| 查看: 334 | 回复: 0 | ||
| 当前主题已经存档。 | ||
[资源]
【交流】天文学发展浅说
|
||
|
近几年来，人们对天文学的兴趣越来越浓，特别是自广义相对论被人们认可，发展，并在宇宙学中的广泛应用，更是促使越来越多的学者投入到这方面的工作。虽然说现代宇宙学发展越来越快，当然，这方面的知识也是非常有趣的，但在这里我要强调一下古代天文学知识的重要性，而且这对于现代宇宙学的发展有极大的帮助。其实古代科学知识对于现代科学发展的影响的例子是很多的，如：地球自转，地球与其他的行星均围绕处于宇宙中心的太阳运动这些所谓的哥白尼学说早在2000多年前的毕达哥拉斯学派就提出来了；牛顿关于宇宙的第一推动（即神如何使宇宙体系运作）的思想也深受柏拉图的影响；道尔顿的原子论是吸收德谟克利特的思想；爱因斯坦关于广义相对论的哲学思想有很大程度上复活了莱布尼兹的宇宙哲学思想；1939年奥本海默提出的黑洞早就在米歇尔和拉普拉斯著作中就出现过（虽然两种黑洞的性质完全不同）；至于哲学上对古代知识的吸收更是有目共睹的：柏拉图和亚里士多德的经验主义和自由主义，分别由洛克，黑格尔，马克思和康德，拜伦，尼采所接受并发展。因此，古代科学知识对我们来说是很有用的，我们要好好的吸收他们留给我们的遗产。 再这里，我主要介绍历史，中间夹杂少量的天文专业知识和少量的公式，虽然这样也许会使你们觉得很没兴趣，但我也无能为力，因为我也是天文学的刚入门者，而且由于我的数学知识还不是很充分且有些天文学术语还不是很懂，如：朔望月，交点月，近点月，恒星月，这些的区别和联系，现在我还不是很请楚，请原谅我的无知。 （一） 文艺复兴以前的天文学 在亚历山大学派建立以前，世界各国的天文学都是比较零散的，因为古人观察天象主要源于好奇和对大自然的惧怕。其中天文学比较发达的地区有：埃及天文学（以提倡水星和金星围绕太阳转和对天狼星的研究著称），中国天文学（主要是对日食和月食的研究，中国精确的历法制度和周公所作过的有价值的观测），印度天文学（特别以表示数目的10个巧妙方法而闻名），还有希腊天文学，同时还出现了两个学派：米利都学派和毕达哥拉斯学派（这两个学派在哲学领域也是很有名的），米利都学派的创始人是泰勒斯，他主张地的形状是球，黄道与赤道斜交，并指出日食，月食的真正成因，而毕达哥拉斯学派的代表人是毕达哥拉斯，他们主张地球绕着自身旋转并绕太阳运动以及彗星亦如行星围绕太阳转，它们不是地面上大气里转眼即逝的现象，而是永久的结构。 当亚历山大学派建立以后。天文学就成为比较系统的理论。其中最早的天文学家是阿里斯提尔和提莫恰里斯，以及阿里斯塔克。当然，其中最著名的是喜帕恰斯和托勒密。喜帕恰斯以观测的量多质高及研究方法而出名的，他常根据前人和自己更精确的观测比较，去讨论前人的成就。他首先认识到回归年比当时采用的365 1/4要短一些，首先发现春分日至秋分日和秋分日至春分日的时间不是相等的，首先认识到地球不在轨道圆周的中心，而放在距离中心的1/24的半径处，首先用经纬度的方法确定地面上的任何位置。他最重要的工作是分点岁差的发现。托勒密，大家肯定很熟悉，我想你们肯定对他有敌意，但我要告诉你们，他的理论被教会利用，这不是他的错，在2000多年前能够提出象他那样完整理论的人不会有第二个，因此我们应感激他而不是憎恶他。他还首先发现了月亮出差，而且他在地理学，音乐，年代学，圭表学和力学等方面都有较大的成就。他最著名的著作《至大论》至今仍是一本非常值得看的书。 （二）文艺复兴及近代天文学 由于托勒密的错误宇宙体系理论长期为教会所利用，天文学几乎停滞不前，而且托勒密的宇宙体系中的本轮和均轮不断增加，使宇宙变得越来越复杂，这让人们觉得越来越讨厌。随着文艺复兴的到来，天文学也迎来它的全新年代。首先走上历史舞台的是哥白尼，他对托勒密体系的复杂性感到不合理，于是他就从古代哲学家里去寻找比较简单的宇宙结构。最后，他选中了毕达哥拉斯学派主张的地球于其他行星均围绕处于宇宙中央的太阳运动。通过他长达30多年的观测，他找到足够的证据来支持他的理论，并写成了他的大著《天体运行论》。紧跟着哥白尼的是伽利略，他常被人们称为是近代科学的真正始祖。他首先发明了望远镜并将它用于天文学上，这是人们的视野大大的开拓了。通过观测，他找到了支持哥白尼学说的大量新证据，但由于他宣传哥白尼学说，他受到教会的严酷迫害，我们会佩服他的勇气，同时也会对教会的黑暗深感痛恨。力学上不少定律和原理也是伽利略发现的，其中尤为重要的是抛物体运动理论。第谷。布拉赫作为罕见的大观测家，很小的时候就思考，预测天象的正确性，更渴望知道他们的原理。他的主要贡献是：发明了新仪器并改进了就仪器；提高观测的精度，；编制了第一部优越的星表；发现月球运动的二均差，认识彗星的轨道远在白道外；对蒙气差更完善的了解；积累大量观测数据以供后来开普勒使用。当然他也提出了一个宇宙体系：地球静止于宇宙中心，一切天体每天绕宇宙的轴转动一周太阳带领所有的行星每年绕地球转动一周。该体系本应出现在哥白尼之前的，但现在却如此，这是因为第谷即无哲学头脑又染上占星术先见的结果。作为第谷的继承者开普勒，他总结了第谷的大量精确观测，提出了著名的来开普勒三大定律，我认为这是人类历史上从定量即数学方面对天文学的第一次总结，他直接导致了牛顿万有引力定律的提出。开普勒在天文学上还有些有益的贡献，都记载在他的《光学》和《体视测量学》上。惠更斯在天文学上同样有可贵的贡献，其中最著名的是他将摆动的振子作为记时仪器，这与望远镜的发明，使天文学迅速发展。这个时期由于学术团体的兴起，给天文学注入新的血液，其中最著名的是英国皇家学会和法国的巴黎科学院。 (三) 天文学的第一次大综合 前人的天文学知识不断积累已经达到一种饱和状态，此时已经为一次大综合提供了充分条件，正需一个拥有个方面的知识的人去统一天文学。笛卡儿首先试图将天文学纳入力学体系。他设想有微粒组成的旋涡，太阳和行星便是旋转中心，利用这种旋涡理论，他设想解释天体的运动成因。虽说笛卡儿具有非常高的哲学思想（他自己创立了笛卡儿学派，主张的是机械主义），但由于用机械论解释宇宙的各种现象，因此他的天文学体系很快就被观测催毁。机遇总是留给有准备的人，牛顿综合研究了笛卡儿的解析几何，费马的微积分基础，瓦里斯，雷恩与惠更斯的传递定律，伽利略的曲线运动理论，开普勒的三大定律及胡克的学说，终于创立了万有引力定律。鉴于该原理的重要性，我准备在这里利用开普勒的三大定律作个简单的证明，但由于知识有限，不敢保证证明得很严密，仅供参考： 由开普勒第一定律得 1/2*VR=C 再利用角动量定理得 行星所受的太阳引力方向指向太阳中心。 假设行星的运动轨道为圆形，则由 V=WR=2*pi*RD 得 V*V=K1*R*R/（T*T） （1） 由开普勒第三定律得 T*T=K2*R*R*R （2） （该比值不因偏心率而变化） 由（1）和（2）得 V*V= K1/（K2*R） （3） 又由向心力公式得 F=M2*V*V/R （4） 由（3）和（4）得 F=K1*M2/（K2*R*R） （5） 由开普勒第二定律可知该平方反比定律同样适用于椭圆 再由牛顿第三定律可知该引力同样与太阳的质量成正比，即 F=K*M1*M2/（R*R）。 