自然科學(xué)的發(fā)展對人類社會的促進(jìn) ——以天文學(xué)為例

1、曲阜師范大學(xué)課程論文（2015-2016學(xué)年第 一 學(xué)期） 課程名稱： 自然科學(xué)概論 適用專業(yè)： 思想政治教育 自然科學(xué)的發(fā)展對人類社會的促進(jìn) 以天文學(xué)為例 王院喜 2012414359摘要：天文學(xué)發(fā)展的歷史悠久，當(dāng)人類文明產(chǎn)生以后，天文學(xué)也隨著產(chǎn)生和發(fā)展起來。天文學(xué)正朝著更加精細(xì)的方向發(fā)展。本文主要介紹了天文學(xué)發(fā)展對我們?nèi)祟惿鐣呢暙I(xiàn)及重大意義。我們一起期待著天文學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展為科學(xué)事業(yè)和人們的社會生活創(chuàng)造幸福。關(guān)鍵詞：天文學(xué) 進(jìn)程 人類社會 重大意義 貢獻(xiàn)引言：天文學(xué)是研究宇宙中天體和天體系統(tǒng)的形成、結(jié)構(gòu)、活動和演化的科學(xué)。探索天體演化是人類認(rèn)識自然規(guī)律中的最根本的問題之一。天文學(xué)與我們的

2、生存環(huán)境息息相關(guān)，它在提高全民族的文化素質(zhì)、培養(yǎng)科技人才和樹立正確的世界觀等方而有著不可替代的作用。天文學(xué)與其他科學(xué)技術(shù)相互影響、相互促進(jìn)，是當(dāng)代推動高科技發(fā)展和社會進(jìn)步的最活躍的因素之一，同時也是當(dāng)代最活躍的前沿學(xué)科之一。 一、天文學(xué)的發(fā)展進(jìn)程 天文學(xué)中發(fā)展最早的就是天體測量學(xué)。古代的天文學(xué)家在測量星星的基礎(chǔ)上觀測到恒星位置基本是沒有變化的，據(jù)此就制出了星圖，并對星座進(jìn)行劃分和編制出星表;再對太陽、月亮和行星的運動進(jìn)行研究時，編制出了歷法。在17世紀(jì)，不僅發(fā)明出了望遠(yuǎn)鏡，微積分也被創(chuàng)立起來，還發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，且還建立起巴黎天文臺和格林尼治天文臺。 當(dāng)前，在天體測量學(xué)中用到的測量于段越來越

3、多，山最初的可見光觀測發(fā)展到現(xiàn)在的射電波段、紅外、紫外、X射線Y射線波段等，而對天體進(jìn)行觀測的范圍也在不斷擴展，如星數(shù)多、星等暗的光學(xué)恒星、射電源及紅外源等，并且對它們的觀測精度也在不斷的進(jìn)行提高。在16世紀(jì)哥自尼提出日心體系后，17世紀(jì)的開普勒提出了行星運動三定律，后來伽利略又在力學(xué)上進(jìn)行了研究，這些為創(chuàng)立天體力學(xué)作下鋪墊。17世紀(jì)牛頓提出萬有引力定律后，天體力學(xué)就產(chǎn)生了。天體力學(xué)在天文學(xué)中也是發(fā)展較早的一個學(xué)科。它產(chǎn)生后，天文學(xué)家從對天體的兒何關(guān)系簡單的描述中進(jìn)入到了對天體相互之間的作用進(jìn)行研究的階段。天體力學(xué)研究對象主要是太陽系中的天體。在微積分創(chuàng)立后，成為了天體力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，而分析力

4、學(xué)則是力學(xué)基礎(chǔ)。天體力學(xué)的發(fā)展主要是在19世紀(jì)后期到20世紀(jì)的50年代，太陽系中人量的小天體也是其研究的對象。在20世紀(jì)50年代后，天體力學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個新的時期，人造天體和恒星系統(tǒng)也成了天體力學(xué)的研究對象。 二、天文學(xué)研究的特點 天文學(xué)研究除了與其它自然科學(xué)研究的相同點外，還有一些特點。 第一，由于研究對象是廣襲的宇宙，除了少數(shù)太陽系天體可以直接采樣外，幾乎全部信息來自它們的電磁輻射(還有引力波、中微子和宇宙線)。我們不能主動去實驗，只有被動地觀測。這一基本事實說明了觀測在天文學(xué)研究中的特殊重要性。因此，觀測手段和技術(shù)方法的不斷創(chuàng)新成為貫穿天文學(xué)發(fā)展過程的主要線索。 第二，天體的電磁輻射(

