學家卻從來沒有人想到去構(gòu)造它的運行軌道，結(jié)果這個發(fā)現(xiàn)被18世紀英國的天文學家哈雷獲取。因為哈雷發(fā)現(xiàn)每隔76年出現(xiàn)一次的記載，恰是彗星繞太陽運行的軌道的周期。這個史實足以表明，在經(jīng)驗和知識充分積累之后，如果沒有深層的理性構(gòu)造就必然導(dǎo)致科學停滯不前甚至倒退[7]。中國古代先賢很早就對宇宙問題有過思考，《淮南子•原道訓(xùn)》注：“四方上下曰宇，古往今來曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地萬物的總稱。《莊子•天運》中記載：“天其運乎？地其處乎？日月其爭于所乎？孰主張是？孰維綱是？孰居無事推而行是？意者其有機緘而不得已乎？意者其運轉(zhuǎn)而不能自止邪？云者為雨乎？雨者為云乎？孰隆施是？孰居無事樂而勸是？風起北方，一西一東，有上仿徨。孰噓吸是？孰居無事而披拂是？敢問何故？”華夏民族作為一個古老的農(nóng)耕民族，對天文學非常依賴，很早就注意觀測和記錄各種天象。在殷墟甲骨卜辭中已有了日食、月食的記載。有關(guān)流星、彗星、太陽黑子等異常天象，中國古代也都有記錄。春秋戰(zhàn)國時期，由齊國人甘德和魏國人石申所著的《甘石星經(jīng)》已有115顆恒星的坐標位置。可以說在天文學史上，中國人的經(jīng)驗知識以及觀測記載堪為世界第一。著名的科學史學者李約瑟先生在把中國古代的天文學與其它民族的天文學成果相比較時認為：“中國人在阿拉伯以前，是全世界最堅毅、最精確的天文觀測者。有很長一段時間（約在公元前5世紀到公元10世紀），幾乎只有中國的記事可供利用。現(xiàn)代天文學在許多場合（例如對彗星，特別是對哈雷彗星重復(fù)出現(xiàn)的記載）都曾求助于中國的天象記事，并得到了良好的結(jié)果”[8]。

中國很早就創(chuàng)立了干支記法和二十八宿的獨特測天方法。戰(zhàn)國時代已有五星記載（金木水火土），在漢代時測得更為精密。中國古人把整個天空分成四宮，就像將一個蘋果切成四大塊那樣，而每一部分都有一種象征性的古代動物代表，蒼龍為東方和春，朱雀為南方和夏，白虎為西方和秋，玄武為北方和冬。而緊圍著天帝極星的北拱極區(qū)，按照類似于五行的象征性關(guān)系又被認為是獨立的中央黃宮。而這種五行觀念貫穿在整個中國的自然哲學之中。從遠古以來，中國的赤道（與黃道相對）被分成28份，即每宮七宿，每宿由一特殊的星座標定，從其中某一特定的定標星（距星）起算，因而每一宿所占的赤道范圍又有很大差別。中國古代信守“天人合一”的理念，歷代帝王治國安民，無不求端于天，傳說自三皇五帝開始就有歷法。三統(tǒng)歷、四分歷、乾象歷等所測得五星的度數(shù)以及會合周期的精確度已經(jīng)相當高。根據(jù)天文學家陳遵媯先生統(tǒng)計，中國自古以來歷代的歷法共有104部之多[9]，經(jīng)歷了準備時期、古歷時期、中法時期、中西合法時期和公歷時期五個發(fā)展階段。其中準備時期以《夏小正》歷法為主，古歷時期從春秋到漢武帝期間主要是《顓頊歷》，中法時期從漢武帝開始的《太初歷》和直到明朝的《大經(jīng)歷》，中西合法時期是以明徐光啟主持的《崇禎歷書》和清朝《時憲歷》、《癸卯元歷》為代表，公歷時期是后從1912年開始實施的公歷，也即格里高里歷[10]。

