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我的位置与星空:相对论百年故事

时间:2023-11-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们存在于地球上的时刻与位置,深刻地影响环绕在我们周遭宇宙星空的面貌。由于托勒密的模型基本上非常吻合当时的观测数据,哥白尼的理论并无助于解释观测到的天文现象。但哥白尼认为托勒密引入的均轮运动,违背了均匀圆运动的简洁对称,若以太阳为众星绕行中心,则许多天文现象并不需引入复杂的周转圆,就可圆满解释,星体也不再需要固定在大小不等的天球球壳上。

我的位置与星空:相对论百年故事

我们存在于地球上的时刻与位置,深刻地影响环绕在我们周遭宇宙星空的面貌。如果住在赤道附近,你会看到满天恒星每晚从地平线升起,经过头顶,然后隐没在反方向的地平线下。夜复一夜,这些相同的恒星轨迹让你认为你就位于恒星运动的中心。但如果你住在南极北极附近,拿着相机对夜空长期拍照,则会在照片中看到大部分的恒星从不落入地平线下,而是在天幕上画出一道道环绕着某一点的同心圆轨迹,让你不禁怀疑那个圆心地点究竟何德何能,竟能让众星以它为中心而往复奔走。今天我们知道,从天文学的角度看来,这完全是因为地球自转轴线与公转轨道面并不垂直,而是呈23.5度的偏差之故。

另一方面,从天文观测的数据推算,我们也知道今天北斗七星的样貌,与在几万年前大相径庭。这些例子清楚地告诉我们,夜空所呈现的样貌,与我们所处的地点及观测时间息息相关,也影响我们对宇宙整体的想象——我们所设想的宇宙模型显然取决于我们的宇宙观。因此,我们就不难理解当初哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473—1543)提出太阳位居众星环绕中心的日心说所带来的冲击,可称为科学革命的缘故。(www.xing528.com)

在欧洲文艺复兴鼎盛时期之前,西方世界对宇宙的主流思想是以古希腊哲学家柏拉图、亚里士多德所提出的地心说为本:天空上的星体依距离远近,固定在以地球为中心的同心球壳上,这些天球球壳则以不同速度旋转运行。到托勒密(Ptolemy)提出本轮加均轮的周转圆(epicycles)理论来解释行星的逆行现象时集大成。依其解释,逆行行星在圆形均轮上运行,均轮中心的轨迹则为绕地球的本轮,他认为宇宙间所有天体皆以完美的圆形本轮轨道绕地球运行。由于托勒密的模型基本上非常吻合当时的观测数据,哥白尼的理论并无助于解释观测到的天文现象。但哥白尼认为托勒密引入的均轮运动,违背了均匀圆运动的简洁对称,若以太阳为众星绕行中心,则许多天文现象并不需引入复杂的周转圆,就可圆满解释,星体也不再需要固定在大小不等的天球球壳上。哥白尼的日心说大大简化了自古以来用以解释行星运动为主的宇宙模型,他不以地球为宇宙中心的概念也被后人升华成“哥白尼原理”——地球只是众行星的一员,我们在宇宙间的位置并不特殊。

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