人类是怎样逐步认识宇宙的？

 

　　

 

人对宇宙的认识过程是一个不断提高和逐步深入的过程，它随着事物的发展而无限地发展着。

 

在我国、巴比伦、埃及等古代文化发达的国家里，早在四、五千年之前，天文学已开始发展了。为了定季节、定时间、定方向，以便不误农时、认识道路和确定河流泛滥日期等，从事游牧业和农业的人们早就在观测日月星辰在天空的位置和它们的运动。

 

在长时期的观测实践中，人们建立了很多正确的概念。至迟在汉代，我国就已经知道月光只是日光的反射，月食是地球遮住了太阳光的结果；很早就有地球是在转动着的精辟见解；公元前六世纪，希腊的科学家已经知道大地是个球体，并提出了证据。

 

可是，这些正确的见解没有得到应有的重视。在相当长的一个历史时期里，多数人还只是依据日月星辰东升西落的表面现象，一直错认为它们都绕着地球转动，而没有深入到事物的本质中去。这就是在四百年前所谓的“地球中心说”；它在当时占着统治的地位，严重地束缚着人们的思想。这个学说在公元二世纪中由埃及天文学家托勒玫提出，他认为地球是宇宙的中心，其余的天体都绕着地球转。在社会生产力低下和科学不发达的时代，人们往往只看到各种现象之间的外部联系，由于缺乏深刻的概念，还不能作出正确的结论。这是可以理解的。但由于这个学说符合《圣经》上的“上帝创造一切都是为了人类”的思想，所以它得到占统治地位的罗马教廷的支持和宣扬，谁要反对这个学说，就会受到残酷的迫害。自然科学本身是没有阶级性的，但是，反动统治阶级往往利用它来维持它们的反动统治，巩固其反动的特权地位。从这里又可以看到，自然科学的发展在当时受到了阻碍，天文学也是如此。在欧洲，在被称为“黑暗时代”（约一千多年）的漫长的年代里，天文学几乎没有什么进展。

 

“太阳中心说”的建立

 

由于生产的需要，“在中世纪的漫长黑夜之后，科学以梦想不到的力量一下子重新兴起，并且以神奇的速度发展起来，……”（恩格斯《自然辩证法》）

 

天文学在十五、六世纪也得到了前所未有的发展。在感性知识积累得越来越多之后，人们认识上的飞跃的时机成熟了。

 

在前人无数次实验的基础上，十六世纪中叶，波兰科学家哥白尼通过自己的观测实践，提出了“太阳中心说”，认为地球只是一个绕着太阳旋转的普通行星，而并不象统治阶级所极力主张的那样处于宇宙空间的特殊地位。哥白尼第一次给予地球在宇宙间地位以本来面目。

 

太阳中心说掀起了宇宙观的革命，但它很快就受到了歧视和压抑，统治阶级在很长一个时期里把它当作“毒草”，视为异端而加以迫害。著名科学家伽利略为之受到教廷的审讯，而杰出的思想家布鲁诺为之贡献了自己的生命。只是在经过了长期的斗争，经受住了实践的检验，这个正确反映客观事物的学说才最后取得胜利。其间，十七世纪初，由于望远镜的发明和用来观测天体，新的天文发现（木星有卫星，金星有盈亏现象等），给了哥白尼学说以重要检验和有力的支持。

 

人们不但要知道地球和五大行星（水、金、火、木、土）一起围绕着太阳旋转，还想了解这种运动是怎么样的一种运动。如行星在天空中的行径使人迷惑不解，为什么它们一段时期向东移动，而另一段时期则向西移动呢？哥白尼没能正确地解释这个问题。

 

