早在春秋战国时期,天文学家和数学家石申就创立了早期的占星术,著有《天文》8卷,西汉以后此书被尊为《石氏星经》
因此我国的星相学(占星术)也是由来已久!可以这么说:基本上有人的时候就有了占星术。人类出于对自然天象的好奇和敬畏,总是喜欢把星辰、行星在天空中的排列和人的命运、行为联系在一起,后来就发展成了西方的黄道十二宫,在一年中平分出来的十二星座和我国的十二年周期的十二属相,根据人的出生地、日期来预测一个人的性格、命运等等,这构成了占星术的基本内容。
虽说现在的天体物理学已经发展到了前所未有的高度,我们甚至可以根据我们最好的引力理论反过来预测一个天体运行状态的过去和未来,但是目前还是有很多年轻的朋友对星相学那是趋之若鹜!下面我们就从科学的角度来看天体的排列、位置和人们的生活到底有没有关系?星座和科学到底有没有关系?
在一年中的不同时期,我们为什么会看到不同的星座
不可否认,离地球最近的恒星太阳对我们的生活有着巨大的影响。昼夜的交替和时长是由地球的自转和太阳在天空中的路径决定的,太阳每天从东方的地平线升起,沿着每日的弧线上升到天顶,然后从西方落下。
在春天和夏天,白天的时间更长,太阳在天空中的位置也更高;在秋天和冬天,白天时间更短,一年中白天最短的一天发生在冬至,而且这一天太阳在天空中的划过的弧线也最靠近地平线。
人类学家认为,人类历史上最古老的节日恰好发生在冬至后的几天,当时人们庆祝的是太阳没有沉入地平线以下,而是继续在地平线处升起,从而迎来新的一年。
现代城市的光污染越来越严重,加之空气条件的变差,我们基本看不到一个真正完全黑暗的天空,要是古人生活在现代,根本不可能有夜观天象这么一说,因为他们什么也看不到!但是不可否认的是,每一天太阳落山后,都有一个独特的夜空。
虽然古人能观察到黑暗夜空变化的奇观,但是随着现代科学的出现,我们可以解释为什么夜空中的景象会发生变化。我们在一年中不同的时间会看到不同的恒星和不同的星座,这是因为地球每时每刻都在围绕太阳公转。从12月到3月份,猎户座在夜空中更为突出,相信大家深有体会,因为这个时候地球的夜晚面朝着猎户座的方向,而像夏季星座天琴座和射手座从6月到9月在夜空中会比较明显。
古人的星相学是怎么来的?
在我们认识到夜空中的恒星和我们的太阳一样之前,在我们认识到即使是离我们最近的恒星距我们也有数万亿公里之前,在我们认识到夜空中的恒星位置并不是固定不变的,而是在数千年的时间尺度上运动之前,我们一直认为:
地球是宇宙的中心。整个夜幕围绕着地球24小时旋转。太阳和月亮以及其他行星,包括绕地球轨道上的各种恒星和星座似乎是造成地球上各种不可解释现象的原因。毕竟以当时人们的认知,这是一个比较合理的推测。
在我们知道地球轴向倾斜、日心说或恒星本身的性质之前,更不用说生物学等更为复杂基础科学知识,因此古人在当时的情况下是没有办法解释地球的四季变化!而且当时的人们也会观察到人的行为每年或每一季都不一样,或者出生在一个特定时期的人似乎有不同的特征,那么人们会把这中差异变化归因于什么?
由于认知和基础科学的缺失,虽然我们不了解到底发生了什么?但是古人的思想很活跃,有很多可能性来解释这些感知到的差异,包括:
孕妇在怀孕期间的饮食,可能会造成一个人的差异一个人童年时期所处的环境因素,也就是地点,可能会造成一个人的差异或者,一个人出生时当时的环境温度或天气这类看似简单的问题,也会造成一个人的差异。还有一种可能性,就是一个人出生的时间问题,也会造成一个人的差异。事实证明,不同的文化选择了不同的符号或预兆,我国古人选择根据某人的出生年份来进行预测,而欧洲人则根据太阳、月亮和行星的位置来进行预测。
星相学和科学有多大的关系?
