天文科学探索---宇宙论

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1、天文科學探索---淺談宇宙論魏榮君資訊工程系2007.06.06周敦頤（濂溪先生）──理學開山祖（道學宗主）著有《太極圖說》，乃淵源於五代道士陳摶的《太極圖》《中庸》、《易經》為基礎，吸收佛、老思想，奠定理學宇宙論、人性論基本方向。宇宙論：無極→太極→陰、陽→五行（金、木、水、火、土）→萬物無極（無）→太極（有），太極為周敦頤宇宙本體論的核心概念。人性論：人為萬物之靈，將人性的本源推究到天命（《中庸》：天命之為性），修養之道是「無欲」、「主靜」，以達「至誠」的聖人境界。周敦頤將宇宙和人生合在一起討論，嘗試將本體論和心性論統攝起來，建構一理學思想體系，故被尊為理學開山祖。中國

2、理學宇宙論柏拉圖在〈迪美吾斯篇〉中提出了一個自然哲學和宇宙模型。柏拉圖把宇宙描繪成一個工匠神德米奧吉的製作品。祂是一位仁慈的工匠、理性的神明（事實上，就是理性的人格化）。祂必須努力克服物質的內在限制，以便盡祂所能地製作一個最善、最美、在理性知識上最令人滿意的宇宙。德米奧吉在最初的混沌之中，填入毫無形式的物質，再依據祂內心的理性計劃而建構一個有秩序的宇宙。柏拉圖將四種元素和諸形體聯結起來。火是四面體，因為它最小、最尖銳、最具可動性；氣是八面體；水是二十面體；土乃是最穩定的元素，故是立方體；至於十二面體最接近圓形，所以它代表宇宙做為一個整體。柏拉圖主張地球是球形的，球形天幕所環

3、繞著。定義天球上的諸種圓形軌道，標誌太陽、月亮和其它行星的路徑。太陽公轉的軌道（黃道）在天球中的位置，顯示了黃道和天球赤道的關係。知道諸大行星，也知道水星和金星總是不會離太陽太遠。柏拉圖認為宇宙是生物。因為德米奧吉「希望使世界盡可能地最像可理解的事物，在每一方面都是最好的和最完美的。柏拉圖宇宙模型亞里斯多德的宇宙是多殼層的同心球體構成，在中心地帶是地球。外圍則是多層天球，它們均有一共同的球心，也是地球的球心。亞里斯多德將宇宙劃分成上下兩個區域，以月亮所在天球殼層為分界限。在月亮殼層之上的是「天體區域」或「超月區域」，在月亮殼層之下的是「塵世區域」或「月下區域」。月下區域的特

4、徵是誕生、死亡、所有物種的短暫變化；天體區域的特徵則是永恒不變的圓周循環。天空由四元素之外的「第五元素」構成的，稱作「以太」(aether)。以太比火更「輕」，是「無重」且透明的固體物質，它們是構成天球且承載行星的唯一物質。亞里斯多德宇宙模型火氣水土乾冷濕熱每個行星都依附在一個天球殼層上，整個「天體區域」共有八層天球殼層，除了七大行星殼層外，最外層則是各恆星所在的殼層。牛頓在《自然哲學之數學原理》指出，「致力於發展與哲學相關的數學」，這本書是幾何學與力學的結合，是一種「理性的力學」、「精確地提出問題並加以演示的科學，旨在研究某種力產生的運動，以及某種運動所需要的力」。他的任

5、務是「由運動現象去研究自然力，再由這些力去推演其他運動現象」。牛頓實際上構造了人類有史以來最宏偉的體系，他的力，主要是重力，今天稱之為萬有引力，以及由重力所衍生出的摩擦力、阻力和海洋的潮汐力等，而運動則包括落體、拋體、球體滾動、單擺與複擺、流體、行星自轉與公轉、回歸點、軌道章動等，簡而言之，包括當時已知的一切運動形式和現象。也就是說，牛頓是要用統一的力學去解釋從地面物體到天體的所有運動和現象。自然的語言是數學，要表達自然的運動規律，應當使用數學和實驗數據。牛頓對於宇宙間萬事萬物的運動的根本原因──萬有引力以及我們的宇宙為什是一個這樣的優美的體系的總原因的看法，集中表達了他對

6、於上帝的存在和本質的見解。每一個哲學家的最崇高的職責是認識並証明上帝的存在和完美，人類只能通過自然哲學去研究自然才能最終認識上帝。牛頓宇宙論宇宙中有上千億的星系，平均每一星系又約有上千億的恆星及各類天體。相對的，天文學家也有較多的“樣品”，可以拼湊出有關恆星與星系的完整理論。但是我們只有一個宇宙，建構一個合理的宇宙論並不容易，所以宇宙論標準模型---大爆炸學說，仍然有許多尚未解決的難題。天文學家提出暴脹理論(inflationarytheory)，解釋/解決部份宇宙論標準模型的困難，但終極的宇宙論仍在建構之中。現代宇宙論---宇宙源起宇宙的結構最遠的似星體～4000Mpc。

7、1pc：一秒視差角的距離3.26光年。區域結構地球->太陽系->太陽的鄰居->本銀河系->本星系群->宇宙的海棉結構。最大結構體–長城～200Mpc，遠小於己知宇宙的大小，所以只是區域結構。現有的觀測顯示，沒有比長城更大的結構。宇宙紅位移哈伯定律星系相互遠離，相距愈遠的星系，相互遠離的速度愈大。宇宙的起點很自然的推測：如時間倒轉，多久之前，所有的星系會聚集在一起？假設膨脹的速度一直不變，聚集發生的時間為多久以前？130億年。現代宇宙論---宇宙現況宇宙論原則(cosmologicalprinciple)：觀測顯示，