人类在宇宙中的位置

长久以来,天文学技术的发展已帮助人类回答了许多最宏大的问题。

  400年前,爆炸性的新闻传遍了欧洲,用两个透镜和一跟管子可以魔术般地把远处的东西“拉”到你的跟前。虽然有关望远镜的真正起源目前仍然是扑朔迷离、争议甚多,但是公认的一点是1608年10月荷兰人汉斯・利柏黑(Hans Lipperhey)申请了望远镜的专利。不过他的申请最终被驳回,理由是制造望远镜的技术已经一传十、十传百成了众人皆知的“秘密”。

  然而17个月之后,在一个由意大利数学教授所写的小册子里,他宣称他用自己新设计的望远镜做出了令人惊奇的发现。在书的扉页上,伽里略似乎暗示了“望远镜”是他自己的发明。不过即便如此他也是可原谅的,因为他把一个用于娱乐的玩具变成了一种科学工具。在1609年的12月,伽里略用望远镜看见了月亮表面的环形山。为了纪念这些改变人类文明的天文观测400周年,联合国将2009年定为了“国际天文年”。

人类在宇宙中的位置
[图片说明]:伽里略对月球的观测具有深远的影响。版权:GALLERIA DEGLI UFFIZI FLORENCE/A. DAGLI ORTI。

  到1610年1月,伽里略又进一步发现了木星的四个明亮的“月亮”,而与伽里略同时代的开普勒则把它们称为“卫星”。在那一年底,伽里略又发现了金星类似月亮一样的盈亏,由此证明了金星是围绕太阳转动的行星。

  这些发现的意义无疑是深远的。尽管哥白尼提出“日心说”的《天体运行论》已经出版了将近70年,但是它也仅仅被当作是一种计算行星位置的方法,而非对宇宙的真实物理描述。想象一下住在一个每24个小时转动一周的星球上是多么滑稽的一件事情!如果地球每年绕太阳转动一周的话,那么它又是怎么让月亮紧跟着它的呢?

  让知识界相信日心说是物理实在便成了伽里略的任务。他发现月亮和地球一样,并非是一个光滑的“水晶球”。完美无暇的“上天”就此崩塌。木星看起来丝毫没有困难地就能束缚住它的卫星,而且每个人也都同意木星自身也在运动。那么为什么运动的地球就不能通过无形的“绳索”来“拴”住月球呢?1632年,伽里略将对这些问题的精巧思辨写成了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。虽然这本书没能决定性地证明地球在运动,但却足以让他深陷宗教法庭对他的审判。

宇宙的样子

  2千年前,亚里士多德描述了一个由土、气、火和水组成的宇宙,它们分列于不同的同心球壳上。而教会心目中的宇宙则把地球放在了它的中心,这正好和亚里士多德的观点相符。地球上冒着浓烟和火光的火山则暗示了它下方的地狱之火,而上帝和被神挑选出来已获得救赎的人则远居在苍穹之外。即便是支持哥白尼的英国天文学家托马斯・迪格斯(Thomas Digges),他在1576年出版的一本书(A Perfit Description)中还是为已获得救赎的人在繁星之间设置了壁龛。

  所以教会抵制新的宇宙学也并不出乎意料。不仅仅如此,罗马天主教庭还斥责伽里略这个业余的神学家竟敢厚颜无耻地向他们解释圣经。这已经升级为了一场关于真理的战斗。为此伽里略被关入了罗马的监狱,最终因违反禁令宣扬哥白尼的理论和“异端”而被判有罪,并被终身软禁。

人类在宇宙中的位置  伽里略一直得到了开普勒的帮助,他划时代的著作也发表于1609年。开普勒的《新天文学》一书深度探讨了行星运动的物理原因,这比过去只注重几何描述的天文学家前进了一大步。即使是开普勒的老师和顾问迈克尔・马斯特林(Michael Maestlin)也要求他忘掉物理而专注于几何。但是开普勒相信一个具有物理实在的宇宙,这一点甚至比伽里略主张的日心体系还要更超前一步。

