宇宙是什麼? 解謎大接力
2008/11/17
「我們真的在動。」伽利略被宗教異端法庭審判定罪,被迫放棄學說時,說了這一句話,在仍堅信地球為宇宙中心的時代,可說是驚世駭俗。 由國科會主辦,台灣大學物理系及天文物理研究所協辦,聯合報、公共電視、科學人雜誌、NEWS98合辦2008秋季展望演講,第五場由淡江大學物理系教授秦一男主講,講題為「我們處於宇宙的中心嗎?人類宇宙觀的演化」,帶領聽眾認識從古到今,從東到西,隨著科學發展而演化的宇宙觀。 三派學說解釋「天」 中國古代正式有天文觀測紀錄,留下完整的紀錄,首推就是司馬遷,大家看到太史令司馬遷,以為他是個歷史學家,其實他是個天文學家。秦一男說,大家常把太史令翻成國史館館長,其實是皇家天文台台長。 古代中國天文官要做些什麼事:「日月運行,曆示吉凶。」藉由太陽和月亮的運行來編列,不是初一、十五,什麼時候立冬該進補,何時冬至該吃湯圓,而還要告訴我們什麼是好日子,什麼是壞日子。 要了解中國古代的宇宙觀,秦一男說,晉書天文志曾記載,古代有三派學說討論天的結構,分別是蓋天說、宣夜說、渾天說,後來流傳下來的只有渾天說。 他解釋,但因中國古代致力發展天文為服務業,這些學說並沒有進一步發展。 再看看西方的宇宙觀,一直以地心說為主流,十五世紀時,哥白尼寫了名著「天體運行論」。揭諸了現代日心說的理論,點出地球並非宇宙中心,恆星的周日運動來自於地球公轉,太陽的周年運動來自地球公轉。 秦一男說,在望遠鏡未發明前,用肉眼觀測精度最高的就是帝谷(Tycho Brahe)。他測量了恆星,甚至行星的位置,還是不相信地球在動,又不能解釋其他看到的現象,就把地球放在宇宙中心,太陽月亮繞地球轉,然後其他五顆行星繞著太陽。 德國天文學家克卜勒後來當帝谷的助手,帝谷要他觀測火星,沒想到卻讓他發了,並提出克卜勒提出著名的行星三大定律:一、行星以橢圓軌道,繞著太陽公轉,太陽位在其中一個焦點上面。二、行星繞著太陽公轉,離太陽遠時走得慢,離太陽近時走得快,每單位時間掃過的面積是一樣的。三、周期的平方與半徑的三次方成正比。 望遠鏡發明後,天文學的發展又進入另一個階段。英國人Thomas Harriot也做了望遠鏡,並拿來觀測月亮,他可能才是第一個拿望遠鏡觀測天空的人,而不是伽利略。但秦一男認為,跟伽利略最不一樣地方,就是Harriot寫的東西都放在家裡,對科學發展幾乎是沒有貢獻,可以把「第一」放在他身上,但不代表有用,因為他沒有跟其他人互動。 愛情之母仿戴安娜 伽利略自己很會做望遠鏡,也用望遠鏡觀測到許多現象。他是第一個用望遠鏡看到金星圓虧變化的人。 當伽利略發現金星圓虧變化時,他想告訴人家,但又怕是看錯了,以後會被嘲笑,只在給克卜勒的信中寫了句:「我徒然閱讀了這些未成熟的東西」。這句話重新排列後才是他想說的:「愛情的母親仿效戴安娜。」 愛神是丘比特,他的媽媽是維納斯,也就是金星;戴安娜是月神,結果維納斯偷學戴安娜,意指月亮有圓缺,金星也有,拐彎抹角到一個地步。 秦一男說,古人不相信日心說還有一個原因,如果真的太陽是宇宙中心,地球和其他五顆行星繞著太陽公轉,為什麼別的行星沒有衛星,但地球帶了一個拖油瓶,就是月球。而伽利略又靠著觀測發現了木星的衛星,說明了衛星並非地球特有的現象。 這一連串的觀測證據在在顯示,地心說是無法解釋我們所見的自然現象。 日心說、地心說吵完了,太陽是中心,但太陽真的是宇宙的中心嗎? 怎麼知道太陽是不是宇宙中心,秦一男說,天文學家Shapely想到數球狀星團的方法,估計出銀河系大小是30萬光年;雖然現在知道直徑只有10萬光年,錯得很離譜,但沒關係,起碼知道我們不是在銀河的中心上面。 不是靜態正在膨脹 愛因斯坦在1915年提出廣義相對論,預測宇宙不可能是靜態的,會因為質量彼此間引力收縮,消滅不見。為了解釋當時大家認知的靜態宇宙,愛因斯坦引進「宇宙學常數」。1923年,他知道「宇宙學常數」是錯誤的。 20年代,哈柏透過宇宙紅位移的觀測,發現遙遠的星系都在遠離,確認宇宙正在膨脹。 進入21世紀,發現宇宙間物質佔4%,有23%是不發光的黑暗物質,其他73%是什麼?這些東西是最後答案嗎? 奏一男說,隨著人類觀測的進步,看的世界愈來愈大,才發現地球繞太陽,後來發現銀河系結構,又發現我們繞著銀河系在公轉,銀河系也不是唯一的星系。就像伽利略所說的,「我們是真的在動。」
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