【從古代埃及人的天文學演化至今的天文科學─宇宙間的零時空階段】上

一、古埃及天文學

古代埃及人的遺跡，有很多是不可思議的。在吉薩的巨大金字塔的人面獅身像、阿布．辛貝爾的神殿、卡納克的阿蒙．拉的大神殿等……，他們建造的目的不清楚，建造的方法也幾乎只能推測而已。

不僅遺跡不可思議，木乃伊及各種珍奇的遺物也不少。幾年前，我在倫敦的大英帝國博物館參觀過這些遺物的展覽。在收容木乃伊的色彩豐富的棺的棺蓋上畫著令人覺得原色仍在的各種花樣，壁上復原的壁畫也很有趣，實在令人留戀不捨。

太陽在古代埃及文明扮演了重要的角色。如前述古代埃及人最初採用太陽曆，事實上當時的人們對於天球上的星星的運行也具有相當豐富的知識。

如果以365日為一年，則在1460年後天狼星會在剛日出前再升到東空。古

代埃及人稱他為「天狼星週期」。

利用在黃道上的顯著的星星把黃道分割為36個部分，測定太陽的運行定一年為365日，而根據對天狼星在剛日出前出現於東空的觀測結果修正一年的時間

實際尾數1/4日，或把1日分成24小時的辦法，都開始於古代埃及。由此可知，古代埃及人對於太陽或亮星在天球上的運行的知識相當豐富。

這個時代的諸王，離開崇拜太陽神的聖海地瞭博利斯在河勃希爾建造了金字塔形的太陽神神殿。在這時代以後，崇拜太陽神的風氣滲透於當時的社會。

到了新王國時代(第18~第20王朝，西元前1570年~西元前1085年左右)，與身為提培的市神的「阿蒙」結合，成為國家的最高神「阿蒙．拉」。卡納克的阿蒙神殿在天文考古學上具有重要性，而被洛基雅或荷金斯研究。

尤其此時代的第18代國王阿免何鐵布四世的阿頓教，是受了海瞭博利斯崇拜太陽神了影響而創始的。他把首都遷到沿著尼羅河位於開羅與提培之中間的哲．越．阿馬那，在這裡建造神殿並命名為「阿克特阿東」。

加奈克．海瞭博利斯、魯克索、阿馬那等建造太陽神神殿的都市，均位於尼羅河的東邊。洛基雅推測這或許在天文學上有某種的意義，認為這是當時的人們

重視日落的結果。但是，這種想法現在已經被認為不妥當。因為，在古代埃及於剛日出前升起的星星例如天狼星扮演重要角色的事實，又在建造神殿時重視冬至時日出方向的證據存在。

古代埃及人所看見的太陽到底是什麼樣的？如前述，對於古代人來說，太陽是生活上不可缺少的天體。對於生活在古代埃及的人來說也是如此。太陽神被崇拜，被視為國王的守護神，並由國王主掌太陽的祭祀。其必重要性成為促進今日所謂天文學上的觀測，人們學習太陽在天球上的年周運動，產生了黃道的概念，認識星座與季節之關係的動機。

在埃及神話中，依希斯是掌管穀物及耕作的神奧西利斯的忠實的妻子，而在天球上則相當於大犬星的主星天狼星。在建造這神殿時，天狼星恰好昇到東天的時期可能也在剛日出前。

天狼星在現代也是天空上最亮的星。當在冬天的夜空輝耀呈蒼白色的這顆星到南天時，看起來好像位於獵戶座4顆亮星的斜左下方。這就是大犬座的主星---α星天狼星。

在古代埃及，有白天與晚上的長度各12等分用於「時」的習慣。白天的長度因季節而相差很多。其原因在於，天球上的黃道與赤道的相關位置在一年內隨時變化。因此，若依此種分割時間的方法，則在一年當中白天或晚上的「1小時」的長度會不一定。後來領悟了此種缺點，終於採用了像現在把一天24等分的分割方式。這是西元前12世紀左右的事。

太陽在天球上一周需要一年的時間。因為在天球鑲嵌了恆星，故太陽等於在眾星之間穿過而運行。這表示太陽在古代人所想的星座之間穿過。

古代埃及人對於黃道及附近的星座更詳細的分成36個，藉此觀察太陽在天球上的運行。結果，如前述完成了1年為365日的太陽曆。當時的人們如此利用36個星座測定月日的經過，而為了正確決定「日」也使用「星晷」。雖然不清楚什麼時候開始這個辦法，但有證據表示至少在西元前2400年左右已經創作了星晷。

