解析宇宙學(xué)導(dǎo)論 第一章 引 言 首先回顧一下中國探索宇宙的歷史背景。 在探索宇宙的歷程中,,中國經(jīng)歷了蓋天說,、渾天說、宣夜說三個階段,。 蓋天說(周初時期),,中國古代最早的一種宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為,,天是圓形的,,像一把張開的大傘覆蓋在地上,地是方形的,,像一個棋盤,,日月星辰則像爬蟲一樣過往天空,因此,,該學(xué)說又被稱之為“天圓地方說”,。遺憾的是,蓋天說沒有留下太多成果(大都失傳),,也沒有顯著的代表人物,,只是《周髀算經(jīng)》中有較多記載。 渾天說(戰(zhàn)國時期),,中國古代的一種宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說,。該學(xué)說認(rèn)為,天不是一個半球形,,而是一整個圓球,,地球在其中,就如雞蛋黃在雞蛋內(nèi)部一樣,。渾天說的思想源于屈原,,代表人物有張衡,主要成果有渾天儀,。 渾天說提出后,,并未能立即取代蓋天說,而是兩家各執(zhí)一端,,爭論不休,。但是,,在宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識上,渾天說顯然要比蓋天說進(jìn)步得多,,能更好地解釋許多天象,,并且出現(xiàn)了當(dāng)時最先進(jìn)的觀天儀——渾儀,。有了渾儀,,渾天家們就可以借助于它幫助理解精確的觀測事實,從而來論證渾天說,。在中國古代,,依據(jù)這些觀測事實制定了歷法,并達(dá)到相當(dāng)?shù)木?,這是蓋天說所無法比擬的,。另一方面就是渾象,利用它可以形象地演示天體的運(yùn)行,,使人們不得不折服于渾天說的卓越思想,,因此,渾天說逐漸取得了優(yōu)勢地位,。到了唐代,,天文學(xué)家一行等人通過天地測試徹底否定了蓋天說,使渾天說在中國古代天文領(lǐng)域稱雄了上千年,。 宣夜說(戰(zhàn)國時期),,中國古代的一種宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為,,天了無質(zhì),,它否認(rèn)了有形質(zhì)的天,包孕著無限宇宙的思想,。它不僅認(rèn)為宇宙在空間上是無邊無際的,,而且還進(jìn)一步提出宇宙在時間上也是無始無終的、無限的思想,。從科學(xué)規(guī)律上來講,,宣夜說仍比蓋天說和渾天說都進(jìn)步的多。它在人類認(rèn)知史上寫下了光輝的一頁,。遺憾的是,,宣夜說的卓越思想,在中國古代沒有受到重視,,幾至失傳,。也許,杞人憂天這個成語故事能說明宣夜說不能盛行的原因吧,。 其次回顧一下人類探索宇宙的歷史背景,。 在認(rèn)識宇宙的歷史長河中,,人類經(jīng)歷了地心說、日心說,、大爆炸三個階段,。 地心說,或稱天動說,,是古人認(rèn)為地球是宇宙的中心,,而其他的星球都環(huán)繞著她而運(yùn)行的一種學(xué)說。 地心說是古希臘著名天文學(xué)家托勒密于公元140年正式提出的,,它的要點是:地球位于宇宙的中央靜止不動,,行星、月亮,、太陽和恒星等每天都繞地球自東向西轉(zhuǎn)一周,。 托勒密的地心說不是一個定性的和描述性的認(rèn)知體系,而是一個定量的和可以預(yù)報行星未來位置的認(rèn)知體系,,這在1800多年前的人們只能憑肉眼觀測宇宙的當(dāng)時可說是最先進(jìn)最科學(xué)的宇宙認(rèn)知體系,,以至于雖然在科學(xué)上是錯位的,但在天文界也統(tǒng)治了約1500年,。 日心說,,或稱地動說,是波蘭天文學(xué)家哥白尼在16世紀(jì)30年代后期建立的宇宙認(rèn)知體系,,它的基本思想剛好與地心說相反,,認(rèn)為太陽是宇宙的中心,而包括地球在內(nèi)的行星等天體都是環(huán)繞太陽運(yùn)行,。 