5、及其它)是在天體上包含眾多因素的復(fù)雜過程中產(chǎn)生的，天文學(xué)無法象其它自然科學(xué)那樣把這些因素隔離開來進(jìn)行實驗研究，而只能被動地觀測天體上進(jìn)行的復(fù)雜過程的綜合結(jié)果。因此，天文學(xué)研究的方法論有其獨特之處。它要求對天體的全局的認(rèn)識。整個天文學(xué)的研究應(yīng)該是全波段的。在觀測上便往往要求在整個電磁輻射譜多波段上多種手段(如強度、偏振、譜等)的配合，甚至是同時的聯(lián)合觀測;在理論上強烈依賴模型和假設(shè)，結(jié)果的不確定性較大而概念的交替迅速。 第三，天體的演化(誕生、成長和死亡)歷史是如此漫長，相比之下，人類幾千年的文明史、近代天文學(xué)幾百年的歷史不過是“一瞬”。從這“一瞬”來探討天體百萬年以至百億年的演變，應(yīng)該說是天文

6、學(xué)研究的又一個特點。人類雖無法進(jìn)行長達(dá)億年的觀測，卻可以觀測數(shù)以億計的天體;而一個天體的物理特征，除了反映它的基本結(jié)構(gòu)外，還反映它所處的演化階段。由于光速的有限，所觀測的眾多天體(特別是河外天體)代表著時間上各不相同的各種“樣本”，包含著上百億年的演化線索。這意味著觀測積累、統(tǒng)計分析和樣本研究的重要性。 此外，還應(yīng)提到天文學(xué)研究的二個其他特征。由于對象是天體，在某一地點只有一定時間才能觀測一定范圍的天區(qū);局部氣象條件又會影響觀測;再加上獨特的天文氣象要求，這一切需要觀測設(shè)備、天文臺有一個合理的地理布局，甚至全球范圍內(nèi)的合理布局。 大型觀測設(shè)備造價昂貴，但通用性強，配上各種附屬設(shè)備，可以支持多個

7、領(lǐng)域的許多研究課題。而由于天體層次多樣、門類豐富、數(shù)目繁多，大、中、小型設(shè)備又是互相補充的。空間觀測設(shè)備固然威力巨大，但畢竟造價極高，為數(shù)不多，觀測時間有限，而難于裝備重型附屬設(shè)備，因此，空間和地面觀測設(shè)備也是互相補充的。 三、天文學(xué)的貢獻(xiàn) 愛因斯坦說:“宇宙最不可被理解的事情是宇宙可以被理解。”這是人類的驕傲。天文學(xué)讓我們更深切地?zé)釔廴祟惖募覉@-地球，也激勵著人類不斷求知。 關(guān)于天文學(xué)的歷史地位，國際天文聯(lián)合會在將2009年宣布為“國際天文年”時，曾高度概括地回答了這個問題:天文學(xué)是歷史最悠久的科學(xué)，它幾乎對歷代所有文化都作出了重大貢獻(xiàn)。 那么，我們?nèi)绾卫斫馓煳膶W(xué)“對歷代幾乎所有文化都作出了

8、重大貢獻(xiàn)”這一結(jié)論性的闡釋呢? 首先，天文學(xué)可以說是人類啟蒙時期最重要的文化成果之一。最初，觀察天象并不是一種科學(xué)活動，而是人類啟蒙時期的一項文化活動。它出現(xiàn)在文學(xué)、藝術(shù)、宗教等領(lǐng)域，也滲透到建筑美學(xué)中。既表達(dá)了人類對宇宙的和諧與美的向往，也反映了人們對神靈的崇拜與敬畏。所以，天文學(xué)的發(fā)展史也是一門科學(xué)與文化相映成輝的交融史。 其次，天文學(xué)是推動人類宇宙觀發(fā)展的科學(xué)。任何一次人類對宇宙認(rèn)識的飛躍，都伴隨著一場壯烈的思想革命。比如16世紀(jì)的地心說與日心說之爭，它并不僅僅是不同學(xué)說之間的科學(xué)辯論，更是一場關(guān)于宇宙觀的深刻的思想革命，也是一次反抗神權(quán)的嚴(yán)酷的政治斗爭。日心說的勝利是關(guān)于人在宇宙中地位

