天文学从未展现"革命"能量,为什么会有"科学革命"的说法?
时间:2023-08-15 00:00:00来自:第一财经字号:T  T

科学外史II(20)

天文学一直被视为科学的冠冕,若要谈近代的“科学革命”,更是“言必称天文”,哥白尼《天体运行论》之于科学革命,就好比武昌起义之于辛亥革命。偏偏天体的“运行”和我们通常说的“革命”居然是同一个词(revolution),这使得“哥白尼革命”的说法在常见的大众读物中显得仿佛天经地义。

但是事实上,哥白尼根本不是一个革命者。哥白尼要革谁的命?革教会的命吗?别忘记哥白尼本人就是神职人员!革托勒密天文学的命吗?读过托勒密和哥白尼著作的人都知道,哥白尼是“喝着托勒密乳汁长大的”,而他根本没想在精神上弑父弑母——他对古希腊“天体匀速圆周运动”的信仰,比托勒密还要纯真!地心、日心只是一个数学转换,两个体系都只是托勒密所谓的“几何表示”,而非宇宙的真实图景。

事实上,越深入研究科学史,就越能感觉到,所谓“科学革命”只是一个修辞。科学到底有没有依靠“革命”而发展?别的学科我们暂且不论,但至少在天文学史上,我们看到的是:技术三次促进了科学的发展,而不是科学推动了技术的进步。

望远镜不是为天文学准备的

在大多数人心目中,望远镜总是与天文学联系在一起,这在很大程度上是因为伽利略将望远镜指向了天空,作出了六大天文发现,并将这些发现写成了《星际使者》(Sidereusnuntius,1610)一书。

但在此之前,望远镜很可能早已存在。在伽利略的同时代,望远镜发明者的候选人不止一位,比如许多著作都提到的荷兰工匠,还有英国数学家迪格斯(Digges)父子等。在伽利略出版《星际使者》之前,甚至在中国也出现了关于望远镜的记载——它被认为是耶稣会士利玛窦从欧洲带来的(明郑仲夔《玉麈新谭·耳新》卷八)。利玛窦1582年到达中国南方,1610年在北京去世,如果他真的带来了望远镜,那必定在1582年之前就获得了。从现有的记载来推测,在伽利略之前,望远镜的用途主要和军事有关。

在伽利略观天之前,古代世界的天文学都只是“方位天文学”。天文学家用肉眼只能看到日、月、五大行星、比较明亮的恒星,还有偶尔出现的比较大的彗星和流星。所以古代各文明的“天文学基本问题”都是同一个问题——在给定的时间、地点,推算出日、月、五大行星在天球上的方位。

望远镜的使用,大大提高了方位天文学的观测精度;在照相技术发明后,还使得对天体的摄影成为可能。但更重要的是,在此之前,世界上并不存在天体物理学,正是望远镜开启了天体物理学的可能性——尽管天体物理学要成为天文学的主流,还需要等待第二项技术的诞生。

光谱分析和射电望远镜也不是为天文学准备的

这第二项技术,我在本专栏也谈过,即光谱分析。迄今为止,即使在太阳系,除了月球,人类还未曾登陆过任何天体,更不用说太阳系外、银河系外的遥远天体了。有了光谱分析技术,人类才有可能在不去到那些遥远天体实施实地观察测量的情况下,知道那些天体的元素构成、表面温度,甚至知道在天体内部正在发生什么情况,例如我们能够知道太阳表面温度高达约6000度,而它内部正在持续发生聚变核反应。如果说望远镜在天文学的使用开启了天体物理学的可能性,那么真正让天体物理学诞生并迅速发展成为天文学主流的,则是光谱分析。

非常重要的一点是,光谱分析本来也不是为天文学准备的,它被应用在天文学领域纯属偶然事件。但是在此之后,天体物理成为了光谱分析技术最大、最辉煌的用武之地。

在伽利略用望远镜观天之后的几百年间,人们竞相制造更大的光学望远镜,最终将光学望远镜的直径从几厘米增大到150厘米以上。随着光学望远镜的镜片越来越大、越来越厚,物理学上的极限出现了——仅巨大镜片在自身重力作用下的形变就难以处理。这时,第三项促进天文学发展的技术应运而生。

第二次世界大战,雷达被认为是仅次于原子弹的第二大技术发明。二战时期,航母取代传统巨型战列舰成为海上霸主,制空权成了制海权的必要条件,而雷达则是制空权的关键技术。二战结束,刀枪入库马放南山,大批雷达退役,成为废旧物资。这些大大小小的雷达天线,很快被人发现另有妙用。

宇宙间的电磁辐射是一个宽阔的频谱,但人类进化的结果,使我们的眼睛只能看见这个宽阔频谱中很窄的一段,即所谓可见光。光学望远镜虽然大大拓展了人眼的观察能力,但实际上只是让人眼能够接收到更多的可见光,却仍未拓展人眼可见的频谱范围。而雷达可以接收人眼看不见的无线电辐射(电视信号也在其中)。

于是在20世纪50、60年代,欧美天文学界出现了一股浪潮——将废弃的雷达进行简单改装,使之可以接受天空中可见光之外的电磁辐射信号,这样的装置得名“射电望远镜”。当时西方天文学家在自家后院或小楼上弄一架射电望远镜,是非常时髦的事。1965年彭齐亚斯和威尔逊用射电望远镜发现了大爆炸宇宙理论所谓“三大验证”之一的宇宙3K背景辐射,被视为是射电天文学最辉煌的成就之一(获1978年诺贝尔物理学奖)。

玩“射电望远镜”的学问,被称为“射电天文学”。在超新星、射电源、脉冲星、中子星、γ射线源、X射线源等一系列天文学新发现

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