星相学和我们现在的科学观点一样,也有一个合理的理论和机制:这些精心测量的量(天体的相对位置)可以影响一个人的性格、性情和命运。
但是,如果一个理论想被认为是一门科学,它不仅需要一个合理的解释,而且需要对其进行严格的验证。我们需要知道的是:科学既是知识的主体,又是过程的一部分,它包括:
科学能够做出具体的,可测试的预测。科学具有验证或证伪预测的能力。科学需要经过实验和观察的严格审查。如果我们想知道星相学(占星术)是否有科学价值,我们就需要星相学做出预测,并且对这些预测通过实验或观察来验证或证伪。
通过星座我们可以做出诸如?一年中某个时间出生的人比其他时间段出生的人更有创业精神?之类的预测,那么我们就应该在统计学上看到,例如:具有某种星座的白手起家的百万富翁的比例会更大。同样的,如果一个星座预测出一个时间段出生的人?更有可能获得尊重和和权力?,那么我们也会在统计学上发现拥有一定权力和影响力的星座占了上风。
星相学可能有也可能没有科学依据,就像许多其他心理学的假设一样(迈尔斯-布里格斯性格分类法)可能有也可能没有,但我们可以进行测试并找出答案!
1985年,科学家肖恩?卡尔森(Shawn Carlson)对占星学(尤其是出生时间占星学,基于一个人出生的日期和时间)及其科学价值进行了双盲测试。
双盲测试(double blind test),简称盲测,是指在试验过程中,测验者与被测验者都不知道被测者所属的组别(实验组或对照组),分析者在分析资料时,通常也不知道正在分析的资料属于哪一组。
卡尔森的研究发现,在测试中没有任何占星学的预测在统计上与随机事件有显著的不同。也就是说,星座对人性格的预测和随机事件完全无法区分。星相学目前已经发展成了一种文化,可能还有一些用处,但迄今为止还没有任何基于星相学理论的说法的到科学的证实。
总结:星相学只是对人和人之间差异的一种可能的想法,也是一种文化
在一年中不同时间出生的人,或在不同地点出生的人,饮食不同的人,在不同纬度出生的人,在不同环境或压力因素出生的人,以及在不同的自然灾害发生或没有发生的时候出生的人,都存在内在的差异,这是一个复杂的系统科学,由随机性掌控!而占星学只是解释人和人之间差异的一种可能的想法,并没有科学证据的支持。
太阳决定季节,但不能决定我们的性格;月亮的相位决定潮汐和某些夜行动物的行为,但不能决定我们的命运。据我们所知的科学知识而言,我们不能把自己目前的处境和未来归咎于离我们有数十光年外的星星!
关于科学家的谣言
关于科学家有许许多多的谣言。典型的就是科学家晚年信奉神学,牛顿就是经常被拎出来说事的物理学家。但实际上,在欧洲中世纪,西欧的各个国家都是基督教国家,当时的新生儿出生后都要受洗,信基督教就好比中国儒家一样。因此,牛顿是从小的信奉基督教,而不是到了晚年才开始信。
除了牛顿这种谣言,还有两位完全的无神论者爱因斯坦和达尔文,毕生都未曾信奉过神学。但是也经常被造谣到了晚年开始信奉宗教了。当然,如果你要问造谣的人有什么证据,要么拿出的是地摊文学,要么连证据都拿不出来。
同样的,一直谣传说爱因斯坦晚年说过:一切都是安排好的。实际上也是一个很典型的谣言,因为即便你查遍爱因斯坦的笔记和文献,你也找不到这样的一句话。晚年的爱因斯坦并没有发现任何奇怪的事情,他一直在钻研终极理论,而不是神学,只不过他一直到去世之前,也没有找到终极真理。
不过,这句话也算是瞎猫碰上死耗子。这是因为爱因斯坦曾经说过:上帝不掷骰子。
这句话和一切都是安排好的异曲同工。这句话起先是他用来反驳以波尔为首的量子力学哥本哈根学派的不确定性的?观点?。这里的上帝指的其实是最终的真理。
所以,爱因斯坦实际上属于决定论者,他认为存在一个绝对真理。那究竟是咋回事呢?