显然，认识还有待于深化，在这方面获得杰出成绩的是德国科学家克普勒。他好多年孜孜不倦地分析第一手观测资料，终于在一六○九年和一六一九年先后提出行星运动的三个定律。这些定律客观地说明了行星绕太阳旋转的轨道是椭圆形的，太阳在椭圆的两个焦点中的一个上面，当行星离太阳近时，速度就快，离得远时，速度就慢，而且转一圈的时间和它离太阳的距离有一定的关系。行星运动定律不仅肯定了哥白尼学说的正确性，而且又把它提高了一步。它能很好地解释行星在天空中的使人迷惑的行径：由于行星绕太阳转的速度各不相同，从运动着的地球上看其它行星，看到的只是行星的相对运动，就必然会产生一段时期行星向东移动（顺行）、另一段时期向西移动（逆行）的现象。

 

天体力学的诞生

 

克普勒所描绘的太阳系面貌比哥白尼前进了一步，但他并没有说明为什么行星必须是这样绕着太阳转。这需要从力学的角度来考察，可是，这时力学正处于发展的初期阶段，已有的力学知识无法解决这样复杂的问题。只是到了十七世纪八十年代，英国科学家牛顿在前人的成果上提出了万有引力定律之后，这才解决了原来行星运动定律只是万有引力定律的自然结果。

 

已上升到理性认识的万有引力定律，同样也必须再回到实践中去。

 

就在万有引力发表的时候，科学家哈雷根据万有引力的计算，说明彗星一旦来到太阳和地球附近而被我们看到之后，有些隔了一定时期还会再度回归。他大胆预言，一六八二年出现的那颗彗星将在一七五九年重新看到。届时，彗星果然出现了。这说明在一定的范围里面，万有引力是客观事物的反映。

 

牛顿为天体力学奠定了基础。它的进一步完善有待于十八世纪末、十九世纪上半叶的一系列数学家的努力。

 

在人类认识宇宙的过程中，特别值得一提的是太阳系新行星――海王星的发现。一七八一年发现了太阳系第七大行星――天王星之后，它的实际观测位置和计算位置老是符合不起来。是观测中的误差呢？还是在计算时有未知的因素未考虑进去？如果是后者，这因素又是什么呢？有一种想法是天王星外面还有一颗尚未被发现的行星在影响着它。两个天文学家根据已有的天体力学知识，分别而几乎同时算得海王星的存在。果然，新行星就在距离计算位置不到一度的地方找到，误差是很小的。海王星的发现，是天体力学的巨大胜利。这说明了随着事物的发展和科学技术的发展，人们对宇宙的认识在逐步深化和发展着。

 

人们对周围世界的认识随着事物的发展而发展的例子，可举出一种叫“新星”的星。新星原先不过是一颗亮度很微弱而不被人们注意的星，但由于某种还没有完全弄清的原因，它会在极短的时间内发生猛然爆炸（如一、二天），亮度增加数万甚至数十万倍。新星的出现使人们有了新的认识，对新星的观测使我们有可能随着物质的这类质变，在探索和认识客观世界发展规律的道路上迈进一步。

 

天体物理学

 

一直到十八世纪，人们主要只是定性地认识天体之间的关系，而对于各种天体的大小、质量、彼此的距离等，不是知道得很少，便是知道得很不准确。

 

关于离我们最近的天体――月球的距离，十八世纪中叶才得到比较精确的结果。对我们居住的行星――地球的大小来说，也是直到这时才有比较准确的了解；在这以前，认为不可能测量的地球质量，也有了较为满意的结果。特别是对于太阳距离的测定更为重要，这个在天文学中作为长度单位来使用的数值，在十八世纪之前，早就有人试图加以测定，但最精确的测量和最令人满意的结果是在十八世纪七十年代的两次金星凌日时获得的。

 

所有这些结果都离不开日趋精密的观测仪器和测量仪器。正是运用这些仪器所进行的观测实践和科学实验，使人们对于宇宙的认识发展到一个新的阶段。

 

更明显的例子是关于恒星距离的测量。恒星都是遥远的太阳的思想很早就有了，但这种理性认识长时期找不到实验的证据。很多科学家都测量过遥远天体的距离，但都以失败告终。到十九世纪中叶，测量恒星距离的条件才成熟，德国的白塞耳、俄国的斯特罗维、英国的汉德逊先后分别测量得三颗恒星的距离，发现它们都要比太阳远上好几十万倍，甚至百万倍以上。