星晷不是機械裝置，他像數表，是正確表示星座升空的時間的圖表。如果利用它一但決定了日即能正確計算晚間的時間。因為，星座與天球上的位置與時間有一定的關係。

過去發現10件以上的棺材在蓋內畫有星晷。已知他們是從第九王朝至第十三王朝(西元前2160~西元前1800年)時代的創作。

在死者的陪葬品中包括表示星晷的圖表這個事實，不是表示計時在死後的生活上也很重要嗎？從在圖表中表示了每隔10天區分的36個期間一事看起來，可以推測這是考慮星座與太陽的運行之關係後計算日及時間的方法。

若以現在的時間的長度來說，下至時從傍晚至黎明為止的夜間長度為約8小時。因為從地球看的天球是每日轉一周，故36個星座在一天亦即現在的24小時的橫穿通過子午線的某一點。因此，在夏至晚上的8小時內，只看見36個星座中的1/3通過天球上。即是，能觀測12個星座在天球上的移動，這就是把夜間劃分為12小時的理由。

在此有件事值得注意，在夏至天狼星的位置作為測量一年之基準的理由是，36個星空均位置黃道上或在其南邊。因為天狼星在日出前昇東方天空之時正是夏至的時候，這時尼羅河的水量也正在增加，這種偶然的一致使生活在尼羅河邊的古代埃及人產生了崇拜天狼星的觀念。

 古代埃及人的生活，是以農耕為基礎，而農耕則依賴尼羅河的存在。因為，此河每年定期氾濫一次，把肥沃的黑土帶到由沙漠裡由燒焦成紅土組成的土地，藉此實現豐收。關於尼羅河的氾濫對於古代埃及人的生活具有什麼意義，這從當時的人們具有以此氾濫為基準的季節概念一事也可以瞭解。

他們使用的季節是三季。從天狼星在剛日出前昇空的時期起約4個月為「氾濫季」，相當於現在的6月底至10月止。接著是「土地的恢復季」，是指土地帶濕氣而適於農耕的11月起至2月左右的約4個月期間，在這時候播下各種穀物的種子。最後是「乾燥季」，指3月起至6月止，他正是農作物的收穫期。

一年的長度與尼羅河的河水變化的循環期一致，夏至時太陽昇空的時期相當於氾濫季的開始，且在此時期天狼星剛出現於日出前的東天，促使了太陽曆的問世。又，某特定的星在剛日出前昇空的現象，叫做「伴日出」。到底當時有那些農產物？雖然話題稍離了天文考古學，在此附帶提出以便參考。

大約在春秋時代(西元前700年左右)，我國古人就用一種土圭來測量太陽影子的長度。圭是一種玉製的尺，『土』就是『度』(量度)的意思。圭表是安放在南北方向上的。正午時太陽照著直立的表，在圭的平面上留下影子，由圭表上的刻度可以讀出表影的長度值。古人將太陽高度最低時，表影子最長時，作為[冬至]:太陽高度最高時，表影子最短時，作為[夏至]。然後連續測量幾次冬至時的影子長，發現第二次的影子與第一次的影子長不一樣。經過四次後的影子才一樣長。這樣，就發現了一年四季的長度是365日又4/1日(或365.25日)。因為4×365.25＝1,462日，正好是整數日。所以經過1,461日正午太陽的高度與第一年的一樣，表的影子長也就一樣了。古人發現月亮由圓到缺，又由缺到圓，所經過的時間是一定的。大致是29天多變化一次。把這段時間稱為一個[朔望月]。後來經過精密的測量，一個朔望月的長為29.53日。由月相的變化規律，產生了[一個月]的觀念。

月亮也稱為太陰，因此以月亮運動週期－朔望月為根據的曆，就稱為太陰曆或簡稱陰曆。陰曆年它每年包含十二個朔望月，一年的長度為12×29.5306

=354.3672日。曆年取整數日，只可以為354日或355日。年的長為354日的稱為平年，多一日的年稱為閏年。這樣，在幾年內，每月的平均長度與朔策(29.5306日)很相近。因此，如果用陰曆來預告季節日期是很不方便的。但是陰曆的每月初一日一定是朔，而十五日左右，一定是滿月，這種規律對於預告月亮的圓缺情況是很方便的。

(1)古埃及太陽曆:西元3000多年前左右，埃及因為地理的關係所以發明了類似太陽曆的埃及曆。經過長期的觀測之後，古埃及人發現，當全天最亮的星星－天狼星在黎明出現於東方低空時，尼羅河開始氾濫成災。他們將天狼星與太陽大約一起升起來的日子，稱為[同升日]以後又把同升日作為一年的開始。兩次同升日之間的間隔是365天，稱為天狼周。這可以說是太陽曆的雛形。