接着可将这种引力推广一切天体之间，牛顿还不满于此，他将该引力推广到质点与质点之间的作用，这样大物体可看成由许多粒子组成，他们间的引力就等于粒子引力的合力。 牛顿的万有引力解释了许多以前无法解释的现象及以后的很多现象直至19——20世纪更精确的实验出现为止。牛顿将自己的力学体系写成巨著〈自然哲学之数学原理〉，该书是一部划时代的巨著，是科学历史的里程碑，很值得一看。牛顿同样在光学，数学，物理学，化学，神学等方面多都巨大成就。恩格斯对他评价很高，说他建立了近代力学，近代数学，近代天文学，近代光学。牛顿所有成就都与他的刻苦努力分不开的。 （四） 第一次综合后的完善工作 牛顿万有引力原理提出，他只打下一个基础，其完善工作由他的继承者来做。此时，数学家开始大举“入侵”天文学，他们把他们精确的数学分析应用与该原理，推导出一切天文现象和行星，卫星与彗星运动的许多差数，解释了许许多多的天文现象。这群数学家中，尤为著名的是拉普拉斯，他凭借自己高深的数学，物理，天文学知识再这些领域中畅通无阻，他的〈天体力学〉和〈宇宙体系论〉是综合完善工作最美好的结果。他在天文学中最主要的成就是提出并以确凿的证据说明了星云假说。其实该假说并不是拉普拉斯第一个提出来的，第一个提出来的是哲学家康德，他代表的是哲学派别中的自由主义，思想可到处神游。但哲学家只喜欢想，并不能提出精确的证明。该假说的主要思想是：宇宙空间原先弥漫的是星云气，当周围的星云向核的表面凝聚便形成一颗恒星；若有两个核的星云便可凝聚成两颗很邻近的恒星，即双星；当有好几个核的星云凝聚便成星团。同样，行星的原始形态是流体，彗星，卫星也是由原始气体组成的。拉普拉斯不止提出一个星云假说，他还利用星精确的数学工具和万有引力原理解释了许多差数，为该假说提供了一个可靠的基础。同时他利用星云假说很好的解释了行星，卫星起源的五大现象：（1）行星按相同的方向且差不多在同一个平面运动；（2）卫星运动的方向与行星相同（3）行星，卫星和太阳的自转运动和它们的公转有相同的方向，而且它们的赤道面相距很近；（4）行星和卫星的轨道的偏心率很小（5）彗星轨道的偏心率大，而且与黄道面的交角也大，两者都是任意的。顺便说以下，星云学说在现代有很大的发展，我国的戴文赛教授在80年代就曾经对该学说提过新看法。 （五）现代天文学 以上，我只是简括古代历史上各个时期天文学的主要进展，其实还有很多优异的天文学家没提过，如哈雷，巴伊，阿基米德，卡西尼，拉卡伊等，这是由于本文不能太长，否则会吊人胃口的。天文学是各个自然科学中最古老的学科，我们的各位前辈为我们积累了大量的天文财富，我们应好好珍惜和利用，并以发展现代天文学来为人类做贡献。 |
回复此楼» 猜你喜欢
溴的反应液脱色
已经有4人回复
-
参与限项
已经有5人回复
-
推荐一本书
已经有7人回复
-
有没有人能给点建议
已经有5人回复
-
假如你的研究生提出不合理要求
已经有12人回复
-
全日制（定向）博士
已经有5人回复
-
萌生出自己或许不适合搞科研的想法，现在跑or等等看？
已经有4人回复
-
Materials Today Chemistry审稿周期
已经有4人回复
-
对氯苯硼酸纯化
已经有3人回复
-
所感
已经有4人回复