9、的第一次認(rèn)識上的飛躍:人類所居住的地球并不是宇宙的中心。而隨著天文學(xué)的發(fā)展，20世紀(jì)初人類又進(jìn)一步認(rèn)識到，太陽所在的銀河系也并非宇宙的中心-20世紀(jì)中葉，宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)，證明了宇宙是根本沒有中心的平等世界，人在宇宙中沒有優(yōu)越的地位。這些發(fā)現(xiàn)不僅激發(fā)了人類去別的星球上尋找是否有生命存在的欲望，也為人類前往已經(jīng)在太陽系外找到的300多個行星或行星系統(tǒng)上探尋地外生命及其生存智慧，邁出了堅實的第一步。伴隨著人類宇宙觀的進(jìn)步，激烈的思想斗爭從來沒有停止過，最近一次是發(fā)生在20世紀(jì)中葉關(guān)于大爆炸宇宙學(xué)的爭論。 天文學(xué)讓我們更深切地?zé)釔廴祟惖募覉@-地球。它告訴我們，雖然宇宙處處平等，地球不是宇宙中心

10、，但地球在宇宙這個大家庭里卻擁有適合生命四季繁衍的一切元素，包括它的質(zhì)量、密度、與太陽的距離、近似的圓軌道、傾斜的自轉(zhuǎn)軸等等。在茫茫宇宙中，能擁有這么多適合生命繁衍的元素的星球，雖然預(yù)計不會僅有地球一個，但也一定極其罕有珍貴。這在某種程度上也啟示我們，人類要遷移到別的星球幾乎是完全不可能的，如果人類要延續(xù)自身，就必須愛護(hù)地球。 再者，天文學(xué)自其誕生伊始，就與社會生產(chǎn)息息相關(guān)。觀天是人類最早的指導(dǎo)生產(chǎn)實踐的科學(xué)活動。當(dāng)人類從以采集和狩獵為生，進(jìn)步到以種植為生的農(nóng)業(yè)社會時，人類也逐步通過觀天，掌握了不少星座在天彎間的更替規(guī)律，及其與地球上季節(jié)變化的關(guān)系。這些知識指導(dǎo)著當(dāng)時的農(nóng)業(yè)播種與收獲。此外，如

11、果沒有天文學(xué)為航海導(dǎo)航，也就沒有后來海上商業(yè)貿(mào)易的興起和新大陸的發(fā)現(xiàn)。直到今天，全球定位(GPS)、衛(wèi)星定軌、導(dǎo)航及空間安全期預(yù)報都離不開天文學(xué)。天文學(xué)發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)天體成為宇宙中最精確的慣性坐標(biāo)系，它是高精度大地測量、研究大陸漂移所必需的參考系。如果說，時間和空間是物質(zhì)存在與運動的形式，人類一切活動都離不開時間，那么，天文學(xué)始終在為人類認(rèn)識時間、把握時間服務(wù)，它的作用與意義滲透到人類生活的每一個時刻中。 天文學(xué)之所以始終站在自然科學(xué)的前沿，是因為它研究的對象是我們的宇宙，而宇宙是一切形態(tài)的物質(zhì)及其運動的總和。其時空之廣延，形態(tài)之多樣，變化之劇烈，條件之極端，是地球上任何人造實驗室都無法完全達(dá)到

12、的:-宇宙是最理想的引力實驗室。人類是在宇宙演化進(jìn)程中誕生的。所以，人類在研究宇宙的同時，也是在認(rèn)識人類自身，認(rèn)識人類在宇宙中所處的地位。愛因斯坦曾說道，“宇宙最不可被理解的事情是宇宙可以被理解。”這是人類的驕傲。宇宙雖然可以被理解，但又永遠(yuǎn)不能被窮盡。宇宙的魅力激勵著人類不斷求知，是推動人類進(jìn)步的源泉之一。 四、天文學(xué)對人類發(fā)展的意義 天文學(xué)在人類文明中有著十分重要的作用。在人類文明發(fā)展的初期，在人們的生活中是沒有年代、季節(jié)、時間和日期的。到了上古時代，人們會根據(jù)太陽來判斷時間和日期，并以此來進(jìn)行勞動。 我國在春秋時期，發(fā)明出了以土圭對日影長短進(jìn)行測定來確定出季節(jié)和一年的長度。到了西漢，二十

