中央電視臺[探索發(fā)現(xiàn)]科普電視片《宇宙大爆炸》（解說詞記錄）4-1

2006年12月3日瑞典斯德哥爾摩瑞典皇家科學(xué)院宣布，將本年度諾貝爾物理學(xué)獎授予美國科學(xué)家約翰·馬瑟和喬治·斯穆特，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了宇宙微波背景輻射的黑體譜形及其溫度在空間不同方向的微小變化，他們用COBE衛(wèi)星進(jìn)行的精確觀測為宇宙起源的大爆炸理論提供了有力支持。大爆炸理論的確立終于使人們對宇宙的起源有了接近一致的認(rèn)識。

什么是大爆炸？關(guān)于宇宙的起源人類在認(rèn)知上又經(jīng)歷了怎樣的歷程呢？

第一集 何處是中心

我們在宇宙中處于怎樣的位置？宇宙有沒有起源？如果有，它怎樣起源？

幾千年來人類觀察宇宙的手段，從肉眼發(fā)展到望遠(yuǎn)鏡和人造衛(wèi)星……視野從太陽系擴(kuò)展到銀河系和河外星系，而對宇宙的認(rèn)識則經(jīng)歷了蒙昧?xí)r期的神話、古代哲人的猜測、文藝復(fù)興以來的科學(xué)革命，直到20世紀(jì)現(xiàn)代宇宙學(xué)的誕生。

這是一張現(xiàn)代宇宙學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型圖。這個大爆炸的理論認(rèn)為，約140億年前宇宙從極端高溫高密的一個點起源，隨著體積的膨脹和溫度的下降，以質(zhì)子、中子等基本粒子形態(tài)存在的物質(zhì)，首先結(jié)合形成氘、氚、氦等較輕的元素。隨后進(jìn)一步冷卻形成恒星。在恒星內(nèi)部合成碳、氧、硅、鐵等更重的元素，再拋射到周圍形成行星。最后在如地球這樣條件適合的行星上演化出生命，成為目前的宇宙。

宇宙有一個開端的想法并不新鮮。圣經(jīng)中就描繪了上帝用七天創(chuàng)造世界的故事。

三國時徐整所著的《三五歷記》記錄了盤古開天辟地的神話。徐整在《三五歷記》中說：“未有天地之時，混沌狀如雞子，盤古生其中一萬八千歲。天地開辟，陽清為天，陰濁為地?！碧烀咳丈咭徽桑孛咳障鲁烈徽?，盤古在中間每日長高一丈。這樣過了一萬八千年，天變得非常高，地變得非常深，天地之間相隔九萬里。

“當(dāng)然這些數(shù)據(jù)是沒有什么科學(xué)根據(jù)，是一種想象。但是從觀念上來講它有一個膨脹的速度，地是在膨脹的。而且有一個時間，有一個天地的年齡是一萬八千年。現(xiàn)在天和地有多遠(yuǎn)呢？九萬里，還有數(shù)據(jù)。這種觀念跟我們現(xiàn)在的大爆炸學(xué)說是非常一致的?！?/p>

公元前五世紀(jì)愛琴海的薩摩斯島上有一位發(fā)明了幾何學(xué)中勾股定理的數(shù)學(xué)天才畢達(dá)哥拉斯。畢達(dá)哥拉斯從球形是最完美幾何體的觀點出發(fā)，認(rèn)為大地是球形的，而且所有天體都是球形，它們的運動是勻速圓周運動。地球處于宇宙的中心，周圍是空氣和云，往外是太陽、月亮、行星做勻速圓周運動的地方，再外是恒星所在之處，最外面是永不熄滅的天火。畢達(dá)哥拉斯的宇宙模型，并沒有說明地球有多大，日、月、星辰離地球有多遠(yuǎn)？

最早根據(jù)實測數(shù)據(jù)算出地球大小的人，是公元前三世紀(jì)的希臘天文學(xué)家埃拉托西尼。埃拉托西尼生活的地方是埃及的亞歷山大港?！鞍＠形髂崴?dāng)時已經(jīng)知道地球是球形的。他聽說在阿斯旺附近有一口深井，在每年夏至的時候太陽光可以直接射到這個井的底部，這說明太陽光在當(dāng)?shù)厥谴怪比肷涞摹Ｈ缓笏驮趤啔v山大，這是埃及北方的一個城市，找了一個方尖塔。他在夏至的那一天測量了斜入射的太陽光與垂直于當(dāng)?shù)氐孛娴姆郊馑g的角度。這個角度實際上就是從阿斯旺到亞歷山大這一段距離，相當(dāng)于地球的一段弧長，這一段弧長所對應(yīng)的圓心角那個度數(shù)。當(dāng)時他測得的是7度多一點，也就是說相當(dāng)于一個圓周角的大約50分之一，就是360度的50分之一。那這樣這一段弧長，也就是說從阿斯旺到亞歷山大的距離，也就相當(dāng)于地球周長的50分之一。這樣，如果他知道了從阿斯旺到亞歷山大的距離，他（將這個距離）乘以50，那就是地球的周長。埃拉托西尼的結(jié)果呢，相當(dāng)于3萬9千多千米，跟我們現(xiàn)在知道的4萬千米幾乎相差無幾?！?/p>

月球離地球有多遠(yuǎn)呢？當(dāng)時希臘人已經(jīng)猜測到月食是因為地球走到太陽與月球之間而引起的。出生于薩摩斯島的阿利斯塔克提出測量月食時掠過月面的地影與月球的相對大小，利用幾何學(xué)方法可以算出以地球直徑為單位的地球至月球的距離。

