读书笔记——从1到无穷大，从两只眼睛到哈勃望远镜

前面说到《从1到无穷大》是本很有意思的书。

这本书的第二部分讲述的是时空相对，这部分对读者的思维能力略有要求，以后有时间再来介绍。

第一部分为了给后面的时空相对加以解释，介绍了一些平时用不到的数学知识。本人这方面的数学能力一向很差，加上文中某些数学证明不够严谨，还有一些成书时未能证明的著名数学命题在今天已经得到证明，总而言之有些瑕疵，等实在是闲得有时间的时候再来介绍。

第三部分介绍微观世界，比较有意思的是介绍人们对原子核内结构的逐渐认识，后面关于细胞方面的还提到了孟德斯鸠遗传规律，这就有点让今天我们的高中生笑掉大牙了。

第四部分介绍宏观世界。这个部分在我平时看到的科普文章中很少提到，提到了也说的不是很清楚明了。有另外一本老的科普读物，是中科大方励之教授组织编写的，名字可能叫《天体....科普》之类，售价不超过0.3元，年代久远，述说清楚，是本好书可以一读。

扯远了，还是回到我的题目，《从两只眼睛到哈勃望远镜》上来。

大家都知道我们人类有两只眼睛，不但如此，大部分我们常见的动物都有两只眼睛。为什么是两只眼睛，不是一只眼睛呢？这个相信好些人知道，一只眼睛只能感觉到光线的方向，感觉不到物体的距离；两只眼睛虽然各自只能感觉到光线的方向，但是由于两只眼睛之间有一定距离，可以感觉到同一个物体来的两束光线之间的夹角，根据这个夹角，凭经验可以得到物体到眼睛的距离。

这里一个重要的概念是“测量基线”，就是指两眼之间的距离，距离越大，同一个距离上的物理产生的两束光线夹角越大，测量也就越准确。所以说两眼间距大的人，在这方面天生的能力就强一些。据说史上某个强大的存在“眉间尺广”，若是真的两眼间距有一尺，估算物体距离的能力必然是大大强于常人，不知道在其戎马一生的生涯中，这种能力是不是曾经帮过他的大忙。

当然，人的眼睛是不可能间距太大的，这就决定了我们凭借裸眼不可能分辨出距离很远的物体。借助种种光学仪器，可以间接的“放大”人两眼的距离，使我们观测的更远。比如我们常见的双目望远镜，军用潜望镜，就把人的两眼距离从不超过10公分放大到10公分以上。在这本书中就提到了雷达出现之前，海上军舰上使用的一种测距仪，从示意图上来看，两个物镜的距离大概有2M左右。

我们暂时把话题转移到人们对地球的认识上来。这本书中提到亚里士多德认为地球是圆的，他举了两个例子，船离开港口的时候，首先看不见的是船体，然后桅杆才逐渐消失，这就说明洋面不是平的，而是弯曲的；月食实质上是地球本身被太阳照射产生的影子恰好投射在月球上，月食时看到的影子是圆的，这就证明地球本身也是圆的。虽说亚里士多德遗留了种种错误的观念极大的误导了后人，不过还是得承认他还是很伟大的。

虽然这个论证的过程从今天的角度来看几乎是无可辩驳的，但是在当时的却不能被广泛接受，因为人们无法想象，如果地球是圆的，地球的另外一头的人，难道不是头朝下活着么，他们不会掉到天空去么？水不会流到天空去么？那么我们千百年来为什么没有观测到洋面的下降呢？

直到伟大的大航海时代到来，哥伦布和麦哲伦完成了环球航行，这才实证了地球是圆的，人们不得不接受这个事实。而地球那边的人和水为什么没有流到天空去，也由牛顿爵士的万有引力定律解释。

