如何研究太阳系的形成和演化?
开普勒提出他的三大定律后,他和包括牛顿在内的一批杰出的科学家们立即开始了更深入的思考:为什么所有的行星都遵循同样的定律,做出相似的运动?在这三个规律内部,一定有一个更深刻、更普遍的规律在起作用。
牛顿捷足先登,用自己的微分法从开普勒定律中找到了这个更深刻更普遍的定律——万有引力定律。他准确地证明了同一种力支配着所有行星的运动,这就是太阳对行星施加的引力。它的大小与太阳和行星的质量成正比,与它们距离的平方成反比。
如果这种引力只存在于太阳和行星之间,这个定律的意义就非常有限了。在寻找引力的同时,牛顿还提出并研究了以下问题:地球引力的作用能达到多远?它能到达月球吗?引力,这种使所有靠近地面的物体都趋向地球中心的力,是不是也是使月球保持在轨道上的力?
牛顿圆满地解决了这个问题。他证明了支配行星绕太阳运动的力,支配月球绕地球运动的力,以及使物体落地的力都是完全一样的,都服从同一定律。事实上,这种吸引力存在于所有物体之间,所以他称之为引力,这是宇宙中最常见的力。
人与人之间有引力吗?是的。但是为什么我们一点都感觉不到呢?这是因为人的质量很小,相互之间的吸引力小到无法察觉。比如,假设有两个人并排站着,那么他们之间的重力小于一粒灰尘的重量。让人怎么感受?
然而,地球的质量要大得多。因此,在地球附近的大范围内,任何物体都很难脱离地球引力的束缚。
宇宙中恒星、星团、星系的质量比地球大很多倍,所以引力在宇宙这个巨大的舞台上发挥着无与伦比的重要作用。它在恒星的形成和演化中也起着重要的作用。
所以牛顿发现万有引力定律的意义是无法形容的。完全可以认为牛顿为人类找到了一把打开宇宙神秘王国大门的金钥匙。
恒星的寿命很长,演化也很慢。根据放射性元素的测定,地球的年龄是46亿年。太阳的年龄不会比地球年轻,也就是说太阳已经活了几十亿年了。恒星的寿命比人类长得多,所以人们无法看到恒星从诞生到死亡的全过程。人类文明史只有几千年,不可能在整个人类历史中积累一个恒星生命全过程的信息。恒星的长寿给我们研究它的历史提出了一个难题。
然而,人类的智慧不受时间的限制。它不仅可以克服空间的障碍去了解遥不可及的天体,还可以超越时间的限制去推断天体的过去和未来。
生物进化的研究在突破时间限制方面已经有了先例。人类只有最近几千年才有文化,但有办法了解从猿到人类几百万年的发展史,甚至从低等动物到高等动物的进化史。进化成功的关键在于它对有机体序列的掌握,从一个范畴到另一个范畴,有机体彼此非常相似,但也有一些差异。比如南方古猿-南方古猿-直立人-智人,或者鱼类-两栖类-爬行类-鸟类和哺乳动物,按照从低到高的顺序排列。顺序意味着很可能是一个按时间顺序的发展过程,因为事物的特征在渐变过程中不断变化。但这还不够。需要从生存条件的变化、生物群落之间的关系以及生物的内部因素来论证这种发展趋势的必然性。这正是进化所做的。这种方法对我们研究恒星的发展史很有启发。
恒星演化的理论是沿着类似的思路发展的。o .虽然我们无法观察一颗恒星从诞生到死亡的过程,但宇宙在时间上是没有尽头的。在无数的恒星中,有些是新生的,有些是垂死的,不同阶段的天体会同时出现在我们面前。我们有可能找到它们之间的序列,并进一步探索它们转化的条件,从而找出它们发展的规律,理清它们的生活史。