公元前150年古希臘又出了一位叫依巴谷的天文學(xué)家。依巴谷重復(fù)了這項工作。依巴谷得出地球到月球距離是地球直徑的30倍。根據(jù)埃拉托西尼求得的地球直徑計算，月球到地球的距離約等于38萬公里。他還同時得出了地球與太陽的距離?！八涝谠虑?，它的一半兒被太陽光照亮的時候，也就是我們所說的弦月的時候，在這個時候，地球、月球和太陽組成一個直角三角形。那么地球到月球之間呢，相當(dāng)于一個短的直角邊，地球到太陽之間呢，相當(dāng)于一條斜邊。他利用這個三角關(guān)系，他測得的結(jié)果是87度。實際上那個夾角應(yīng)該是89度還要多，非常接近于90度。所以說他的結(jié)果，地球到太陽的距離是地球到月球距離的19倍，這個跟現(xiàn)代的結(jié)果是差了很多的。所以說，這樣實際上就是說已經(jīng)知道，既然它很遠(yuǎn)，所以太陽就是個很大的天體。所以說，不大可能出現(xiàn)這種情況，一個很大的天體圍繞著一個很小的天體來運行。只能是一個小的天體圍繞一個大的天體來運行。所以這里面已經(jīng)隱含了日心說這樣的概念?！?/p>

公元140年埃及的亞歷山大城里出了一位希臘裔的天文學(xué)家，他的名字叫托勒密。他提出了一個完整的地心體系?！巴欣彰芫桶衙總€看見的這七個天體，日、月、金木水火土七個天體都認(rèn)為它們是沿著各自對離地球不同距離的這個各自的軌道，沿軌道，然后大家都是東升西落，都是順時針方向運轉(zhuǎn)。但是怎么解釋它們還有的時候，還每天，還逐日的，還從西往東走呢？而且大家走的速度又不完全一樣呢？那么他們托勒密為了要解釋觀察到的天體的運動，就把它們圍繞著地（球）運轉(zhuǎn)的軌道稱之為本輪。為了要更好地描述它們，除了從東往西，而且它還在天球上，還又有從西往東，而且又有停，又有快速的運動，不同速度的運動，所以他們就以每個天體的本輪之上，又有一個在本輪上頭又有一個小圈，叫做均輪。除了沿著本輪運動，它還在那個小圈上打轉(zhuǎn)。這個就是被認(rèn)為是托勒密的地心說。他用本輪，天體的本輪跟均輪來解釋，很好地解釋了天體的運動?！?/p>

然而到十六世紀(jì)的時候，有一個人站出來表達(dá)了相反的觀點。他認(rèn)為是地球繞太陽，而不是太陽繞地球旋轉(zhuǎn)。這個勇敢的人就是波蘭天文學(xué)家尼古拉·哥白尼?！八J(rèn)為宇宙應(yīng)該是簡單的、和諧的，而弄成了極端復(fù)雜的，不是一般復(fù)雜，極端復(fù)雜的本輪跟均輪，他認(rèn)為不符合于宇宙的本原。他提出了一個非常大膽的一個理念，就是如果宇宙的中心不是大地，換一下，如果把太陽擱在中間，包括大地在內(nèi)的都變成了圍太陽運轉(zhuǎn)，以原軌道逆時針方向運轉(zhuǎn)的，其他的五個大行星，加上地球，加上月亮，都變成了圍繞著太陽運轉(zhuǎn)。而月亮不僅圍繞著太陽運轉(zhuǎn)，而且首先圍繞著地球運轉(zhuǎn)。如果是這樣的話，完全不需要均輪?！?/p>

誠如后人所說,哥白尼的日心體系改寫了托勒密延續(xù)千年的宇宙模型，開啟了宇宙學(xué)革命性的一刻。然而哥白尼仍然沿襲了托勒密體系中行星以勻速做圓周運動的思想。哥白尼死后66年，德國天文學(xué)家開普勒為太陽中心說找到了新的證據(jù)。1609年開普勒在《新天文學(xué)》一書中宣布，他用丹麥天文學(xué)家第谷留下的精密觀測資料，發(fā)現(xiàn)行星是沿著橢圓軌道圍繞太陽運動。開普勒的發(fā)現(xiàn)打破了天體必須做勻速圓周運動的傳統(tǒng)觀點，并徹底消除了哥白尼體系中的本輪和均輪。

幾乎與此同時，另一位科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)宣告了地心說的終結(jié)。1609年底的一天，意大利物理學(xué)家伽利略聽說市場上在出售一件有趣的東西——一根鑲有玻璃片的管子，這件被當(dāng)成玩具出售的東西出自荷蘭。伽利略把這件玩具改裝成一架口徑4.4厘米、長1.2米、放大率32倍的望遠(yuǎn)鏡。他開始用望遠(yuǎn)鏡來觀察天體?！八紫扔^測了一些太陽啊、月亮啊這些比較近的天體。他就看見太陽上面有黑子，有黑點。月亮上面是有一些環(huán)形山，還有一些陡峭的峽谷。這樣就和平常過去認(rèn)為這個天體都是非常光滑、是渾圓的，所以這樣是很完美的，那么這樣看起來實際上天體并不那么完美。這時候跟傳統(tǒng)的觀念有很大的不同了。所以伽利略就懷疑這些傳統(tǒng)觀念是不是對？”伽利略

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