(2)奇怪的羅馬曆:羅馬曆出初期每年只有10個月304天，而寒冷的冬天中有60天不算在一年中，作為冬眠期。到了羅馬統治者努馬時代，廢除冬眠期，增加兩個月，才變成12個月。此種制度只有教皇才有權決定，所以引起曆法的大混亂。直到西元前100年左右，當時的羅馬獨裁者儒略凱撒，請埃及亞歷山大城的天文學家索西琴尼幫他修改曆法，採用埃及通用的歲實365.25日為一年的長度。每年有12個月，每月有大月31日，小月30日，唯有2月是29天。

(3)星期:起源於古巴比倫人把天上的日、月、五星(水星、金星、火星、木星、土星)隨意排成一個次序－太陽、月亮、火星、水星、木星、金星、土星。我國古代將日、月、五星稱為七曜。(曜是照耀的意思)。英國人用他們信奉的神名來命名，例如:星期日是太陽神日，稱Sunday；星期一為月亮神日，稱Monday；星期二是法神日，稱為Tuesday；星期三為主神日，稱為Wednesday；星期四為戰神日，稱為Thursday；星期五為愛神弗萊格日，稱為Friday；星期六為農神日，稱為Saturday。

二、中國天文學

(1)祖沖之

提到圓周率的時候，祖沖之不僅在古代的數學方面取得了卓越的成就，在天文學方面更有創新。

他「博訪前故，遠稽昔典」，及蒐集自古以來的大量文獻資料和天文觀測紀錄，有系統、深入地進行分析研究從前人的科學思想和成就，並從中吸收了豐富的知識。祖沖之的可貴之處，在於他「不虛推古人」。

在天文學的領域中，祖沖之經過長年累月、艱苦辛勤的觀測與推算，發現當時所頒行的「元嘉歷」疏處多，不精密，也就是說，該曆法與實際天象之間的誤差很大︰例如，日、月所在的位置與實際天象差了3度；冬至和夏至那天的日影，都推前了一天；所推算的金、木、水、火、土等五大行星的出沒時間，有的竟和實際的相差了40天之多。於是，祖沖之下定決心，創製新曆法。

祖沖之年輕時，曾拜天文學家何承天為師，很多天文曆法的知識。祖沖之在33

歲時，也就是西元462年(劉宋大明六年)，制定了一步新的曆法---「大明曆」。

祖沖之的新曆法，主要有兩項重大的創新。

1.  考慮歲差的影響，把歲差值算入曆法中。

什麼是「歲差」

太陽對不動點走一圈，與對動點走一圈所需的時間就不一樣了。這樣微小的差別，就稱為「歲差」。

現代天文學上，以春分點為標準，春分點西移的現象就是歲差。但是他首次將歲差引進「大明曆」中的，這是我國曆法史上的一次重大革新。此後，歲差就成為制定曆法所必須考慮的一個重要因素。

2.  借鑑前人經驗，使用破章法，修改閨法。

東晉十六國時期，北京天文學家趙  首次創用600年置221個閏月的閏月週期，

大膽打破了舊的章法(簡稱破章法)。祖沖之吸取趙  的經驗，在「大明曆」中，

改用391年置144個閏月的閏法，比趙  得更精密。

「大明曆」在當時，的確是一部質量上乘的好曆法。

西元500年，71歲的祖沖之去世了，直到西元510年，梁武帝時，在祖沖之的兒子祖  的再三請求下。「大明曆」才得以正式頒行。

(2)沈括

沈括字存中，是北宋錢塘人。

沈括不僅掌握了天文曆法知識，而且對天文學理論分面的認識達到了真知灼見的地步。他認識到日、月運行具有比較複雜的規律；它能夠形象生動地比喻月亮和太陽的形狀像一顆彈丸(及現代稱球體)；他以月亮受太陽照射而發光來解釋月向的變化；他準確細緻地描繪了行星視運動路線像柳葉形；他還即時記錄了當時發生在常州墬落的隕石情況。

他製作的新渾儀，開創了簡化結構的方向，注意到校正極軸方向和降低望筒照準誤差問題；他所製造的漏壺(計時儀器)採用了當時最先進的平水壺系統；為此他寫下了「渾儀議」和「浮漏議」的論文，文中詳細地記錄了儀器的形制和研究心得。他還寫了一篇「景表議」。這篇文章講述了觀象台的選址及大氣能見度的問題。這三篇文章堪稱是我國科技上的重要文獻，是今天我們研究古代天文學史不可多得的好材料。

沈括還親自參加實測工作。測定極星的位置，得出極星距離「天極不動處」(即天球北極)有3度多的科學結論。

沈括在晚年，大膽的提出用「十二氣曆」來代替舊曆法。「十二氣曆」是用節氣來定月份，實質上是專用陽曆而廢除農曆。

(3)郭守敬

郭守敬號若思。於西元1231年出生在邢州。

郭守敬開始參加工作時，並沒有負責天文曆法，經張文謙的推薦，參加整治華北水道工程。

至元十三年夏末，在忽必烈的親自督導下，成立了一個專門編製新曆的機構---太史局。郭守敬剛從都水監的職務轉入到工部任郎中不久。他精通天文曆法，又擅長儀器製造，特地微徵他到太史局進行編曆的工作。

