關(guān)于物理——宇宙學(xué)說第1頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

宇宙是廣漠空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。

宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中。千百年來，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時(shí)候、如何形成的。直到今天，科學(xué)家們才確信，宇宙是由大約150億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。

在爆炸發(fā)生之前，宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散出擊，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹冷卻的過程中逐漸形成的。

然而，大爆炸而產(chǎn)生宇宙的理論尚不能確切地解釋，“在所存物質(zhì)和能量聚集在一點(diǎn)上”之前到底存在著什么東西？宇宙的起源“大爆炸理論”是伽莫夫于1946年創(chuàng)建的。第2頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯提出，后經(jīng)亞里士多德、托勒密進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。

托勒密認(rèn)為，地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的圓形軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。其中，行星的運(yùn)動(dòng)要比太陽、月球復(fù)雜些：行星在本輪上運(yùn)動(dòng)，而本輪又沿均輪繞地運(yùn)行。在太陽、月球行星之外，是鑲嵌著所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)天。

地心說是世界上第一個(gè)行星體系模型。盡管它把地球當(dāng)作宇宙中心是錯(cuò)誤的，然而它的歷史功績不應(yīng)抹殺。地心說承認(rèn)地球是“球形”的，并把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這標(biāo)志著人類對宇宙認(rèn)識(shí)的一大進(jìn)步。地心說最重要的成就是運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算行星的運(yùn)行，托勒密還第一次提出“運(yùn)行軌道”的概念，設(shè)計(jì)出了一個(gè)本輪均輪模型。按照這個(gè)模型，人們能夠?qū)π行堑倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量計(jì)算，推測行星所在的位置，這是一個(gè)了不起的創(chuàng)造。在一定時(shí)期里，依據(jù)這個(gè)模型可以在一定程度上正確地預(yù)測天象，因而在生產(chǎn)實(shí)踐中也起過一定的作用。

地心說第3頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

地心說中的本輪均輪模型，畢竟是托勒密根據(jù)有限的觀察資料拼湊出來的，他是通過人為地規(guī)定本輪、均輪的大小及行星運(yùn)行速度，才使這個(gè)模型和實(shí)測結(jié)果取得一致。但是，到了中世紀(jì)后期，隨著觀察儀器的不斷改進(jìn)，行星位置和運(yùn)動(dòng)的測量越來越精確，觀測到的行星實(shí)際位置同這個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果的偏差，就逐漸顯露出來了。

但是，信奉地心說的人們并沒有認(rèn)識(shí)到這是由于地心說本身的錯(cuò)誤造成的，卻用增加本輪的辦法來補(bǔ)救地心說。起初這種辦法還能勉強(qiáng)應(yīng)付，后來小本輪增加到八十多個(gè)，但仍不能滿意地計(jì)算出行星的準(zhǔn)確位置。這不能不使人懷疑地心說的正確性了。到了16世紀(jì)，哥白尼在持H心地動(dòng)觀的古希臘先輩和同時(shí)代學(xué)者的基礎(chǔ)上，終于創(chuàng)立了“日心說”。從此，地心說便逐漸被淘汰了。

錯(cuò)誤的觀點(diǎn)第4頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

日心說，也稱為地動(dòng)說，是關(guān)于天體運(yùn)動(dòng)的和地心說相對立的學(xué)說，它認(rèn)為太陽是宇宙的中心，而不是地球。哥白尼提出的日心說，推翻了長期以來居于統(tǒng)治地位的地心說，實(shí)現(xiàn)了天文學(xué)的根本變革。

1543年，波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時(shí)發(fā)表了一部具有歷史意義的著作——《天體運(yùn)行論》，完整地提出了“日心說”理論。這個(gè)理論體系認(rèn)為，太陽是行星系統(tǒng)的中心，一切行星都繞太陽旋轉(zhuǎn)。地球也是一顆行星，它在上面像陀螺一樣自轉(zhuǎn)，一面又和其他行星一樣圍繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)。

日心說把宇宙的中心從地球挪向太陽，這看上去似乎很簡單，實(shí)際上卻是一項(xiàng)非凡的創(chuàng)舉。哥白尼依據(jù)大量精確的觀測材料，運(yùn)用當(dāng)時(shí)正在發(fā)展中的三角學(xué)的成就，分析了行星、太陽、地球之間的關(guān)系，計(jì)算了行星軌道的相對大小和傾角等，“安排”出一個(gè)比較和諧而有秩序的太陽系。這比起已經(jīng)加到八十余個(gè)圈的地心說，不僅在結(jié)構(gòu)上優(yōu)美和諧得多，而且計(jì)算簡單。更重要的是，哥白尼的計(jì)算與實(shí)際觀測資料能更好地吻合。因此，日心說最終代替了地心說。日心說第5頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五日心說是一個(gè)學(xué)說，在證明地球是圍繞太陽轉(zhuǎn)的同時(shí)，也有錯(cuò)誤：

