[原创]理论天文学发展 | 蜻蜓 | 自从人类诞生以来，就一直不断探索自身周边的环境与一切未知的领域，天文就是人类探索与认识的几个领域之一。
在远古，人们本着观察天相而习作，进而天文就成了人们日常生活中不可缺少的一部分了。天文学最早是以星相学的形式而出现，这点可以从考古出土的大量原始的壁画中找到证据。古人很好的利用动物形象来描绘天上的星座，从而记录一年四季、春夏秋冬，但在这方面有较突出成就的当属古埃及人，他们每年利用天狼星的出现来观察尼罗河水的涨落，进而发展成为利用尼罗河水来灌溉农田。星相学也为统治阶级服务了相当长的时间，地心说就是最具有代表性的，统治阶级把自己描述成为整个宇宙的中心，就连太阳、月亮等都围绕着自己转动，当时的人民也就接受了这样的事实，过着逆来顺受的生活，因而在那个年代里，主教和星相家有着极其重要的地位。
这种情况直到伟大的波兰科学家哥白尼的出现，由他创立了日心说，从而打破了长时间以来地心说的统治地位，从而给当时的统治阶级以沉重打击。日心说的主要内容为：地球象其他行星一样围绕着太阳这颗恒星运动，而这直接受到威胁的就是统治阶级在人们心目中的地位。所以哥白尼的著作也就被朝廷列为了禁书，他本人也被处于火刑，我们深深为这位伟大的先驱者所感动，他那种追求真理的精神是流传不朽的。
随着时间的推移和科学的进步，到了17世纪，英国的天才科学家艾萨克*牛顿的出现，给天文学的发展带来了飞跃式的发展，牛顿的伟大成就在于牛顿三运动定律和万有引力的提出。尤其是万有引力定律：万物彼此吸引，力量的大小与参加物质的质量成正比，且与它们之间的距离成反比。利用万有引力就可以计算出，比如太阳与地球之间的作用力，而牛顿三运动定律则能解决运动的问题，而牛顿作为经典物理学的创始人，直到今天，他的理论对于宏观上还是普遍适用的，但是随着人们对于微观世界认识的深入，牛顿三运动定律和万有引力定律已经不能满足人们对于宇宙的进一步认识，而另一位科学巨人爱因斯坦的出现为我们解决了一些更深入和抽象的理论。如果说牛顿的三运动定律和万有引力定律影响了几百年，并成了这几百年的主导思想，但我们也不要忽略牛顿在数学方面的成就，正是由牛顿创立了微积分，这为后面更加深奥与抽象的量子力学与弦理论奠定了坚实的数学基础。
理论天文学到了20世纪有了质的飞跃。1905年爱因斯坦提出了了狭义相对论。这个理论从根本上改变了人们认识 和运动的形式。在牛顿时代运动物体的速度是简单的相加减，而狭义相对论却否定了这个观点。首先狭义相对论所描述的基本观点，就是光速恒定不变，速度与质量的关系和参照系的选取。根据狭义相对论：在接近光速时，物体的运动只能无限接近或等于，而绝对不会大于光速的情况。而参照系的选取则是判断速度的关键，这就可以理解为参照系不同，速度也不同。狭义相对论的提出为日后广义相对论的提出奠定了理论基础。1921年爱因斯坦提出了广义相对论，这是一个更抽象的理论，其中包括：广义协变原理、等效原理、引力场。其中引力场理论是广义相对论里面的重要理论，这又为日后量子力学和弦理论的提出和发找打下了基础。在广义相对论中引力理论写道：质量的存在使空间产生弯曲，而空间的弯曲又给物体带来运动。可以用牛顿运动来解释：一个物体总保持静止或匀速直线运动，直到有外力改变为止。而广义相对论中：质量的存在使空间产生的弯曲就成了改变物体运动的外力，因而现在看来许多小行星或彗星会撞上质量大的星体可以理解为在质量大的星体周围空间弯曲而造成的改变物体运动的方向，大质量物体甚至可以改变光的颜色，由于光通过大质量星体附近时，会产生不可避免的偏转，而被拉长，由于波长变长，光而呈现出红色，而这种改变而产生的偏差，可以判断星体的位置和距离的变化。
随着科学的进一步深入发展，宏观的发展已经不能满足人们的求知欲望，科学开始转向微观的领域，而寻求宇宙之初的情况成了天文学发展的方向，这就是在宇宙诞生时，各粒子与作用力的情况。
量子力学是研究凝聚态、分子、原子、原子核及物理的原理的理论基础，是微观世界，电磁辐射及其相互作用的现代理论。它从根本上修改了物理世界的基础。在微观物理图景和微观规律的因果关系方面给物理学的基本观念带来了巨大变革。量子力学的产生是研究微观粒子的一门学科，它的出现对于四种力的统一提出了可能。在研究量子力学中概率论和不确定原理是其中最基本的内容，而辅以计算的抽象数学要再次感谢微积分的产生。量子力学是研究是研究粒子之间的相互作用，而这些粒子之间的相互作用力与场的关系就为四种力的统一提出了可能。电磁力与弱力（描述辐射中衰变的力）的统一，为电弱统一理论，电磁力与弱力与强力（把夸克束缚在质子里和中子里的力）的统一成为大统一理论，而四种力的统一则成为超统一理论。而在量子力学出现的新的名称夸克，则是存在于过去认为不可分的原子核里面。现在理论出现的六种夸克也都是对偶出现的，还有一些新的粒子，如胶子，则是强力的信使粒子等。当然量子力学的出现似乎又和相对论格格不入，但现在这理论已被人们普遍接受。
如果说相对论确立了宇宙是四维的：三维空间加上一维的时间，而弦理论的出现，有打破了这一观念。如果说量子力学是研究各粒子之间相互作用的话，弦理论可以认为是量子力学的深化与延展。原子在古希腊称为不可分的，而经过科学的发展，粒子已被弦所取代。弦理论认为宇宙的基本构成要素不是点粒子，而是是一根闭合的弦，长度相当于普朗克长度（10^-35米），而这些弦正是存在于各种夸克和胶子等粒子中，而各种粒子产生的弦也不相同，振幅大和波长小的，能量较大，反之则能量小。另外弦所携带的电荷、弱荷与强荷也完全由它的振动方式决定。在弦的振动模式中，可以认出与引力子性质完全相似的东西，从而保证了引力是弦理论的不可分割的一部分。弦理论的建立使人们认识到物质的每一个粒子，力的每一个传递者，都是由一根弦所组成的。另外弦理论的提出，使这些振动的弦产生了一个多维的时空，而这些维数我们却感觉不到，因为它们全部存在于中，从而隐藏了起来。弦理论的提出也最终为四力的统一提出了可能，弦理论在理解天文学方面，虽然才刚起步，但是高起点使它有了令人殷切的期待。人们关注四力的统一是揭示宇宙诞生时和初期粒子情况和各种作用力产生的情况，而科学的发展正逐渐满足人们的这种好奇心。
理论天文学的发展经理了几百年的时间，研究对象也从宏观世界转到了微观世界，在进入微观世界后，人们认识事物的观点立刻有了飞跃的提高，而纵观理论天文学的发展，是从认识物体开始的，也就是三维物体开始的，而到现在的弦理论，宇宙又成了多维化的集合体。这全部要感谢各方面科学家的努力，尤其是为科学而献身的人们。人类认识宇宙的角度是随着科学的发展而发展的，现在我们感叹于已取得的成就，但也许在不久的将来，更高理论的提出将人们的认识提高到更高的层次，我们拭目以待。2004-9-17 21:25:51 |
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