上帝掷骰子吗?
话说,自从牛顿提出了万有引力定律和牛顿三大定律之后,科学家开始能够描述各种物理学现象,甚至可以做出极为准确的预言,他们仅仅依靠纸和笔,就可以预言海王星的存在,然后再让人去观测。这种情况一直延续了很久,后来麦克斯韦提出电磁学理论,进一步强化了这个观念,即便是后来发现牛顿力学和电磁学理论在光速这件事上是有矛盾的,但是也因为相对论的出现而得以解决。
所以,曾经有一个数学家同时也是天文学家的拉普拉斯就提出过一个观念,他认为如有存在着一个?精灵?,他知道宇宙中每个粒子的位置和动量信息,并且知道这个宇宙的物理规律,那它就可以准确知道任意时刻,宇宙的发展变化情况,我们也把这个精灵叫做:拉普莱斯妖。
同时也把这种观点称为决定论。爱因斯坦其实就相信存在着绝对的真理,可以描述宇宙的发展变化,科学家也把这个理论称为大一统理论。当然,目前也没有人可以做出这个理论。
可是,20世纪初,几乎和相对论同时诞生了一个新的物理学理论,也就是大名鼎鼎的量子力学。这个理论经历了几代科学家的努力,海森堡提出了著名的不确定性原理,薛定谔提出了著名的波动方程,以及狄拉克证明了两者等价。
科学家猛然发现,不确定性原理和决定论是有矛盾的。具体来说就是,不确定原理是说,粒子的动量信息和位置信息是不可能同时获得的,得到的动量信息越准,位置信息就越不准,反之也是如此。而这一切又是因为观测本身就会对粒子造成影响。
因为这从根基上就否定了决定论。不仅如此,通过不确定性原理,我们可以推知,原子核外的电子是呈现概率云的形式,我们不知道某一时刻它具体在哪,我们只知道在某个位置的概率是多少。
爱因斯坦是很反对这样的看法的,所以他才会说,上帝不掷骰子,实际上反对的就是这种随机性的描述,他认为量子力学是不完备的,应该存在着一个绝对客观的真理。爱因斯坦的后半生就一直在寻找这个大一统理论,但最终宣告失败。
实际上,爱因斯坦和波尔的论战持续了多回,两人在到达生命终点前,都还在研究这些问题。如今来看,随着科学家更多的实验研究,量子力学的观点占据了上风,成为了描述微观世界的主流的科学理论。
但是事实上,决定论和不确定性的争论还未结束,或者我们可以说他们代表着两种价值观,就看你愿意相信哪个。
前几期的视频我多次说到,人类确定原子的存在是一件非常艰难的事情,虽然从古希腊开始,人们就说过,物质是由原子构成的,这些原子就是没有结构的实心小球,不可分割;
但2000多年来,原子只是哲学上的思辨,并没有充分的论证,所以对科学来说没有多大的意义。
到了19世纪,关于原子是否存在分成了两派,一派是毫无理由的相信原子的存在,另一派就是毫无理由的不相信原子的存在。
这两派之间的争论俗称抬杠,目的就是看谁先被气死。很显然19世纪的麦克斯韦、玻尔兹曼相信原子存在,他俩通过假设原子的存在,利用统计学去研究分子的热运动,解释了气体的宏观性质,宏观性质都有啥?比如我们人为能感受到的温度和压力。
而反对原子论的人就有赫赫有名的大科学家马赫以及奥斯瓦尔德,这两人的资历和威望非常高。
由于麦克斯韦主要的研究领域不在热力学,而且他去世得也早,因此玻尔兹曼就成为了主要的攻击对象,在长时间的与人争论中,玻尔兹曼越来越觉得自己被孤立了起来,甚至觉得别人都看不起他,长时间的这种心态就导致了他的精神出现了严重问题,加上病痛的折磨,于1906年结束了自己的生命。