想制定出一部好的曆法，應從何處著手呢？郭守敬首先提出「曆之本在於測驗，而測驗之器莫先儀表」的看法。

郭守敬具有淵博的數理、天文、機械等各方面的知識和踏實的觀測工作實踐。

他除了對原有的儀器進行更科學的改造外，還創造和發明了多達15種以上的天文儀器。他的這種功績與成就，不僅為我國前所未有，在世界上也是極其罕見的。

例如，郭守敬在他使用舊渾儀觀測時，看到渾儀的圈環過於繁複，遮掩了不少天區，妨礙了觀測，鑑宋代沈括簡化儀器構造的經驗，毅然去掉一些不必要的圓環，並對渾儀加以改進，成為結構簡單、觀測方便的「簡儀」。

郭守敬還製作了世界聞名的「高表」及其附屬儀器「景符」，巧妙地解決了圭表測量精度的難題，又發明了「候極儀」，解決觀測中，定極位的困難；創製了「立運儀」，克服古代儀器中，經緯「結而不動」的不足；為了表示群星在天空的位置隨天球運動，製作了「渾天象」和「玲瓏儀」。所發明的外型如鍋的「仰儀」，是觀測太陽方位的方便儀器。此外，還有證理儀、鬼闚、日月食儀、星晷、定時儀、正方案、懸正儀、座正儀等。為了配合儀器做觀測，他還繪製了仰規復矩圖、異方渾蓋和日出入永矩圖等一些天文圖冊。

郭守敬所創之器，於明朝來中國的德國傳教士湯若望曾尊稱他為「中國的第谷」。

「授時曆」中的創造與重大革新內容多得驚人，在這裡我們僅舉出幾個最突出的例子︰

「授時曆」比現行的公曆，提早頒行了300多年

「授時曆」徹底廢除了使用1000多年的「上元積年法」。

郭守敬在推算太陽、月亮的運動速度時，創始用「招差法」。利用累次差數來求積的方法。

郭守敬還對「授時曆」中的7項天文數據進行了「考正」，並創立了5項新的計算方法(包括「招差法」與「弧矢割圓法」)。

三、天文儀器

漏刻是利用水量來計量時間的儀器。漏，指漏壺；刻，指刻箭。漏刻是全天候儀器，能彌補日晷的局限，是中國古代重要的計時器。

漏刻最找指示一把底部有小孔的壺，人們通過壺鐘剩水來粗估時間。後來，借助一支刻有刻度的箭，立於水中，以水面淹過箭桿的高度計算時間。由於水的表面張力，在箭桿周圍，行成一個向上的附著面，給讀數帶來不便，所以不久以後淹箭漏就讓位於沉箭漏。沉箭漏的箭尾要有可浮的物體，如竹片或木片，使箭浮在水面上，箭頭穿出壺蓋。當箭桿隨著水的流失而下降時，其與壺蓋平面比齊的刻度，就是當時的時間。很明顯，沉箭和淹箭的刻度順序應該相反。

根據流體力學原理，水流速度與水面高度有關，單純靠一把漏壺計時，勢必影響計時的穩定性。如果不斷添水，使漏壺水面不降低，再用一個容器收集漏壺均勻流出的水，將可浮箭放於該容器中，觀察箭浮起的高度也可以知道時間，這就是浮箭漏。然而，人工添水總存在間隔，添水前後，水面高度能不免有變化。古人意識到這一點，解決辦法也很絕：用另一把漏壺來補充水量，而且為了使這把壺能均勻補水，再加入第三把壺。於是東漢出現了二級漏壺，晉代出現了三級漏壺，唐代出現了四級漏壺。渴馬，就是虹吸管。用渴馬引水，是於任何容器。特製的漏壺不再是必須的，但有渴馬計時器亦沿用「漏壺」之名。

保持漏壺的水面高度不變，多級漏壺不是唯一的辦法。宋代燕肅另闢蹊徑，設計了有分水口的，漏壺叫蓮花漏。蓮花漏只有兩級漏壺，下漏壺側面有一個分水管，只要上漏壺注入下漏壺的水量超過下漏壺排出的水量，高出分水口的水必然分流，就可以保持下漏壺的水面穩定。

水運渾象既然受漏壺流水的操縱，當然也能夠反映時間，水運儀象台就包括報時系統。其實，報時系統完全可以獨立出來，不必與其他儀器聯動，郭守敬就設計製造過一個稱為大明殿燈漏的水力計時器。