1.太陽并非宇宙中心，而是太陽系的中心。

2.地球并非是引力的中心。

3.天空中看到的任何運(yùn)動(dòng)，不全是地球運(yùn)動(dòng)引起的。

4.地球和其他行星的運(yùn)行軌道是橢圓而不是圓，不做圓周運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檫@些錯(cuò)誤，所以日心說只能算是學(xué)說，而較地心說，卻相對好一些。因?yàn)樗C明了地球是圍繞太陽進(jìn)行公轉(zhuǎn)。

日心說的錯(cuò)誤點(diǎn)第6頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

在中世紀(jì)的歐洲，托勒密的地心說一直占有統(tǒng)治地位。因?yàn)榈匦恼f符合神權(quán)統(tǒng)治理論的需要，它與基督教會(huì)所渲染的“上帝創(chuàng)造了人，并把人置于宇宙中心”的說法不謀而合。如果有誰懷疑地心說，那就是褻瀆神靈，大逆不道，要受到嚴(yán)厲懲罰。日心說把地球從宇宙中心驅(qū)逐出去，顯然違背了基督教義，為教會(huì)勢力所不容。為了捍衛(wèi)這一學(xué)說，不少仁人志士與黑暗的神權(quán)統(tǒng)治勢力進(jìn)行了前仆后繼地斗爭，付出了血的代價(jià)。意大利思想家布魯諾，為了維護(hù)日心說，最終被教會(huì)用火活活燒死；意大利科學(xué)家伽利略，也因?yàn)橹С秩招恼f而被宗教法庭判處終身監(jiān)禁；開普勒、牛頓等自然科學(xué)家，都為這場斗爭作出過重要貢獻(xiàn)。

尼古拉·哥白尼積極推動(dòng)日心說，作為解釋行星運(yùn)動(dòng)的模型第7頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五日心說（下圖）與地心說（上圖）二者模型之比較第8頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

僅僅是一種學(xué)說，是根據(jù)天文觀測研究后得到的一種設(shè)想。大約在150億年前，宇宙所有的物質(zhì)都高度密集在一點(diǎn)，有著極高的溫度，因而發(fā)生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物質(zhì)開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。大爆炸的整個(gè)過程是復(fù)雜的，現(xiàn)在只能從理論研究的基礎(chǔ)上，描繪過去遠(yuǎn)古的宇宙發(fā)展史。在這150億年中先后誕生了星系團(tuán)、星系、我們的銀河系、恒星、太陽系、行星、衛(wèi)星等?，F(xiàn)在我們看見的和看不見的一切天體和宇宙物質(zhì)，形成了當(dāng)今的宇宙形態(tài)，人類就是在這一宇宙演變中誕生的。宇宙大爆炸第9頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

從1948年伽莫夫建立熱大爆炸的觀念以來，通過幾十年的努力，宇宙學(xué)家們?yōu)槲覀児串嫵鲞@樣一部宇宙歷史：

※大爆炸開始時(shí)，約137億年前，極小體積，極高密度，極高溫度。

※大爆炸前10-43秒，宇宙從量子背景出現(xiàn)。

※

大爆炸前10-35秒，同一場分解為強(qiáng)力、電弱力和引力。

※大爆炸前10-5秒，10萬億度，質(zhì)子和中子形成。

※大爆炸后0.01秒，1000億度，光子、電子、中微子為主，質(zhì)子中子僅占10億分之一，熱平衡態(tài)，體系急劇膨脹，溫度和密度不斷下降。

※大爆炸后0.1秒后，300億度，中子質(zhì)子比從1.0下降到0.61。

※大爆炸后1秒后，100億度，中微子向外逃逸，正負(fù)電子湮沒反應(yīng)出現(xiàn)，核力尚不足束縛中子和質(zhì)子。

※大爆炸后13.8秒后，30億度，氘、氦類穩(wěn)定原子核（化學(xué)元素）形成。

※大爆炸后35分鐘后，3億度，核過程停止，尚不能形成中性原子。

※大爆炸后30萬年后，3000度，化學(xué)結(jié)合作用使中性原子形成，宇宙主要成分為氣態(tài)物質(zhì)，并逐步在自引力作用下凝聚成密度較高的氣體云塊，直至恒星和恒星系統(tǒng)。第10頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

“天圓地方”——古人把天地未分、渾沌初起之狀稱為太極，太極生兩儀，就劃出了陰陽，分出了天地。古人把由眾多星體組成的茫茫宇宙稱為“天”，把立足其間賴以生存的田土稱為“地”，由于日月等天體都是在周而復(fù)始、永無休止地運(yùn)動(dòng)，好似一個(gè)閉合的圓周無始無終；而大地卻靜悄悄地在那里承載著我們，恰如一個(gè)方形的物體靜止穩(wěn)定，于是

“天圓地方”的概念便由此產(chǎn)生。中國對于宇宙起源的看法之一第11頁，共14頁，2023年，2月20日，星期五

“盤古開天地”——在天地開辟之前，宇宙不過是混混沌沌的一團(tuán)氣，里面沒有光，沒有聲音。這時(shí)候，出了一個(gè)盤古氏，用大斧把這一團(tuán)混沌劈了開來。輕的氣往上浮，就成了天；重的氣往下沉，就成了地。以后，天每天高出一丈，地每天加厚一丈，盤古氏本人也每天長高了一丈。這樣過了一萬八