按理说,原子是否存在,以及原子的化学性质这些问题都是化学家的事情,但是此时的化学家只能通过元素之间的化学反应,归纳出一些表象规律,对研究原子来说并无多大的实际意义。
所以还得物理学家出手解决这些问题。对原子是否存在的研究并不是简单地通过某一项实验直接确定的,而是一个循序渐进的过程。
这还得从1858年说起,这一年德国物理学家“尤利乌斯·普吕克”在研究低压真空管放电实验的时候发现,低压真空管阳极一端的玻璃壁上出现了绿色的辉光。
低压放电管的结构很简单,里面有稀薄的气体,一端是阴极、一端是阳极,各自连接一个金属电极,在两端加几千伏的电压后,就能在阳极玻璃管上看到微弱的绿光。
为了进一步研究绿光的来源,英国人克鲁克斯改进了真空放电管,改进后的管子叫克鲁克斯管。也就是图中的样子。
在管子的末端涂上荧光粉,然后在前面放一个金属薄片,通电以后,可以看到金属片的阴影投在了末端玻璃管上。
这说明,有一种看不见的东西从阴极发射了出来,可以肯定它的穿透力不是很强,打在末端的荧光粉上,使得荧光粉发出了明亮的绿色辉光。
这种看不见的东西是啥?当时谁也不知道,不过给它起了一个名字叫:阴极射线。这种神奇的现象立即引起了人们的兴趣,各大实验室的物理学家都开始把玩阴极射线管。
你能想到,就这一个小小管子,让人类顺着线索发现了放射性,发现了元素的衰变;也让人类发现了原子的组成部分。
关于阴极射线到底是啥?一开始英国人和德国人就吵了起来,英国人说这是一种带电粒子,德国人说这是类似于紫外线的电磁波,当时他们把电磁波叫以太波。
英国说这话的人是瓦尔利,因为他发现阴极射线在磁场中会偏转,德国说以太波的人是赫兹,他发现这玩意在电场中不发生偏转。
德国除了赫兹,维尔茨堡大学的伦琴也在实验室摆弄阴极射线管,在研究阴极射线的时候,通常要关灯、拉窗帘,在暗室中实验效果更好一些,有天他无意中把一个荧光屏放在了阴极射线管的旁边,这时他发现除了玻璃管的末端,在距离射线管比较远的荧光屏上也看到了绿色闪光。
他为了确认,是不是有阴极射线跑出来了,就用黑纸包裹玻璃管,用纸片,木板遮挡,都无法消除闪光,只有换了稍微厚一点的金属板的时候,才消除了荧光屏上的闪光。
伦琴确认,这并不是阴极射线,因为这种看不到的新射线穿透能力非常强,他用代表未知的字母X,将其命名为X射线。
关于X射线是如何在阴极射线管中出现,这个问题我会在后面的视频中提到。我们接着往下说;
1895年12月28号伦琴以一篇题为《关于一种新射线》的文章发表了他的发现。
X射线瞬间点燃了科学界的热情,也在全世界引起了巨大的轰动,各大报纸头版头条疯狂报道,如此轰动的原因是,伦琴照出了人类历史上第一张人体X射线的照片,在所有的人看来,这个发现跟魔法一样神奇。
消息很快传到法国,法国人贝克勒尔知道伦琴的发现以后,比任何人都兴奋,因为他家祖上就是研究荧光物质的,比如有些铀矿石在黑暗环境下就能发出幽幽绿光,不过非常暗基本上看不到,但是把铀矿石放在太阳底下暴晒一下,荧光就会变得非常强烈。
贝克勒尔就想,铀矿石在太阳下一晒,是不是也能发出X射线,结果发现只要是含铀的荧光物质,不需要暴晒就能释放出看不见的辐射,将照相底片曝光。