宋代天文儀器製造很突出，蘇頌就是了不起的人物。

蘇頌字子容﹝一○二○～一一○一﹞，福建泉州人。仁宗慶歷二年一四二進士，曾任管閣校勘集賢殿效理等職九年，博覽宋皇家圖書館的藏書，晚年入閣拜相。他製「水運儀象台」上「進儀象狀」，所屬官階為「光路大夫守吏部大夫兼恃讀上護軍武功郡開國侯」。蘇頌早年曾製有小型「渾天儀」模型，因此漸漸寮解天文學原理，於是他對於儀器的製作，能集各家之長，別出心栽又得吏部守當官韓公廉巧思，機械益精，成為宋人儀器之精華。他所製的水運儀象台有人稱他為開封天文鐘塔。這是兩層樓閣上設一台的建築物，用木枋搭建而成台高十二公尺，寬約七公尺，重達二十噸。上層﹝稱為第三層從地平算起﹞是活動頂棚，四邊是露天的，上面放置一台「渾儀」，作觀星之用，渾儀本身由龍柱托著，四隻腳設有「水平儀」，以保持水平。儀中有望遠鏡，上下前後觀測自如。中層﹝稱第二層﹞設「渾象」，有晝夜不息的機輪自轉，隨時與天象、星座相合。下層是報時系統，分為五層的木閣：上面一層有三個閣門，門口各有一個木人，每逢時初，左門的木人搖鈴；時正，右門的木人打鐘；每刻，中門的木人打鼓。第二層一個門，內有守報時辰牌的木人二十四個，按時輪轉到門口指示時辰。第三層有九十六個抱木牌的木人，輪流出現門口，以指示時刻。第四層有一個木人，按更籌打鑼。最下一層木閣內有三十八個抱牌木人，在夜間輪流轉出門口，指示更籌數。

每層木閣內部，都有相應機輪與輞，上掛抱木人，或用撥動齒輪，使木人手臂觸擊樂器，全台所有機器，都設在木閣後面，旁有「天池」、「河車」、「水壺」，由底層引水發動輪機升降旋轉。蘇頌將這儀器製造情形寫成《新儀象法要》，分上、中、下三卷，上面所敘述的「水運儀象台」，載於下卷。它不但有一百五十多種機件，還有六十一幅圖畫，是研究中國古代儀器製作的第一手資料。

四、天文學家

(1)張衡

「渾天說」初揭迷津，「地動儀」現身說法---張衡

秦漢，天文學的代表人物就是張衡。張衡在天文學上的貢獻，表現在以下的四個方面︰

1.在天體觀測方面的成就。張衡在長期堅持觀測的基礎上，總結出天上長明的星官(中國古代的星官類似於現代天文學的星座，一個星官可以有幾顆到幾十顆)共有124個，能叫出名字的星官有320個，人們能看到6等以上的亮星，有2500到3000顆之間，跟張衡的觀測結果大致相同。

2.張衡還指出「微星」(即不太亮的星)有11520顆。根據現代天文學家的分析與教驗，肉眼能看到的星在6到7等星之間的，其星數完全可以達到14000多顆。張衡還測出太陽和月亮的角直徑是周天的1/736，即29』24」，與現代所測得的太陽與月亮的平均角直徑31』59」與31』5」2相差不多。1800年前，在天文觀測儀器很簡陋的情況下，能測出日、月的角直徑，是非常不容易的。

3.宣傳渾天說，製作水運儀象。截至到漢代，共有三種觀點，一種是蓋天說，一種是宣夜說，一種是渾天說。宣夜說是一種理論，在實際進行天體觀測時，用處不大，因此已經失傳。爭論最激烈的是渾天與蓋天兩學說。蓋天說最初認為，天是圓的，像張開的傘；地是方的，像棋盤。後來蓋天說有所改進，認為天好比一把向北斜靠著的傘，只是沒有傘把；地像一個倒扣著的盤子，天地都是中間高，四周低。這裡顯然把大地由平直改為拱形，已向認識大地為球形的觀念向前邁進了一步。可是對日、月、星辰的視運動，仍不能給予正確的說明。張衡對各派之間的爭論進行的深入的研究，他極力主張渾天說。

什麼是渾天說呢？張衡在他的「渾天儀圖注」裏指出，天好像一個雞蛋殼，地好比雞蛋黃，天大地小，天地各乘氣而立，載水而浮。這個看法比「蓋天說」進步，更真實地反映了宇宙的本來面目。渾天說將大地看作是一個球，就是我們常說的地球，是很正確的。張衡早先說是浮在水上，後來認為是浮在「氣」上。現在知道，各天體不是掛在哪裏，他們都是依靠萬有引力拉著，各自在不停地運動著。張衡晚年還提出宇宙是無限的看法，與現代的觀點一致。