哥白尼的日心說是一個定量的宇宙認(rèn)知體系,,其出自于哥白尼之手的科學(xué)巨著《天體運(yùn)行論》描繪出一幅宇宙總體結(jié)構(gòu)示意圖,即中心為靜止不動的太陽,,最外層天球上的天體為恒星,,恒星之意就是安然不動的天體,而天球與太陽之間的天體就是行星,。雖然把太陽看做宇宙的中心也是不對的,,而且基于該模型對行星運(yùn)動的預(yù)測也不太準(zhǔn),但在地心說根深蒂固的那個年代,,哥白尼的日心說無疑是對傳統(tǒng)的錯誤觀念的一場偉大革命,。哥白尼的日心說導(dǎo)致了人類認(rèn)知宇宙的一次巨大飛躍。哥白尼的日心說的宇宙認(rèn)知體系奠定了近代天文學(xué)的基石,,使天文學(xué)首先跨入了近代科學(xué)的大門,。哥白尼不愧堪稱為近代天文學(xué)的奠基人。 大爆炸宇宙學(xué)說是宇宙起源假說之一:起初,,宇宙很小,,幾乎只有不足原子核大小的一個點,,人們稱之為“奇點”,但其中包含極大的熱能量,,直到最后奇點中容納不下這樣的熱量,,發(fā)生了大爆炸,通過大爆炸的能量形成了一些基本粒子,,這些粒子在能量的作用下,,逐漸形成了宇宙中的各種物質(zhì)、能源,、空間及時間,,也就是說,,宇宙的一切來源于宇宙“奇點”的一場大爆炸災(zāi)難,。至此,大爆炸宇宙模型成為最有說服力的宇宙圖景理論,。然而,,至今宇宙大爆炸理論仍然缺乏大量實驗的支持,而且人們根本就不知曉宇宙開始爆炸和爆炸前的圖景,。 宇宙大爆炸理論吻合了許多宇宙觀測現(xiàn)象,,它的代表人物主要是哈勃、勒梅特,、伽莫夫,、愛因斯坦、霍金等等,。 宇宙大爆炸理論是現(xiàn)代宇宙學(xué)的一個主要流派,,它能較滿意地解釋宇宙學(xué)的一些根本問題。宇宙大爆炸理論雖然在20世紀(jì)40年代才提出,,但20年代以來就有了萌芽,。20年代時,若干天文學(xué)者均觀測到,,許多河外星系的光譜線與地球上同種元素的譜線相比,,都有波長變化,即紅移現(xiàn)象,。 1929年,,美國天文學(xué)家哈勃總結(jié)出星系譜線紅移星與星系同地球之間的距離成正比的規(guī)律,這就是著名的哈勃定律,。依據(jù)該定律,,如果將譜線紅移視為多普勒效果產(chǎn)生的結(jié)果,那就意味著河外星系都在離開我們向遠(yuǎn)方退行,,而且距離越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離我們的速度越快,,這就描繪出一幅宇宙膨脹的情景,。 1932年,勒梅特首次提出了現(xiàn)代宇宙大爆炸理論,。該理論認(rèn)為,,整個宇宙最初聚集在一個“原始原子”中,后來發(fā)生了大爆炸,,碎片向四面八方散開,,形成了我們的宇宙。美籍俄國天體物理學(xué)家伽莫夫第一次將廣義相對論融入到宇宙理論中,,提出了熱大爆炸宇宙學(xué)模型,。該理論認(rèn)為,宇宙開始于高溫,、高密度的原始物質(zhì),,最初的溫度超過幾十億度,隨著溫度的繼續(xù)下降,,宇宙開始膨脹,。 20世紀(jì)40年代,美國天體物理學(xué)家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理論,。該理論認(rèn)為,,宇宙在遙遠(yuǎn)的過去曾處于一種極度高溫和極大密度的狀態(tài),這種狀態(tài)被形象地稱為“原始火球”,。所謂原始火球也就是一個無限小的點,,就是人們常說的“奇點”。現(xiàn)在的宇宙仍會繼續(xù)膨脹,,也就是無限大,,有可能宇宙爆炸的能量散發(fā)到極限的時候,宇宙又會變成一個原始火焰即無限小的點以后,,火球爆炸,,宇宙就開始膨脹,物質(zhì)密度逐漸變稀,,溫度也逐漸降低,,直到今天的狀態(tài)。