第一章 宇宙
　　第一節(jié) 宇宙的起源
　　關(guān)于宇宙的起源，有過(guò)許多神話傳說(shuō)。基督教認(rèn)為是上帝創(chuàng)造了世界，中國(guó)古代神話則認(rèn)為是盤(pán)古開(kāi)辟了天地。當(dāng)然，這些神話和傳說(shuō)都不是科學(xué)，因而不足為訓(xùn)�？茖W(xué)家們對(duì)宇宙的起源做了種種研究和推測(cè)，提出了許多科學(xué)假說(shuō)。直到今天，科學(xué)家們才取得統(tǒng)一認(rèn)識(shí)：宇宙是由大約200億年前發(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，那里溫度極高，密度極大，之后發(fā)生了大爆炸。大爆炸使物質(zhì)四散而出，宇宙空間不斷膨脹，溫度相應(yīng)下降，后來(lái)相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有恒星、行星乃至生命，都是在這種不斷膨脹一冷卻的過(guò)程中逐漸形成的。
　　1.盤(pán)古說(shuō)
　　盤(pán)古是中國(guó)古代傳說(shuō)中開(kāi)天辟地的神。傳說(shuō)在天地還沒(méi)有開(kāi)辟以前，宇宙就像是一個(gè)大雞蛋一樣混沌一團(tuán)。一個(gè)叫做盤(pán)古的巨人在這個(gè)“大雞蛋”中一直酣睡了約一萬(wàn)八千年后，醒來(lái)發(fā)現(xiàn)周?chē)�一團(tuán)黑暗，他便舉起巨大的斧子向黑暗劈去，一聲巨響，“大雞蛋”碎了，千萬(wàn)年的混沌被攪動(dòng)了。其中又輕又清的東西慢慢上升并漸漸散開(kāi)，變成藍(lán)色的天空；而那些厚重混濁的東西慢慢地下降，變成了腳下的土地。盤(pán)古站在這天地之間非常高興。但他很怕天地再合攏起來(lái)變成以前的樣子，于是就用手撐著青天，雙腳踏著大地，讓自己的身體每天長(zhǎng)高一丈，天地間的距離也隨著他的身體每天增高一丈。這樣一直過(guò)了十萬(wàn)八千年，天越來(lái)越高，地越來(lái)越厚，盤(pán)古的身體長(zhǎng)得有九萬(wàn)里那么長(zhǎng)了。
　　盤(pán)古憑借著自己的神力終于把天地開(kāi)辟出來(lái)了，可是他也累死了。盤(pán)古死后，他嘴里呼出的氣變成了四季飄動(dòng)的云，聲音變成了天空的雷霆，左眼變成了太陽(yáng)，右眼變成了月亮，頭發(fā)和胡須變成了夜空的星星；身體變成了東、西、南、北四極和雄偉的三山五岳，血液變成了江河，筋脈變成了道路，肌肉變成了農(nóng)田，牙齒、骨骼和骨髓變成了地下礦藏，皮膚和汗毛變成了大地上的草木，汗水變成了雨露。傳說(shuō)，盤(pán)古的精靈魂魄在他死后變成了人類(lèi)，所以都說(shuō)人類(lèi)是世上的萬(wàn)物之靈。
　　2.蓋天說(shuō)
　　蓋天說(shuō)是我國(guó)古代最早的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)。這一學(xué)說(shuō)認(rèn)為：天是圓形的，像一把張開(kāi)的大傘覆蓋在地上；地是方形的，像一個(gè)棋盤(pán)；日月星辰則像爬蟲(chóng)一樣過(guò)往天空。因此這一學(xué)說(shuō)又被稱為天圓地方說(shuō)。
　　天圓地方說(shuō)雖然符合當(dāng)時(shí)人們粗淺的觀察常識(shí)，但實(shí)際上卻很難自圓其說(shuō)。比如方形的地和圓形的天怎樣連接起來(lái)，就是一個(gè)問(wèn)題。后來(lái)，天圓地方說(shuō)又修改為：天并不與地相接，而是像一把傘高懸在大地上空，中間有繩子縛住它的樞紐，四周還有八根柱子支撐著。但是，這八根柱子撐在什么地方呢?是像傘一樣的天蓋的傘柄插在哪里?那扯著傘的繩子又拴在哪里?這些都是天圓地方說(shuō)無(wú)法回答的。
　　到了戰(zhàn)國(guó)末期，新的蓋天說(shuō)誕生了。新蓋天說(shuō)認(rèn)為：天像覆蓋著的斗笠，地像覆蓋著的盤(pán)子，天和地并不相交，它們之間相距8萬(wàn)里，盤(pán)子的最高點(diǎn)便是北極。太陽(yáng)圍繞北極旋轉(zhuǎn)，太陽(yáng)落下后并不是落到地下面，而是到了我們看不見(jiàn)的地方，就像一個(gè)人舉著火把跑遠(yuǎn)了，我們就看不到了一樣。新蓋天說(shuō)不僅在認(rèn)識(shí)上比天圓地方說(shuō)前進(jìn)了一大步，而且對(duì)古代天文學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。