4.張衡力主渾天說。他還在他的天文名著「靈憲」中，以相當的篇幅來闡述渾天說，好讓世人瞭解和接受這一進步的宇宙結構圖式。後來經過好幾代人的努力，渾天說完全取代了蓋天說。渾天說在我國流行了1000多年。明末從西方人傳入哥白尼的「日心說」後，國人才開始接受較先進的宇宙觀。

張衡還根據渾天說的原理，製成著名的水運渾像。渾像是西漢耿壽昌所發明的。張衡不拘泥古法，設計發明了一套計時漏壺，能夠知道所觀測的星從上升到沒落的準確時間，與真實的天象密合。

創立進步的行星運動理論。他提出，日月五星(指金星、木星、水星、火星與土星)距離地球近時，就運行得快些，距離地球遠時，就運行得慢些。這是他長期觀測中發現的。張衡將我們地球排在宇宙中心，這看法是錯誤的。德國天文學家開普勒發現了行星運動速度是不均勻的，行星接近太陽時，運動速度較快，遠離太陽時，運動速度較慢。不同的行星亦有此規律。

對日、月食的成因及月向的變化提出了科學的解釋。在缺乏科學知識的古代，人們一看見日、月食就心驚膽顫。而張衡對日、月食的成因，卻第一次給予了科學的說明。日食的成因在西漢時就有人做過簡單的猜測︰「日食者，月往蔽之」，即日食是因為月球把太陽擋住了，但對此作出更合乎科學解釋的，還是從張衡開始。在「靈憲」裏，太陽是一團火，能發出強烈的光。而月球卻不能發光；由於太陽的照射，人們才能看到月亮。當月亮運行到太陽和地球之間，並且三者在一條直線上時，月亮正對地球的一面是暗面，人們看不見了。張衡在「靈憲」裏說︰地球的另一面就有一個黑影子，「望」日的晚上，月亮進入地球黑影子時？，便產生月食。張衡對日、月食的成因及月向變化原理的解釋，是完全符合科學根據的。

張衡不僅對天文學的貢獻卓著。在西元132年製造完成了世界上第一座地震儀---侯風地動儀。

侯風地動儀由銅鑄成，中間圓徑有8尺，裡面裝有「機關裝置」，曇外有八條龍，依照八個方向排列，都與裡面的「機關」相連。有人嘲諷張衡的創造是「屠龍之技」。張衡的侯風地動儀，是一項偉大的發明，是人類歷史上的首創。張衡被全世界公認為地震學的「鼻祖」，是完全受之無愧的。

張衡多才多藝，曾被列為東漢六大名畫家之一。

張衡不僅在我國，在世界也受到了人們的景仰與愛戴。西元1970年，國際上用張衡的名字來命名月球背面的一座環形山；西元1977年，太陽系中，一顆邊好為1802的小行星，也用他的名字來命名。

托勒密是羅馬時代的希臘最偉大的天文學家。十六世紀，哥白尼的地動說出現以前，大家都相信地球是宇宙的中心，月球、太陽、五個行星以及所有的恆星都以地球為中心在回轉。托勒密本身在觀測天文的同時，蒐集了先人的觀測資料，一共記錄了1022個星星。也發明了新的觀測儀器，也寫了「阿爾瑪凱斯特」共十三卷的書，把「大動說」的理論完成。當時的人們都相信亞里斯多德的主張，認為天體只會做圓運動。所以為了要用圓運動來說明月球、太陽、五個行星等的那種不規則運動，天文學家們都傷透腦筋。托勒密在他的書中採用阿波羅尼奧發現的「周轉圓說」。周轉圓說是，所有的天體都在地球的周圍畫著一個大圓。可是並不在那個大圓軌道上直進，而邊畫小圓邊在大圓上往前移動。這麼想，理論就跟實際的行星運行一致。

這樣，他的天動說成功地說明了宇宙的那些複雜現象。這個天動說後來傳到伊斯蘭世界去，然後在十二世紀再傳回歐洲。當時的基督教認為這種說法很接近教義給予承認，因此在歐洲成為絕對的權威。當然也有人反對這種想法，只是沒有人能提出打敗他的具體事實。所以他的權威一直維持到哥白尼的時代。托勒密也試圖製作更有科學根據的地圖，著了八卷「地理入門」。他的地圖比伊拉斯特提尼斯的精密好多，緯度和經度都經過仔細的計算，一共記錄了地球上八千個地方。同時也為了把地球的球面畫成平面，想出了「投影圖法」。

可是到了中世紀，他的那些優秀地理學和地圖卻被教會認為違反教義而忽視。因此，中世紀的地圖回到了世界是圓板，其中心是耶路撒冷，上半圓是亞細亞，下半圓的左邊一半是歐洲，右邊一半也是亞細亞那種，誠屬古代東方的幼稚內容。

