时空观改变了人类对宇宙的看法（何为宇宙）

时空观改变了人类对宇宙的看法（何为宇宙）广袤的宇宙空间那在人类历史上，出现过哪些宇宙观、世界观——即时空观呢？这些时空观对人类的发展和进步又有什么作用呢？时间和空间何为“世界”？“世界”一词乃是佛教用语，“世”指时间，如家世、人世、生世，“界”指空间，如地界、国界、修罗界——因此，“世界”和“宇宙”是同样的意思。

01“宇宙”与“世界”

何为“宇宙”？

先秦百家之诸子，其中有一子，名为尸子，曾对“宇宙”两个字做过说明。

尸子说：“上下四方曰宇，古往今来曰宙”——“宇”指的是空间，“宙”指的是时间。

所以“宇宙”就是我们所说的时间和空间的总和，“宇宙观”换句话说就是“时空观”。

时间和空间

何为“世界”？

“世界”一词乃是佛教用语，“世”指时间，如家世、人世、生世，“界”指空间，如地界、国界、修罗界——因此，“世界”和“宇宙”是同样的意思。

那在人类历史上，出现过哪些宇宙观、世界观——即时空观呢？这些时空观对人类的发展和进步又有什么作用呢？

广袤的宇宙空间

02时空到底存不存在？

在介绍人类历史上出现的时空观之前，我们先做一些哲学上的说明：

康德曾经探讨过一个问题：时空可能在客观上根本不存在。

注意，是客观上。无论如何，在主观上，我们已经感受到了时间和空间。

康德认为时空不过是一种先验直观感受，这种说法不无道理。

因为，我们感知事物必须通过自己的感知系统，比如眼睛、耳朵、手等，但这些系统感知的信息都汇总于大脑——一个封闭的感知领域。

所以，我们可能真的无法获知世界上是否有客观的时间和空间存在——这可能是我们时空观进一步发展所面临的最大问题！

不过，幸运的是，这种理论并不排除有一个真实的、客观的时空存在。

03人类的时空观的变迁史

抛开哲学的思辨，假设时空是客观存在的，人类历史上曾出现过的，对人类社会影响巨大的时空观有哪些呢？

人类的“时空观”几经变迁，我们讨论最主要的几种：

04盖天说

“天圆地方”，“天圆如张盖，地方如棋局”，天像“盖子”一样盖在大地之上，所以称为“盖天说”。盖天说主要存在于东方，最早可以追溯到商末周初。

有一首南北朝时的北朝民歌《敕勒歌》：“敕勒川，阴山下。天似穹庐，笼盖四野，天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊。”说的就是这种意象。

在盖天说中：神龟背上驮着大地，天地之间相距8万里，如下图：

盖天说

05地心说

说起地心说，很多人以为是科学时代的理论，其实不然。早在2000多年，西方就是地心说了。

古希腊的埃拉托色尼早就计算出了地球的半径大致是6000公里，与我们现在测量的6400公里相差不大。

地心说认为，地球是宇宙的中心，日月星辰都绕着地球运转，最著名的就是托勒密的“地心说模型”了。这个模型非常复杂，也非常巧妙，而且建立在精致的数学之上。

托勒密

值得注意的是，在地心说出现的同时，日心说也已经出现了！也就是说，在古希腊就有人认为太阳是地球的中心，地球绕着太阳转动！

遗憾的是，当时的日心说解决不了一个问题：

如果按照日心说的设定，地球绕着太阳转动，转动速度一定是非常快的（古希腊时代的数学水平非常高，看看埃拉托色尼就知道了）——那么，人为什么没有从地球上掉下去呢？

在不知道惯性和运动相对性的时代，对于日心说而言，这个问题还真是让人头疼呢！

托勒密的地心说模型，非常复杂

06日心说

“日心说”又称为“地动说”，是和地心说相对立的时空观。

“日心说”的提出者是波兰的天文学家哥白尼，“日心说”之所以成功的一个很重要的原因就是它有媲美托勒密“地心说模型”的数学性。

同时，“日心说”开启了大航海时代，对西方近代的发展起到了举足轻重的作用。

哥白尼

当然，也有一些忧伤的故事：哥白尼的《天体运行论》在其死后才得以出版；布鲁诺由于捍卫“日心说”而被烧死在罗马的鲜花广场。

07牛顿的绝对时空观

牛顿对物理学的贡献毋庸置疑，牛顿的力学三大定律和万有引力定律，为人类搭建了一个全新的、先进的时空观。

牛顿的学说可以理解为“绝对时空观”——时间和空间是独立于物体和运动之外的，就如同舞台和背景音乐。

牛顿认为宇宙有一个绝对的中心，当然这个中心不是地球，也不是太阳，但一定有一个绝对静止的参考系——这就是后来大名鼎鼎的以太。

在牛顿的时空观里，不同惯性参考系之间观察到的运动学参数，都可以通过伽利略变换而联系到一起。

牛顿的理论获得了空前的成就，在万有引力定律的帮助下，人们仅仅通过计算就发现了新的行星——海王星。

可以说，整个工业革命就是建立在牛顿的时空观之上的！

纸上发现的行星：海王星

08爱因斯坦的相对时空观

牛顿的绝对时空观统治人类200年，在19世纪末出现了问题。

为了测量地球在以太中的运行速度，迈克尔逊和莫雷进行了著名的实验，史称迈克尔逊-莫雷实验。

实验用到的仪器

这是一个成功的“失败实验”——在实验上，它是成功的，但是在寻找以太上，它失败了！

以太并不存在，更重要的是，光速与参考系无关！

在此及此后一系列实验的基础上，爱因斯坦提出了光速不变的设定，驾驶者光子的列车，带人类进入相对论时代。

一种新的时空观诞生了！

爱因斯坦的学说可以理解为“相对时空观”，时间和空间与物质交织在一起，受到运动等因素影响，比如运动和引力都可以使得时间变慢。

在相对时空观下，物理学再次获得突飞猛进的发展！人类也进入信息时代。

不管你是否感觉的到，我们现在的生活已经离不开爱因斯坦的理论——比如，GPS导航中的参数，必须用相对论做修正才能使用。