13、四節(jié)氣形成，二十四節(jié)氣是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要準(zhǔn)則。在古埃及，人們確定季節(jié)主要是根據(jù)天狠星的位置，并以此掌握了尼羅河的泛濫時間。 現(xiàn)代化技術(shù)的日益發(fā)展，人類對天文學(xué)的要求也越來越高，對天體產(chǎn)生的影響也越來越敏感。人類利用天文學(xué)主要是來認(rèn)識宇宙的，因此天文學(xué)對人類發(fā)展觀有著特殊的作用。比如，托勒密地心體系形成后，人們在一定的條件下開始形成對宇宙結(jié)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)識的模型。這一體系的觀點和宗教中地球是宇宙中心的觀點是一樣的，因此這一體系在當(dāng)時的歐洲是受到擁護(hù)的，一直維持了有1400多年。 而在天文學(xué)不斷發(fā)展中,誕生了哥自尼日新體系。哥自尼日新體系的建立對人類認(rèn)識史有著重人的意義，是一次偉人的變革。其主張是在

14、對宇宙規(guī)律的表達(dá)上主要是用簡單的兒何圖形或數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行的，太陽被賦予了對整個宇宙進(jìn)行統(tǒng)帥的力量，其他的天體都是在自然的運動的。天文學(xué)在近代生活中也有很多應(yīng)用，如授時、導(dǎo)航、對人造衛(wèi)星的軌道設(shè)計等。社會生活中，人類的一切生活都需要時間點，對衛(wèi)星進(jìn)行發(fā)射和控制等需要十分精確的時間，而對天體位置的觀測、對地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)周期進(jìn)行測定，這些都是在為人類確定準(zhǔn)確時間。 而現(xiàn)代測量，也是無法離開天文學(xué)的，在測量中最主要的一個方法就是天文人地測量。主要是通過觀測天體，統(tǒng)一出人范圍的測量才能知道某個地點在地球上的準(zhǔn)確位置。遠(yuǎn)洋航行中，主要是用六分儀對天體位置進(jìn)行觀測，以此確定出船舶的位置。天文學(xué)在星際航行中也不

15、能缺少的。在設(shè)計和計算火箭、衛(wèi)星等的發(fā)射、運行軌道時，天體力學(xué)理論是比不可少的，必須要用天文方法對火箭等在時于中的位置進(jìn)行觀測。在保持火箭等的姿態(tài)時也是根據(jù)天體位置來進(jìn)行校正和控制的。 天文學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，和其他自然科學(xué)的關(guān)系是十分密切的，天文學(xué)對其他學(xué)科的發(fā)展也有著促進(jìn)作用。如角度這一數(shù)學(xué)上的概念就是山天文學(xué)中產(chǎn)生的;為了對天體進(jìn)行測量和計算就發(fā)展出了球而三角學(xué);微積分解法的發(fā)展主要是山于天體力學(xué)上的需要。 在天文學(xué)中主要是對宇宙中的天體進(jìn)行觀測，要研究暗星體就要使用到十分精密的人型的天文望遠(yuǎn)鏡，這就使光學(xué)得到了發(fā)展。地球和別的天體之間是互相影響的，因此用天文學(xué)上的研究成果也影響了對地學(xué)的研究。如在地質(zhì)學(xué)、地震學(xué)和氣候?qū)W中，為了清楚的知道地球內(nèi)部、人氣構(gòu)造和氣候變遷之間存在的規(guī)律，就必須要對地球的起源和發(fā)展史有了解，這就要對太陽系的演化史進(jìn)行探索。 研究高能天體的本質(zhì)，對揭示未知物質(zhì)的狀態(tài)及其發(fā)展規(guī)律和新能源的探索等，有著不可估量的作用。在天文學(xué)發(fā)