這個理論能自然地說明河外天體的譜線紅移現(xiàn)象,,也能圓滿地解釋許多天體物理學(xué)問題,。直到50年代,人們才開始廣泛注意這個理論,。 20世紀(jì)60年代,,彭齊亞斯和威爾遜偶然發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸理論的新的有力證據(jù),他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射,后來他們證實宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸時留下的遺跡,,從而為宇宙大爆炸理論提供了重要的依據(jù),。他們也因此獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎。 然而,,自哈勃發(fā)現(xiàn)哈勃定律的1929年的時隔70年后的1998年,,超新星宇宙學(xué)項目(Supernova Cosmology Project—SCP)和高紅移超新星巡天組(High-z Supernova Search Team—HZSST)的觀測宇宙學(xué)家Perlmutter和Riess等宣稱發(fā)現(xiàn)宇宙不是減速膨脹而是加速膨脹,這一宇宙正在加速膨脹觀測現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)在天文學(xué)界引起很大震動,,說明自哈勃1929年發(fā)現(xiàn)哈勃定律至1998年的70年期間,,人們所相信的大爆炸宇宙在引力作用下的減速膨脹存在問題,而如何解決這一問題就成為了擺在人類面前的巨大難題,。然而解決這個巨大難題的路只有兩條,,其一,繼續(xù)沿著認(rèn)知了近1個世紀(jì)的大爆炸宇宙學(xué)說前進(jìn),,其二,,從新審視哈勃定律。 自1998年發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹至今也就是10來年的今天,,人們已經(jīng)看到,,如果繼續(xù)沿著認(rèn)知了近1個世紀(jì)的大爆炸宇宙學(xué)說這第一條路前進(jìn),,那么勢必要假設(shè)宇宙中存在斥力,,而斥力引入的結(jié)果自然就想到是暗能量和暗物質(zhì)在作怪,而暗能量和暗物質(zhì)又是人們即看不見又莫不著的存在,,可以說這些暗能量和暗物質(zhì)假設(shè)的存在是人類自己為自己制造的21世紀(jì)的兩朵宇宙“烏云”,,并且這兩朵“烏云”不但始終解決不了宇宙大爆炸的“奇點”問題,而且還為人類制造了一系列邏輯上,、科學(xué)上,、數(shù)學(xué)上、哲學(xué)上的混亂,。 回頭再望望第二條路,,這是中國宇宙學(xué)家周堅于2009年嘗試的這第二條探索之路,他從新審視哈勃定律,。誰能想到,,這一嘗試,竟然在基于宇宙正在加速膨脹的觀測基礎(chǔ)之上發(fā)現(xiàn)的包容哈勃定律的周堅紅移定律,,從此,,撥亂反正,基于周堅紅移定律的應(yīng)用創(chuàng)立了用代數(shù)解宇宙的《解析宇宙學(xué)》,,使人們認(rèn)識宇宙進(jìn)入到解代數(shù)方程的時代,,這是數(shù)學(xué)宇宙的時代,是人類步入真正科學(xué)的宇宙認(rèn)知時代。至此,,作為《解析宇宙學(xué)》的創(chuàng)始人完全有理由問心無愧而無比自豪地大聲說:我,!周堅!中國理論宇宙學(xué)家為人類正確認(rèn)知宇宙做出了應(yīng)有貢獻(xiàn),!
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