3基于中西文化史的思考

中國最初在天文理論構(gòu)思方面（蓋天說、渾天說）也不遜于西方天文鼻祖托勒密。而且從實際上說，托托勒密構(gòu)造的“地心說”，并不具有比“渾天說”更多的經(jīng)驗支持。有人曾把托勒密的地心說與同時代漢朝天文學家張衡的天文理論作過比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有極大的相似性，依據(jù)張衡的假說所繪制的天文圖與托勒密的地心說天文圖幾乎沒有什么兩樣[11]。遺憾的是張衡并沒有明確提出像托勒密那樣的地心說理論模型。李約瑟曾評價說：“把中國的星表和伊巴谷、托勒密的星表對照來看，是非常有意思的。后者不僅年代較晚，所載的恒星也少三分之一，……周、漢之間中國人在方位天文學方面的工作應(yīng)在科學史上占有遠為重要的地位，這是毫無疑問的。現(xiàn)代世界通用的天球坐標系基本上是中國式的，而不是希臘式的，這一點似乎也值得強調(diào)”[8]。從中西方數(shù)學文化史比較的意義上看，以托勒密為代表的古希臘天文理論模式是以數(shù)學崇拜為基點建立起來的，而中國古代天文理論的構(gòu)思卻是建立在《周易》衍生出來的陰陽五行解釋系統(tǒng)之上的。作為一種理論的構(gòu)思，作為一種理性的追求，中國與古希臘天文理論在數(shù)學理性上的差異，決定了它們未來的發(fā)展前途。哥白尼的日心說雖然早在17世紀30年代就被寫入《崇禎歷書》，但后來還是被否定，在中國人的觀念中唯有地靜說才是公認的觀點。

天文學是離不開數(shù)學的，確定日月星辰的位置，觀察記載它們的運動，尋找季節(jié)變化的規(guī)律都必須以數(shù)學的計算為手段。中國古代的天文學在這種應(yīng)用的層次上當然也是依憑數(shù)學的，尤其是在歷法計算方面，唐代的僧一行運用的插值方法與西方相比非常高超。但是，當涉及整個天文學理論模式構(gòu)造，情況就不一樣了。中國古代天文學的蓋天說、渾天說、宣夜說，實際都是把觀測經(jīng)驗和計算數(shù)據(jù)容納在一個按《周易》思維方式構(gòu)造出的模式之中。有的學者評述時說：“查陰陽五行與天文歷法，有的部分是巧合，有的部分是勉強牽強”[12]。其實巧合也好牽強也好，這些理論構(gòu)造在其當時是有其合理性的，致命的危機潛伏在它未來發(fā)展的可能性上面。劉徽在注釋《九章算術(shù)》序中說：“昔在包犧氏始畫八卦，以通神明之德，以類萬物之情，作九九之術(shù)，以合六爻之變。”顯然，劉徽是在《周易》解釋宇宙萬物的指導(dǎo)下來建立“九九之術(shù)”的。顯然，作為一種理性，中國古代數(shù)學在它構(gòu)成第一本數(shù)學著作時，就成為《易經(jīng)》的“婢女”，而不是像《易經(jīng)》那樣獲得在中國文化中解釋宇宙萬物的地位。齊民友先生曾指出數(shù)學理性精神、數(shù)學探索精神“其實只是西方文化中所表現(xiàn)的人類精神生活的一個側(cè)面。把認識宇宙也認識人類自己作為永恒的主題這只是西方文化的特征；把進行這種理性的探索看成人類最崇高的感情，也只是對西方人而言的。中國人生活在天人合一的至高無上的和諧中，精神生活早已得到滿足，哪說得上要什么思想解放呢”[6]？中國以陰陽五行、《周易》八卦為表象形式，形成中國整體相關(guān)、整體互補的辯證思維方式。并在以農(nóng)耕生存、家庭和血緣關(guān)系為主體的，以倫理道德為主要發(fā)展方向的價值取向中[13]，形成了中華民族文化特定的理性精神，而這種理性精神中不像西方那樣以數(shù)學理性為主導(dǎo)。#p#分頁標題#e#

天文學的起源范文第5篇

“學與玩”號探索飛船穿越時空地回到在西元三千年前的美索不達米亞平原，這里氣候干燥，有壯觀的沙漠風景。頂著烈日，大家掏出提前準備的指南針尋找方向，在路上偶遇了占星學大師—新巴比倫王國的迦勒底人。這位星座大師用手指在沙地上書寫著楔形文字，并畫出了很多星座的圖紋，同學們都興趣十足地傾聽著關(guān)于十二星座的美麗神話，一起和星座大師探討星座的起源和奧秘。

知識小鏈接：

美索不達米亞平原在中東兩河流域，是一片位于底格里斯河及幼發(fā)拉底河之間的沖積平原，現(xiàn)今的伊拉克境內(nèi)，那里是古代四大文明的發(fā)源地之一古巴比倫所在，有高度發(fā)達的文明。