[图片说明]:伽里略的望远镜。版权:AKG-IMAGES。

  然而从哥白尼以来,日心说并不是完美无暇的。哥白尼虽然使用了完全不同的几何来描述行星的运动,但是对于实际情况而言这还不够。按照哥白尼的日心说,行星在一条圆轨道上绕太阳转动。然而为了寻求可能的物理解释,开普勒最终提出椭圆轨道才是行星运动的基本形式。和伽里略用望远镜进行天文观测一起,开普勒对行星运动理论的完善催生出了被广为接受的哥白尼日心体系。

人类在宇宙中的位置
[图片说明]:托马斯・迪格斯的日心宇宙。版权:WELLCOME LIB., LONDON。

  在这之前和之后,天文设备一直是人类探索我们在宇宙中位置的核心。但这绝非是一件容易的事情。第谷曾夸口说,他所进行的天文观测花费了丹麦国王超过一吨的黄金。这在16世纪绝对是一个天文数字,而且第谷的观测仅仅使用了肉眼和象限仪还没有用到望远镜。而今天望远镜的造价可以高达数十亿美元。有人会说这些东西和诗歌一样对于人类的进程具有重要的意义(或者毫无意义)。但是,它们还是像最伟大的诗歌或者是哥特大教堂那样被创造了出来,因为宇宙本身就是任由人类的精神驰骋的地方,因此值得我们花巨大的代价来了解我们所处的这张由时间和空间交织出的大网。

最遥远的距离

  在伽里略的工作和开普勒的完善之后,望远镜在不到200年的时间里便迎来了下一个飞跃。到18世纪末,赫歇尔――一个从音乐家转变而来的天文爱好者,开始了看似不切实际的确定宇宙三维结构的尝试。在这个过程中,他发现了新的行星天王星,由此也使他成为了专业天文学家。作为他那个时代最善于发明创造的天文学家,赫歇尔开启了一条建造大望远镜的道路。最后他借此计数了几十万颗恒星,发现了数百个星团和星云,把人类的视野一下子带入了超越肉眼所能见的更广袤的宇宙中。

  一个世纪之后,得益于在玻璃上镀银和照相技术的发展,天文学进入了崭新的时代。1859年,化学家本生和物理学家基尔霍夫发现通过不同元素在光谱中的不同谱线可以揭开宇宙的化学秘密。与此同时,富有的慈善家也为大型望远镜的建造投入了巨资,由此出现了一系列颠覆人类已有认识的新发现。这其中首当其冲的便是超越了赫歇尔梦想的对银河系大小的认识。人们意识到银河系只不过是宇宙中数百万乃至数十亿光年的范围内彼此远离的众多星系中的一个。

  这一对于宇宙时间和尺度认识的巨大扩充,粉碎了古代以人类为中心的宇宙学。那么这些“躲”在望远镜后面观察整个几近无限的时空连续体的生物对于宇宙而言又有什么样的意义呢?这个有关“存在性”的问题已经争论了几十年,毫无疑问它将驱使我们投入更多纳税人的金钱来进一步地探索我们的宇宙。

  现在,效率比底片高出50倍的电荷耦合器件(CCD)已经取代了照相底片,它能更容易的储存和处理所获得大量数据。同时,用于补偿大气湍流的高速自适应光学系统也使得天文学家们在地面上建造大口径望远镜成为了可能。宇宙中的恒星和星系正在以前所未有的规模被编撰成册。而近年来更是发现了远在太阳系之外的大量行星系统。

  计划于2009年3月发射的美国宇航局的“开普勒”探测器将是第一个专门设计用来寻找太阳系外类地行星的探测器。虽然目前还不能指望和地外文明进行直接的无线电通讯,但是我们还是可以发现其他一些激动人心的信号。分光仪正在被用来探测遥远行星的大气组成,寻找诸如氧这样和生命息息相关的元素。这一系列繁杂的努力只是为了回答下一个提升人类灵魂的简单问题:我们孤独吗?

  国际天文年也许会引发下一波对我们在宇宙中所处位置的认知革命。它能像伽里略和开普勒捍卫日心说那样对社会产生深远的影响吗?只有时间才能告诉我们。

队长 管理员

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