　　在新蓋天說(shuō)中，有一套很有趣的顯示天高地遠(yuǎn)的數(shù)字和二張說(shuō)明太陽(yáng)運(yùn)行規(guī)律的示意圖——七衡六間圖。后世中許多圭表都是高八尺，就是和新蓋天說(shuō)中的天地相距八萬(wàn)里有直接關(guān)系。
　　蓋天說(shuō)是一種原始的宇宙認(rèn)識(shí)論，它對(duì)許多宇宙現(xiàn)象不能做出正確的解釋，同時(shí)本身又存在許多漏洞。到了唐代，天文學(xué)家僧人一行等人通過(guò)精確的測(cè)量，徹底否定了蓋天說(shuō)中“日影千里差一寸”的說(shuō)法，蓋天說(shuō)從此便破滅了。
　　3.渾天說(shuō)
　　東漢時(shí)期，著名的天文學(xué)家張衡提出了“渾天說(shuō)”思想。渾天說(shuō)認(rèn)為：天和地的關(guān)系就像雞蛋中蛋白和蛋黃的關(guān)系一樣，地被天包在當(dāng)中。渾天說(shuō)中天穹的形狀，不像蓋天說(shuō)中的那樣是半球形的，而是一個(gè)南北短、東西長(zhǎng)的橢圓球。大地也是一個(gè)球，浮在水上回旋漂蕩。后來(lái)又有人認(rèn)為地球是浮于氣上的。
　　用渾天說(shuō)來(lái)說(shuō)明日月星辰的運(yùn)行出沒(méi)是相當(dāng)簡(jiǎn)潔而且然的。渾天說(shuō)認(rèn)為：日月星辰都附著在天球上。白天，太陽(yáng)升到我們面對(duì)的這邊來(lái)，星星落到地球的背面去；到了夜晚，太陽(yáng)落到地球背面去，星星升上來(lái)。如此周而復(fù)始，便有了星辰日月的出沒(méi)。
　　渾天說(shuō)把地球當(dāng)作宇宙的中心，這一點(diǎn)與盛行于歐洲古代的地心說(shuō)不謀而合。不過(guò)，渾天說(shuō)雖然認(rèn)為日月星辰都附在一個(gè)堅(jiān)固的天球上，但并不認(rèn)為天球之外就一無(wú)所有了，而是說(shuō)那里是未知的世界。這是渾天說(shuō)比西方的地心說(shuō)高明的地方。
　　渾天說(shuō)提出后，并未能立即取代蓋天說(shuō)，而是兩家各執(zhí)一端，爭(zhēng)論不休。但是，在宇宙結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)上，渾天說(shuō)顯然要比蓋天說(shuō)進(jìn)步得多，能更好地解釋許多天象。
　　另一方面，渾天說(shuō)有兩大法寶：一是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的觀天儀——渾天儀。借助于它，渾天說(shuō)支持者可以用精確的觀測(cè)事實(shí)來(lái)論證渾天說(shuō)。在中國(guó)古代，依據(jù)這些觀測(cè)事實(shí)而制定的歷法具有相當(dāng)?shù)木�度，這是蓋天說(shuō)所無(wú)法比擬的。另一大法寶就是渾象。利用它可以形象地演示天體的運(yùn)行，使人們不得不折服于渾天說(shuō)的卓越思想。因此，渾天說(shuō)逐漸取得了優(yōu)勢(shì)地位。
　　到了唐代，天文學(xué)家僧人一行等人通過(guò)大地測(cè)量徹底否定了蓋天說(shuō)，此后，渾天說(shuō)在中國(guó)古代天文領(lǐng)域稱雄了上千年。
　　落下閎是渾天說(shuō)的創(chuàng)始人之一，經(jīng)他改進(jìn)的赤道式渾天儀，在中國(guó)用了2000年。他還在天文學(xué)史上首次準(zhǔn)確推算出135個(gè)月的日、月食周期，即11年應(yīng)發(fā)生23次日食。根據(jù)這個(gè)周期，人類(lèi)可以對(duì)日、月食進(jìn)行預(yù)報(bào)，并可校正陰歷。
　　4.宣夜說(shuō)
　　宣夜說(shuō)是我國(guó)歷史上宇宙無(wú)限論思想的體現(xiàn)。它最早出現(xiàn)于戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，到了漢代已明確提出，并在《晉書(shū)?天文志》中有所記載。
　　不論是中國(guó)古代的蓋天說(shuō)、渾天說(shuō)，還是西方古代的地心說(shuō)，乃至哥白尼的日心說(shuō)，都把天看作一個(gè)堅(jiān)硬的球體，星星都固定在這個(gè)球殼上。宣夜說(shuō)則認(rèn)為宇宙是無(wú)限的，所謂的“天”，并沒(méi)有一個(gè)固體的“天穹”，只不過(guò)是無(wú)邊無(wú)際的氣體，日月星辰就在這氣體中飄浮游動(dòng)。日月星辰的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由它們各自的特性所決定的，絕沒(méi)有堅(jiān)硬的天球或是什么本輪、均輪來(lái)束縛它們。宣夜說(shuō)打破了固體天球的觀念，這在古代眾多的宇宙學(xué)說(shuō)中是非常難得的。因此，宣夜說(shuō)也可以說(shuō)是中國(guó)古代一種樸素的無(wú)限宇宙觀念。