(2)哥白尼

由托勒密的天動說轉移成哥白尼的地動說得這件事，可以說是科學史上最大的革命。

哥白尼在波蘭的特尼爾鎮出生。父親是一位商人，於哥白尼十歲時去世後，哥白尼就由舅父扶養。他的舅父是巴爾米亞的司教，地位很高，所以他度過舒適的少年時代。十八歲時，舅父把他送到克拉剋夫大學去唸書。在大學，他學了當時的基礎學科(拉丁語、數學、天文學等)之後，去義大利留學。從1894年到1503年，他在波羅尼亞大學唸法律及在巴特尼大學唸醫學。當時這兩所大學有很多從各國來的留學生，環境充滿著自由的氣息。哥白尼除了主修的法律和醫學之外，也研究天文學。跟著教授觀測天體，偶而也談論托勒密的宇宙體系。

1501年，他為了要接任佛倫堡聖堂的參事會員，暫時回國。得力於舅父的保薦得了這個職位之後，他以後的生活以有了保證。

留學回國之後，他一直過著孤獨的生活，埋頭研究天文學。在那一段時期，他已一步一步建立了地球及其他行星都在太陽周圍回轉的「地動說」的理論基礎。希臘時代的亞里斯達爾哥司曾經也提出這個想法。只是為了托勒密的地球中心說跟實際的觀察相當符合，而地動說提不出能打垮他的精密理論或任何觀測事實，所以天動說佔了絕對優勢。

哥白尼的個性本來就很慎重，所以遲遲不把他的研究結果公諸於世。所有的原稿都放在身邊，改了又改地讓時間一直溜過去。當時的教會由於教義公認托勒密的天動說這一點也使他躊躇不敢發表。後來被對他的學說有理解的許多朋友說動，他終於下定決心同意發表。不過，他那本「關於天體的回轉」問世時，他已躺在床等候死神的來臨。這本書就是後來有力地影響了伽利略及刻卜勒等人的不朽之書。

五、西方天文學

ＰＡＲＴ１  宇宙有過「開始」的程序─20世紀的宇宙論使我們明瞭宇宙也經過誕生和演化的階段。宇宙論是20世紀中經過大幅進展的學術領域之一，我們能夠以「宇宙在演化」一句話來涵蓋到目前為止的宇宙論研究成果。早在19世紀就有達爾文等人主張生物的演化，其實包括生物棲息的地球在內，太陽系和所有天體都在演化之中，不但如此，所有天體存在的宇宙空間也正在演化之中。我們所知的宇宙歷史中有一部分是比較可靠，但仍有無法確定的部分。我們可以由生命誕生的事實Ｐ來類推，宇宙空間本身也有過「誕生」的瞬間。宇宙究竟為何？又是如何誕生的？

廣義相對論推測宇宙空間仍然保持著持續膨脹的狀態。所謂「宇宙空間的演化」是指什麼？演化也能以「變化」來說明，這個現象的理論基礎是愛因斯坦的廣義相對論，我們可以由具體現象來瞭解。觀測散佈在宇宙各處的星系，就知道星系是以互相遠離的方向運動，如此講法很容易令人認為宇宙中的所有星系是由同一地點向四面八方飛散出去。其實宇宙中的星系大致上是均勻分佈的，無法找出好像可以做為「宇宙中心」的區域，因此我們可以認為星系實際上是不動的，膨脹的是星糸所存在其中的空間，則比較能夠來說明實際狀況。我們可以想像那些散佈於生麵糰中的葡萄乾顆粒會隨生麵糰醱酵而相互遠離的狀沉。這是生麵糰–也就是葡萄乾存在的空間–在膨脹，雖然葡萄乾不會自己移動，但彼此會逐漸遠離。愛因斯坦的廣義相對論是討論空間的膨脹、收縮和扭曲的理論，係以重力的新理論姿態出現。當它剛問世時並未發現與宇宙有關，後來經過原蘇聯物理學家兼數學家佛萊曼證明將廣義相對論適用於整體宇宙即可得知宇宙空間整體是在膨脹或收縮。空間的膨脹或收縮可統稱為「空間運動」，它與一般物體的運動完全一樣，係由對其身上的作用力和運動趨勢，也就是慣性來決定。由廣義相對論知道，對空間的作用力含有「空間的扭曲」、「空間內部存在的物質量」和「空間內在的能量」等3種因素。目前的宇宙仍在依照開始膨脹時的趨勢持續膨脹中，由於我們尚不瞭解空間的扭曲狀況，因此無法預測宇宙將保持膨脹狀態或是轉變成收縮。

