宇宙图像的建立

李子睿

每当我凝视那浩瀚的夜空时，我都会想：天空中都有些什么？我们生活的宇宙是什么样的？或者换句话说，我们生活的宇宙有多大？我经常沉醉在这些问题中不能自拔，我认为这并非宗教或玄学所要研究的问题，而是能让我们更好地了解自身的存在和预测我们未来的问题。接下来，我们将把时间的转盘拨回到过去，随着前人的脚步，接近事实的真相。

1古代中国人的宇宙在汉语中，“宇”表示东南西北上下六个方向，即表示空间。

“宙”表示过去、现在和将来，即表示时间。所以，宇宙含有空间?与时间无限连续之意，这也与现代人们将时间和空间结合起来形成一个叫时空的整体概念相吻合，体现了我国古代人民的智慧。

把宇宙作为一个整体，探讨我们所居住的大地在其中所处的位置，即天与地的关系的理论叫宇宙结构论。在古代中国，天体学说有六家：盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天和安天。其中最主要的是盖天说，它的主要观点是：天在上，地在下，天就像一个半球状的盖子盖在大地上。盖天说也有两种，一种是“天圆地方”，另一种则将方形大地改为拱形大地。可以看出，第二种盖天说已经向正确的方向更进了一步，它最大的成就是肯定了大地是球形的，为以后球形大地的认识奠定了基础。但很快人们发现了它的不足，它不能解释天体的运行，如太阳的东升西落。

很快就有人提出了更为合理的浑天说，汉代天文学家张衡在《浑天仪图注》中对其作了精细的陈述，其大意是说：天球里盛满了水，地球浮在天球的水中。半边在地上，半边在水中，日月星辰附在天壳上，随其表面旋转。整体就是一个鸡蛋而地球就是其中的蛋黄。随着理论的发展，人们开始反对地球浮于水面的说法，取而代之的，人们认为地球浮于气中。浑天说比起盖天说来，无疑要进步许多，就当时的观测天文学来说，也能满足当时人们的要求，但是，作为完整的宇宙结构理论来说，浑天说是远远不够的。

2宇宙观念的初步形成古希腊人起初将大地想象成一只龟上的一片甲板，而龟则站在一个托着一个又一个的龟塔上，这种想法显然有些荒谬，但很快被一个叫毕达哥拉斯的人改变了人们这种观念，他从美学的观念出发，认为一切立体图形中最美的是球形，最早主张天体和我们居住的大地都是球形，这一观念被后人广泛继承并最终证实是正确的。在这之前所叙述的一些观点只是片面的，只是解决了宇宙形态的小部分问题。直到公元前2世纪，托勒密提出了第一个完整的学说———地心说。这一学说认为地球在宇宙的中心，而其它的天体诸如月亮、太阳及其它人们当时所知道的行星都在某种不规则轨道以不同的速度围绕地球旋转。

由于该学说并未对地球位于特殊位置的原因作明确的说明，所以，它一度被教会所利用并且统治了当时人们对宇宙的认识近1000年。

3转机的出现1543年，哥白尼提出来日心说，但因为害怕违反教会的统治，所以他只将自己的理论匿名传播。该学说认为太阳位于宇宙的中心而地球则是一颗沿圆形轨道绕太阳公转的普通行星。

直到这时，人们才普遍意识到地球是围绕太阳公转的行星之一，而包括地球在内的八大行星构成了一个围绕太阳旋转的天体系统—太阳系。日心说相较于地心说有一个巨大的优势：在行星轨道方面，日心说比地心说简单得多，这样人们研究行星运动时也方便了不少，所以后来人们普遍接受了日心说，但人们还是苦于行星为什么这么运动？

开普勒在实际观测中发展了哥白尼的学说，即所有行星都在椭圆轨道上运行，而不是圆形轨道虽然他在得到这个结论后也认为这是一个瑕疵，但事实就是如此，人们也因行星为何这样运动感到更加苦恼。

4牛顿的宇宙“‘让他去吧’。上帝说，于是世界充满了光明。”牛顿诞生了，他为整个世界带来了光明。他提出了万有引力定律，并发展了计算它所需要的数学—微积分，更为重要的是他深刻的揭示了行星围绕太阳运动的力学原因，使得日心说有了更稳固的理论基础。自此，人类对宇宙认识的进程开始飞速发展起来。

1785年，人们在引力定律的支持下，结合观测结果首次绘制出一幅扁而平、轮廓参差、太阳居中的银河系结构图，从而奠定了银河系概念的基础。在此后的半个世纪里，沙普利发现太阳并不位于银河系的中心，奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，随着研究的深入，银河系的直径和厚度也被人们所测定。自此，科学银河系的概念最终确立。

5时代的变革太阳系、银河系的概念虽然已经相继建立，但是宇宙就这么完结了吗？银河系之外还存在些什么？18世纪中叶，康德给出了答案，在整个宇宙中，存在无数个像我们这样的天体系统（指银河系），而且他还指出那些被观测到的呈云雾状的“星云”很可能就是这样的天体系统。此后人们又经历了170多年的艰难探索，直到1924年，哈勃才用造父视差法测定了仙女座星云的距离，这才确定了河外星系的存在。在这一个多世纪里，人们都是通过观测来一步一步推测我们的宇宙的。虽然取得了丰硕的成果，但这对揭开宇宙的最终面纱来说还远远不够，宇宙真的没有规律可循了吗？

1917年爱因斯坦创立了广义相对论并建立了一个静态、有限、无界的宇宙模型，该模型奠定了现代宇宙学的基础，同时这也是人类向更深认识宇宙迈开的重要一步。爱因斯坦在处理他的方程时发现宇宙有膨胀的倾向，但由于当时他始终坚信静态宇宙的观念，所以他的方程中加入了宇宙常数，以此来抵消宇宙的膨胀。但是有一个人不这么认为，弗里德曼根据爱因斯坦的场方程得到的宇宙却不是静态的，而是可以膨胀的，或者是可以振荡的。之后，哈勃的观测证实了弗里德曼的猜测，大多数星系都呈现红移，即几乎所有的行星都在远离我们，这为膨胀宇宙模型提供了有力的事实依据。伽莫夫也在此基础上提出了大爆炸的模型，即我们的宇宙大约是在150亿年前由一个非常小的点爆炸产生的。这一学说认为，宇宙诞生初期，温度非常高，随着宇宙的膨胀，中子、质子、电子产生了。此后，这些基本粒子就形成了各种元素，这些物质微粒相互吸引、融合，形成了越来越大的团块，这些团块又逐渐演化为星系、恒星、行星，在个别的天体上还出现了生命现象，能够认宇宙的人类最终诞生了。

1980年，美国学者古斯对大爆炸宇宙模型做了进一步的完善与补充，并将完善后的理论定为暴涨理论，该理论认为我们的宇宙诞生后10～36秒时经历了1个暴涨阶段。这一理论可以解释大多数观测的事实，其中就包含对宇宙微景辐射的解释。

终于，一个有层次结构、物质形态多样、不断运动发展的宇宙在人们心中建立。但故事还没有完结，因为还有一些问题有待解决，如宇宙初始状态的问题，所以作为新时代的青年，我们有责任去踏着前人的脚步不断探索，借用霍金先生的话说：如果我们对此找到了答案，那将是人类精神的最终胜利———因为那时我们知道了上帝的精神。

指导教师：田文艳张仁义