 

事物的发展是无限的。我们今天还不知道的东西，明天、后天一定会知道，而宇宙间根本没有什么不可知的东西。但是，就在恒星距离刚测量得之后不久，法国唯心主义哲学家孔德就武断地宣称：人类永远也无法知道这些遥远天体的化学成分。

 

事实是最好的回答。仅仅过了十多年，由于光谱分析方法的发现和在天文学领域中的广泛应用，不仅使这个不可知论的观点彻底破产，更重要的是它从此成为深入认识宇宙的强有力武器。

 

凭借光谱分析方法以及照相术等新技术的运用，天文学的一个新分支从十九世纪中叶起很快地发展起来了，这就是天体物理学。

 

光谱分析方法已经为我们揭开了天体的许多秘密：大小、距离、温度、压力、质量、密度、磁场、化学组成、元素的丰富度、自转速度、在视线方向上的速度，等等。可想而知，在十九世纪中叶以前，天文学家对于天体的本质知道得实在是非常可怜，而现有的各种知识几乎都是在最近一个世纪中逐步积累起来的。

 

现代天文学的发展

 

天文学的发展离不开越来越强大的科学实验装备。大型光学望远镜的制造成功，以及各种特殊用途的光学观测仪器的先后出现，为天文学家进行科学实验创造了良好的前提。电子学技术、无线电技术、雷达技术、电子计算机、自动化技术等新技术在天文学领域中越来越广泛地被应用，而每一种新技术的运用，都加深了我们对客观物质世界的认识。譬如用专门的雷达装置来观测流星，不仅可以很容易地决定流星的速度，而且可以加深我们对高层大气情况的了解。流星经过地方的气体分子被电离后称为流星余迹，利用这种余迹对无线电波的反射作用，可迅速得知该层大气的风向等等。再加上火箭、高空气球、人造卫星等新的观测工具，科学家有可能不是被动地而是主动地对自己要研究的天体进行科学实验。利用火箭把实验仪器主动地送到月亮附近，让它对准我们从未看见而很想了解的月球背面进行照相，从而揭开了月球背面的疑谜，就是一个明显的例子。

 

强有力的理论工具，也是天文学家的得力助手，象原子物理学、原子核物理学、量子力学，以及数学中的一些分支，在很大程度上促进了天文学的发展。借以建立的理论天体物理学，已有可能对遥远天体的内部进行探讨和研究；反过来，天文学的每一个新进展，也有助于其它科学更快地发展起来。

 

二十世纪天文学发展的主要特点之一，是射电天文学的建立。科学家对宇宙认识的深化，由于有了新的实验工具――射电望远镜等，而有所提高。多少年来科学家只是通过大气的光学“窗口”窥探宇宙的现状得到了改变，现在有了第二个“窗口”――无线电“窗口”。这个天文学新分支的建立虽则只有短短数十年的时间，但已解决了一些以前光学天文学所未能解决的问题。所有天体几乎都发射出各种不同波长的无线电波，以月亮为例，过去我们只知道月球表面的温度变化很剧烈，而射电天文学告诉我们，只在月球表面下面几米深的地方，温度的变化就很小，这说明月球表面覆盖物的导热率是很小的。

 

可见，从发明望远镜算起，仅仅几百年的时间，我们对宇宙间天体的认识已经提高了不知多少倍，但这绝没有到头。事物的发展是永恒的，我们的认识也会随着时间而无限地深入和提高。现在，光学望远镜可以观测到半径达四五十亿光年

 

（一光年约等于十万万万公里）的宇宙空间，射电望远镜的观测范围还要更大些。在大规模的科学实验过程中，随着客观世界的发展，我们遵循着认识事物的客观规律，“实践、认识、再实践、再认识，这种形式，循环往复以至无穷，而实践和认识之每一循环的内容，都比较地进到了高一级的程度”（《实践论》），越来越深入地认识我们周围的物质世界。