ＰＡＲＴ２  解開宇宙誕生秘密的量子論─要解開宇宙誕生之瞬間的秘密，不僅需要廣義相對論，也需要量子量。如果我們認同於研究空間運動理論的廣義相對論，那我們就可得到一個結果–無限地回溯至過去時，宇宙即會收縮得越來越小，最後存在於宇宙間的點與點之間的距離成為零，也就是將遭遇到空間不存在的瞬間。如果說這個結果就是宇宙誕生的瞬間，此話可信嗎？如果宇宙有「誕生」，它是如何誕生的呢？在此我們會遇到只靠廣義相對論是無法解決的重要問題，即關於「宏觀」和「微觀」的狀態，這是20世紀物理學的新課題。

進入20世紀以後，人類才確實瞭解到物質是由原子、電子等微小粒子構戍，並知道其表現出來的行為與宏觀物體大不相同，於是出現了「量子論」這個新物理學。量子論的出現對膨脹宇宙論而言是個重大問題。依照廣義相對論，空間也會運動，它是一個以宏觀空間為對象的理論。目前的宇宙的確是呈「宏觀狀態」，但是在宇宙誕生的瞬間，宇宙空間是呈微觀狀態，因此廣義相對論無法充分合理地說明其狀況。要討論宇宙涎生，就必須先對量子論予以簡單說明。在原子的內部，電子不停地環繞中心的原子核運動，我們或許會由此聯想到地球環繞太陽或是人造衛星環繞地球的景象。

但是在這個原子的狀況中，並不能適用這個想法，因為帶電荷的電子會釋放出電磁波。電子是在電力控制下環繞原子核周圍運動，如果這個運動與地球的運動相同性質，那麼電子在旋轉之間釋放出電磁波後就會喪失動能，最後並掉進中心的原子核，原子便因而崩潰。事實上，原子持續存在並未崩潰，在天體或人造衛星上也看得到此種效應，但與其重量相比較則微不足道，甚至可以無視其存在。

在微觀世界裡存在著粒子可貫穿障壁的「穿隧效應」。

微觀世界的粒子特徵是它們具有「穿隧效應」現象，茲胳加說明此特殊現象。將小球放進玻璃杯中，在任何人都不接觸的狀況下，到了第2天，小球依然在玻璃杯中。除非玻璃杯橫倒或破裂，即使放置好幾年也能保持此狀態。另外，將1個電子放進玻璃杯，到了第2天，電子或許還在玻璃杯內，也許已經離開玻璃杯了。這個現象具有兩項特徵，如果認為電子是「波」就容易瞭解這兩項特徵。首先是電子不會停止於同一地點，明明放在玻璃杯底右方，往往會發生移動到左方的狀況。宛如突出水面的唯一波峰終會逐漸擴散，不同的是電子只能在某一點才能被發現。電子可能會穿透玻璃杯的壁面，這個現象即稱為「穿隧效應」。我們能夠以電波來類推，電波碰撞壁面即會反射，但部分電波會穿透進壁面中，如果被穿透的壁面夠厚，電波便在其內部迅速衰退，但如果壁面較薄，穿透的電波就能由相反面跑出。如果認為電子能穿透玻璃杯是類似的現象，或許比較容易瞭解。

穿隧效應是由量子論的「測不準原理導引出來的」。何謂「測不準原理」？波集中於無Ｐ由於無法決定速度，因此無法決定下一刻的位置在何」之意。

要測量正確位置就無法決定速度，如果採用某種程度模糊的位置，速度也就可以固定在某種程度的範圍內，這就是「測不準原理」，是量子力學中說明波的性質的原理。

我們往往看到以「為了確定粒子位置而照射光，粒子則受其影響而改變速度」

的說明來解釋測不準原理，但這是錯誤的說明。正確說明是「以光決定位置時，必須使用波腹較窄的無，根據測不準原理，無法決定光的運動量，因此無法計算出對粒子的速度有何影響」。

由測不準原理來演繹，宇宙不得不以「無的擾動」中誕生。依照量子論，任何物質都不會保持在完全靜止狀態，即使是尚未成形的宇宙也無法靜止於山坡頂部。我們可以由量子論很自然地導引出宇宙不得不誕生的結論。

20世紀出現的量子論與相對論大幅改變了人類的宇宙觀。20世紀的宇宙論出現大幅進展，使我們知道宇宙空間本身和存在其中的物質都不斷在演化。成為新宇宙論的起點是由廣義相對論演繹而得的膨脹宇宙論（佛萊旻、哈佛），由此開拓出運用量子論研究隨宇宙空間膨脹引起之其中的物質演化之路，大霹靂理論（加莫夫）立即出現，但是因奇異點存在的問題，還無法完整說明宇宙起始的真相。

但在時空的量子論未完全確立的狀況下，宇宙創生理論尚無脫離假說層次。目前，研究超弦理論等等來建立完整的時空量子論的努力不斷，藉由此方面的研究進展結果，或許會大幅改變我們的宇宙創生觀念！(續)