　　然而，宣夜說(shuō)認(rèn)為日月星辰“或順或逆，伏見(jiàn)無(wú)常，進(jìn)退不同，由乎無(wú)所根系，故各異也”，所以對(duì)它們的運(yùn)行規(guī)律也無(wú)從談起。另外，宣夜說(shuō)沒(méi)有提出自己獨(dú)立的對(duì)于天體坐標(biāo)及其運(yùn)動(dòng)的量度方法。這是宣夜說(shuō)在1000多年內(nèi)不能得到廣泛發(fā)展的重要原因。
　　總之，宣夜說(shuō)認(rèn)為的宇宙在空間上是無(wú)邊無(wú)際的，并且進(jìn)一步提出宇宙在時(shí)間上也是無(wú)始無(wú)終、無(wú)限的思想，在人類(lèi)天文學(xué)發(fā)展史上寫(xiě)下了光輝的一頁(yè)�？上�宣夜說(shuō)的卓越思想，在中國(guó)古代沒(méi)有受到重視，幾至失傳。
　　5.地心說(shuō)
　　古希臘天文學(xué)家、地理學(xué)家和光學(xué)家托勒密于公元2世紀(jì)提出了自己的宇宙結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，即地心說(shuō)。其實(shí)，地心說(shuō)是古希臘偉大的哲學(xué)家、科學(xué)家和教育家亞里士多德的首創(chuàng)，亞里士多德認(rèn)為宇宙的運(yùn)動(dòng)是由上帝推動(dòng)的。他認(rèn)為：宇宙是一個(gè)有限的球體，分為天地兩層，地球位于宇宙中心，所以日月圍繞地球運(yùn)行，物體總是落向地面；地球之外有9個(gè)等距天層，由里到外的排列次序是：月球天、水星天、金星天、太陽(yáng)天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動(dòng)力天，此外空無(wú)一物；但各個(gè)天層自己不會(huì)動(dòng)，上帝推動(dòng)了恒星天層，恒星天層才帶動(dòng)了所有的天層運(yùn)動(dòng)；人居住的地球，靜靜地屹立在宇宙的中心。
　　托勒密全面繼承了亞里士多德的地心說(shuō)，并利用前人的積累和他自己長(zhǎng)期觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)，寫(xiě)成了8卷本的《偉大論》。在書(shū)中，他把亞里士多德的9層天擴(kuò)大為11層，把原動(dòng)力天改為晶瑩天，又往外添加了最高天和凈火天。托勒密設(shè)想：各行星都繞著一個(gè)較小的圓周運(yùn)動(dòng)，而每個(gè)圓的圓心則在以地球?yàn)橹行牡膱A周上運(yùn)動(dòng)。他把繞地球的那個(gè)圓叫“均輪”，每個(gè)小圓叫“本輪”。同時(shí)假設(shè)地球并不恰好在均輪的中心，而偏開(kāi)一定的距離，均輪是一些偏心圓。日月行星除作上述軌道運(yùn)行外，還與眾恒星一起，每天繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)一周。托勒密這個(gè)不反映宇宙實(shí)際結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)圖景，卻較為完滿地解釋了當(dāng)時(shí)觀測(cè)到的行星運(yùn)動(dòng)情況，并取得了航海上的實(shí)用價(jià)值，從而被人們廣為信奉。
　　在當(dāng)時(shí)的歷史條件下，托勒密提出的行星體系學(xué)說(shuō)，是具有進(jìn)步意義的。首先，它肯定了大地是一個(gè)懸空著的沒(méi)有支柱的球體。其次，從恒星天體上區(qū)分出行星、日、月是離我們較近的一群天體，這是把太陽(yáng)系從眾星中識(shí)別出來(lái)的關(guān)鍵性一步。
　　托勒密也說(shuō)他的體系并不具有物理的真實(shí)性，而只是一個(gè)計(jì)算天體位置的數(shù)學(xué)方案。至于教會(huì)利用和維護(hù)地心說(shuō)，那是托勒密死后一千多年的事情了。教會(huì)之所以維護(hù)地心說(shuō)，只是想歪曲它以證明教義中描繪的天堂、人間、地獄的圖像。所以，托勒密的宇宙學(xué)說(shuō)本來(lái)同當(dāng)時(shí)的宗教并沒(méi)有什么必然的聯(lián)系。