星座文化起源于5000年前的希臘，擁有很多美麗的傳說。星座又稱星群，是指很多恒星圍在一起在天體上投影出不同的形狀和位置。經(jīng)天文學家研究，不同的文明和歷史時期對星座的劃分都不相同，并且每個星座都有不同的形狀、五花八門的象征、以及優(yōu)美浪漫的傳說。

知識小鏈接：

星座是怎么形成的呢·

實際上同一個星座內(nèi)的恒星相互間沒有實際的關(guān)系，不過其在天球上投影的位置相近。自古以來，人對于恒星的排列和形狀很感興趣，并且很自然地把一些位置相近的恒星聯(lián)系起來，組成星座。在黑夜仰望星空時，我們用肉眼也可以看到部分星座的形狀。

正在同學們和星座大師熱烈討論星座話題時，突然光線消失了，周圍一片黑暗。大家發(fā)現(xiàn)金星運行到太陽和地球之間，三者恰好在一條直線上時，金星擋住了部分太陽，這到底是怎么回事呢·

這一罕見的天文奇觀就是“金星凌日”了。這時從地球上可以看到金星就像一個小黑點一樣在太陽表面緩慢移動。同學們親眼目睹“金星凌日”的壯觀天象后，對神奇的天體世界產(chǎn)生了更多好奇與疑問。

知識小鏈接：在科學史上，“金星凌日”曾起到過非常積極的作用。1716年英國著名天文學家哈雷提出了一套利用觀測金星凌日來計算地球與太陽之間距離的方法，從而使人們首次有可能比較精確地獲得太陽系的大小。

揭開12星座的神秘面紗

看完了罕見的天象奇觀，同學們吵著要了解星座知識，于是星座大師娓娓道來……

十二星座是恒星在黃道上的位置，依次為白羊座、金牛座、雙子座、巨蟹座、獅子座、處女座、天秤座、天蝎座、射手座、摩羯座、水瓶座、雙魚座。其中，白羊座、獅子座、射手座是火象星座；摩羯座、金牛座、處女座是土象星座；天枰座、水瓶座、雙子座是風象星座；巨蟹座、天蝎座、雙魚座是水象星座。每一個星座都有其代表的天體和象征。

知識小鏈接：黃道是在一年當中太陽在天球上的視路徑，看起來它是在群星之間移動的路徑，更明確地說，它是球狀的表面(天球)與黃道平面的交集。

白羊座：是火星火紅色的天體，給人勇猛的感覺，故此以戰(zhàn)神阿瑞斯命名，是勇敢的象征。

金牛座：是夏天夜晚出現(xiàn)于銀河西邊的星座，金星是金牛座的守護星，有穩(wěn)重踏實的含義。

雙子座：是快速移動的水星，代表知識、溝通、推理等。

巨蟹座：象征月亮，月亮在行星中變化最大，象征多變的性格。

獅子座：象征太陽，是天象中影響力最大的天體，它是天地萬物的中心，代表活力四射。

處女座：和雙子座一樣依舊是快速移動的水星，有著完美主義的象征。

天秤座：天上金星的迷人天體，故此以愛神維納斯命名，象征愛情與美麗。

天蝎座：守護星冥王星是天上米黃色的天體，給人以神秘智慧的感覺。

射手座：守護星木星被視為幸運星，代表天賦與靈性。

摩羯座：帶著光環(huán)的土星星座，代表堅強磨練的意志。

雙魚座：唯一發(fā)光的土星星座，象征極具創(chuàng)意的夢想家。

知識小鏈接：十二個星座分布在黃道上，所以又稱為黃道十二星，也是宇宙方位的代名詞。每個人的出生年月都有對照的星座位置，所以很多星座專家都進行星座心理學的分析實驗。由此，星座也成為社交娛樂的話題之一。

聆聽星座的命運交響曲

很多同學認識了十二星座后，紛紛向星座大師詢問“星座與命運”的奧秘。星座大師告訴大家星座不但有神奇的天象奇觀，還有很多和同學們生活、學業(yè)、性格部分相關(guān)的趣味奧秘。比如白羊座的人易成富翁、雙子座的女孩較聰明、處女座的人注重打扮、還有金牛座的人喜歡存錢等等。其實，這些星座分析只是現(xiàn)代人們用作娛樂八卦的一種方式。在古代，古人喜歡夜觀星象來判斷人生的兇和吉。當然也有天文學家記錄星象運動，以此來判斷天氣是否下雨或者是是否會出現(xiàn)自然災(zāi)害等。