这是人类首次发现的元素放射性现象,不过放射性这个词是后来居里夫人发明的。在贝克勒尔之后,居里夫人成为了法国乃至当时全世界放射性研究的先驱。
1896年,在英国卡文迪许实验室,给汤姆逊当助手的卢瑟福,正在按照导师的要求研究X射线,对气体产生的效应时,听说了贝克勒尔的铀射线。
他决定从穿透能力的角度研究下铀射线,卢瑟福发现铀释放出来的射线有两种,一种穿透力很弱,一张纸就能把它挡住,命名为α射线。
一种穿透能力稍微强一些,需要一张薄铝板才能挡住,跟阴极射线的穿透能力差不多,命名为β射线,后来证实阴极射线和β射线其实是同一种东西。
随后德国物理学家发现钍及其化合物也能发出辐射,卢瑟福发现钍的辐射中有一种射线穿透力明显强过于前两种射线,按照字母顺序就叫它γ射线吧。
1901年卢瑟福先是发现了放射性的半衰期,也就是元素放射性强度下降一半所需要的时间。随后又同英国化学家索迪发现了,元素的嬗变现象,也就是元素在经历了放射性辐射以后,就转变成了另外一种元素。
这一发现一下圆了化学家点石成金的梦想,牛顿要是知道这事,估计能激动地哭出来,这是他最爱的事业。
至此元素的放射性,以及元素的嬗变,就成为了原子存在的证据之一。
大家别忘了,阴极射线的事情还没有解决呢。当年问题卡在了有人发现它在磁场中会偏转,又有人发现它在电场中不偏转,这不是互相矛盾吗。
卡文迪许实验室的掌门人汤姆逊在1897年的时候,决定重新研究阴极射线,他发现赫兹之所以在电场下不能偏转阴极射线,是因为真空管中有残留的气体干扰,将气体抽干净以后,阴极射线可以在电场下偏转,从而也证明了这是一种带负电的粒子。
接着汤姆逊给阴极射线在同一方向上同时施加电场和磁场,通过调节两者的强度,使得阴极射线正好沿着直线打在探测屏上,并且算出了粒子的荷质比。
不管阴极换哪种金属材料,粒子的荷质比都不会发生变化,汤姆逊猜测这种粒子是所有元素所共有的一部分,取名为电子。
元素既然有带负电的电子,那么它肯定有带正点的粒子,因为物质是电中性的,所以电子的发现也成为了原子存在的证据,也表明了原子可再分。这个问题可是争论了几千年的话题,不知道气死了多少人。
1903年卢瑟福还根据自己对原子结构的研究,提出了一个广为人知的原子模型。这个问题在下个视频中我们会提到。
最后一个为原子存在盖棺定论的发现是,1905年爱因斯坦发表的一篇,关于解释布朗运动现象的论文,以纯理论的方式证实了原子存在的真实性。
布朗运动发现的比较早,大约在1827年,说的是,植物学家布朗观察到落入水中的花粉在做随机的不规则运动。
80年间没有一人想清楚这是咋回事,唯独爱因斯坦通过分子热运动理论解释了花粉的不规则运动。
要不我经常说,爱因斯坦的数学影响不了他的伟大,因为他的物理直觉无人能及。
总结一下,原子存在的证据有:放射性的发现,元素的嬗变;电子的发现;以及对布朗运动的解释。
到1905年之后,基本上已经没人怀疑原子存在的真实性,那么接下来的工作就是既然原子存在,而且还可再分,那么原子的结构是怎样的?
这是下个视频,我们要说的内容。
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文章不错《科学咋说》内容很有帮助