自从亚里士多德认定地球是圆的开始，就不断的有人用各种办法测量这个球体的半径有多大。这本书里提到的早期测量地球半径的人是公元前三世纪古希腊的埃拉脱色尼同学。这位埃同学听有个地方夏至的时候，正午太阳直射的时候，凡直立的物体没有影子，这个地方叫赛恩城；而他们家居住的亚历山大里亚城，同样是夏至同样是正午直射，直立的物体还是有影子。他假定地球是个规则的球体，测出夏至正午物体的影子是7度，在加上两个城之间的距离是500公里，经过一串漂亮的数学运算，就估算出地球的圆周大约是40，000公里。真是个伟大的运算，这一次，古代的科学家通过500公里的测量基线，测定了地球子午线。我依稀记得中国历史上有个一行和尚也测过子午线长度，查了查生卒，683～727，比起这个来年代要晚许多。不过似乎规模也似乎要大许多。雅虎知识堂里面说“一行和尚....历史上第一次测出子午线”云云，前面那个埃同学的估算要早大概1000年吧。中国人不就是发明了四大发明么，有什么好臭屁的。

自从天文学家们利用500公里的测量基线成功测量出地球子午线长度后，随着测量计算手段越来越强劲，这帮人的野心也不断扩展。他们要测地月距离，要测地日距离，要测最近的恒星的距离，要测整个银河系的半径。

地月距离，本质上是在精确测量大地之后，选两个相距几百公里的望远镜，精确的调教方向和时间以后，两个望远镜瞄准月亮的同一边缘，就可以测的出来。

地日距离有点麻烦，日照太强的时候，望远镜里根本看不见太阳的边缘在哪里；日出日落的时候，太阳的边缘因为大气散射的缘故难以确定。不过有这个“日食”现象存在，天文学家逮到了机会。所以那些年，每到日全食，全世界的天文学家携带着笨重而精确的设备，千里迢迢坐船坐火车去日全食发生的地点，不是去旅游，人家有崇高的事业。

好了，太阳系内的距离，我们已经测的差不多了。太阳系外呢？似乎我们的测量基准太小，就算以地球的两端摆上两个望远镜，这个距离也不足以测定恒星离我们的距离了。难道这些顽强的天文学家就此罢休了么？不，他们找到了更大的尺子。根据前面地日距离的测量，天文学家知道了地球绕日一周轨道的直径。这个尺子比地球直径要大具体多少倍我不知道，数量级上大概差5个吧。当然这个测量也不容易，第一次测量要在远日点，第二次在近日点，再来一回远日点，一年就过去了。不过对狂热的天文学家来说，这又算得了什么呢？

1938年，德国天文学家贝塞尔（Friedrich Wilhelm Bessel）就这么干了。开始很不幸，比较不出所选的星星位置有什么差异，后来很幸运，天鹅座61的位置稍有不同。再过了半年，天鹅座61又回到了原来的位置，OK，这个星星离我们的距离可以测量出来了。再次经过伟大的运算，天文学家推算出这颗星星离我们的距离比地日距离要大5个数量级，差不多是11光年。

好，接下来我们说说远望号和神舟六号。大概80年代的时候我们就有远望号了。这是个科学测量船，它的好处是可以离开我们测量基地——比如说南京紫金山天文台——足够远。这样，南京天文台和远望号就是两个眼睛，用这两个眼睛我们就可以计算好些东西的距离、速度，比如咱们发射的卫星啥的。后来要上神舟六号了，这个对测量精度的要求更高，所以我们老听说神舟六号的几大工程里面有个VLxxx，这个就是极大的望远镜，印象里是个三角测量，大约是北京上海和云南三个地方在测量。

不过要论起来，现在在这方面比较牛的还是美国。在夏威夷，有个天文台，他是两个一模一样的望远镜同时观测同一个星体。这个望远镜的物镜尺寸是全世界最大的级别，但是人家有两个，观测能力就比任何单一的这个级别望远镜要强。再说说哈勃望远镜，小的时候不懂，花那么多钱，放一个望远镜到天上去做什么，看星星在屋顶上不能看啊。现在才明白，人家那个摆脱了地球大气散射的影响，可以看得更仔细。谣传哈勃望远镜可以看到120亿光年远的地方，那个可是现在理论上我们能够看到的世界的极限啊！