从物理学看

李学潜

目录

  • 1 导论
    • 1.1 霍金其人
    • 1.2 霍金的主要贡献
    • 1.3 《时间简史》简介
    • 1.4 纪录片《时间简史》节选
  • 2 我们的宇宙图像
    • 2.1 万物理论与宇宙创生
    • 2.2 人类宇宙观的发展
    • 2.3 大爆炸理论
    • 2.4 霍金的物理理论观
    • 2.5 量子引力理论
  • 3 空间和时间
    • 3.1 亚里士多德与牛顿之争
    • 3.2 时间的秘密
    • 3.3 爱因斯坦火车
    • 3.4 光锥
    • 3.5 时空弯曲
    • 3.6 时间变慢
    • 3.7 时空观念的变迁
  • 4 膨胀的宇宙
    • 4.1 多普勒红移与宇宙膨胀
    • 4.2 宇宙是如何膨胀的?
    • 4.3 宇宙始于奇点?
  • 5 不确定性原理
    • 5.1 不确定性原理的提出
    • 5.2 关于量子力学的讨论
    • 5.3 纪录片《量子力学揭秘》节选
  • 6 基本粒子和自然的力
    • 6.1 基本粒子
    • 6.2 自然的力
  • 7 黑洞
    • 7.1 黑洞是如何形成的?
    • 7.2 落入黑洞将怎么样?
    • 7.3 黑洞中的奇点
    • 7.4 黑洞如何被发现?
  • 8 黑洞不是这么黑的
    • 8.1 熵与黑洞
    • 8.2 黑洞辐射
  • 9 宇宙的起源和命运
    • 9.1 宇宙的诞生
    • 9.2 有序世界的诞生
    • 9.3 人存原理
    • 9.4 暴胀理论
  • 10 时间箭头
    • 10.1 三种时间箭头
    • 10.2 关于时间箭头的猜想
  • 11 虫洞和时间旅行
    • 11.1 虫洞
    • 11.2 时间旅行
  • 12 物理学的统一
    • 12.1 大统一理论
    • 12.2 结论
万物理论与宇宙创生
  • 1 视频
  • 2 章节测验




                          中国古代的天地观和宇宙观

 

1. 盖天说

这一学说可能起源于殷末周初,它在发展过程中也有几种不同的见解。早期的盖天说是天圆地方说,认为“天圆如张盖,地方如棋局”,穹隆状的天覆盖在呈正方形的平直大地上。但圆盖形的天与正方形的大地边缘无法吻合。于是又有人提出,天并不与地相接,而是像一把大伞一样高高悬在大地之上,地的周边有八根柱子支撑着,天和地的形状犹如一座顶部为圆穹形的凉亭。共工怒触不周山女娲氏炼石补天的神话正是以持这种见解的盖天说为依据的。还有一种形成较晚的盖天说提出天是球穹状的,地也是球穹状的,两者间的间距是8万里,北极位于天穹的中央,日月星辰绕之旋转不息,盖天说通常把日月星辰的出没解释为它们运行时远近距离变化所致,离远了就看不见,离近了就看见它们照耀。


2. 浑天说

浑天说最初认为:地球不是孤零零地悬在空中的,而是浮在水上;后来又有发展,认为地球浮在气中,因此有可能回旋浮动,这就是“地有四游”的朴素地动说的先河。浑天说可能始于战国时期。屈原天问》:“圜则九重,孰营度之?”这里的“圜”有的注家认为就是天球的意思。。西汉末的扬雄提到了“浑天”这个词,这是现今所知的最早的记载。我国古代天文学家张衡提出“浑天说”,认为“天之包地,犹壳之裹黄”。在一些人的想象中,地球就像一个蛋黄。

浑天说提出后,并未能立即取代盖天说,而是两家各执一端,争论不休。但是,在宇宙结构的认识上,浑天说显然要比盖天说进步得多,能更好地解释许多天象。另一方面,浑天说手中有两大法宝:一是当时最先进的观天仪——浑天仪,借助于它,浑天家可以用精确的观测事实来论证浑天说。在中国古代,依据这些观测事实而制定的历法具有相当的精度,这是盖天说所无法比拟的。另一大法宝就是浑象,利用它可以形象地演示天体的运行,使人们不得不折服于浑天说的卓越思想,因此,浑天说逐渐取得了优势地位。到了唐代,天文学家一行等人通过天地测试彻底否定了盖天说,使浑天说在中国古代天文领域称雄了上千年。

                         


3. 宣夜说

宣夜说是中国古代的一种宇宙学说。按照盖天、浑天的体系,日月星辰都有一个依靠,或附在天盖上,随天盖一起运动;或附缀在鸡蛋壳式的天球上,跟着天球东升西落。而宣夜说主张“日月众星,自然浮生于虚空之中,其行其止,皆须气焉”,创造了天体漂浮于气体中的理论,并且在它的进一步发展中认为连天体自身、包括遥远的恒星和银河都是由气体组成。

宣夜说的历史渊源,可以上溯至战国时代的《庄子》。《庄子·逍遥游》:“天之苍苍其正色邪?其远而无所至极邪?”就用提问的方式表述了自己对宇宙无限的猜测。也是战国时代,道家中的宋钘和尹文一派就提出了朴素的元气学说,把宇宙万事万物的本原归结为“气”。这“气”,可以上为日、月、星辰,下为山、川、草、木。同时,名家惠施,又提出了“至大无外,谓之大一;至小无内,谓之小一”的朴素的无限大和无限小的思想。这就为宣夜说的宇宙无限观念奠定了基础。

它同盖天浑天说本质的不同在于:它承认天是没有形质的,天体各有自己的运动规律,宇宙是无限的空间。这三点即使在今天也是有意义的。


4. 中国古代的宇宙观

战国末年的尸佼对宇宙有一个明确的定义,“四方上下曰宇,往古来今曰宙”(《尸子》 ),“宇”就是包括东西南北四方和上下六合的三维空间,而“宙”就是包括过去现在和未来的一维时间。东汉时代的张衡明确提出“宇之表无极,宙之端无穷”(《灵宪》 )的无限宇宙概念。元代的邓牧认为在无限的虚空中有无限多的天地,“天地大也,其在虚空中不过一粟而已耳”(《伯牙琴》 ),与300年后欧洲布鲁诺的宇宙无限论如出一辙。中国古代先哲们还认为,就一个天体来说都是有始有终的,但就无限多的天体构成的系统来说则是无始无终的。

中国古代宇宙观的特点是宇宙进化论。《老子》认为天地万物由“道”生成,提出“道生一,一生二,二生三,三生万物”的生成模式。《易传》认为天地万物由“太极”生成,提出“太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦”的生成模式。成书于西汉时期的《易纬·乾凿度》把宇宙早期的演化史分为四个阶段:未见气的太易、气之始的太初、形之始的太始和质之始的太素四大阶段。最具科学意义的宇宙演化观点是南宋朱熹提出的“元气旋涡”假说,“这一气运行,磨来磨去,磨得急了,便拶出许多渣滓;里面无处出,形成个地在中央;气之轻者便为天,为日月,为星辰,只在外常周环运转,地便在中央不动,不是在下”(《类经图翼·运气》)。