《科學理解的方法論 04》

任何科學理論都免不了受到置疑和批評。這也是科學進步的推動力。貝克萊批評牛頓在運用和處理無窮小變量時過於隨意，甚至有些任性。微積分到十九世紀由柯西等人建立的分析數學後得到規範化。萊布尼茲，微積分的共同發明人，也是牛頓攻擊的對手，認為引力的超距作用違背人的理解，缺少一個合理的解釋。物體質量是引力之源。牛頓自己意識到引力質量等同於物體運動的慣性質量，但無法找到直接的原因。這兩者最後統一在愛因斯坦的廣義相對論的物質和空間關係的理論框架裏。

牛頓力學也解釋了彗星的運行。1758年，哈雷彗星依照理論計算的預測回返，又一次驗證了牛頓的理論。1781年，天文學家赫歇耳在多年現測後發現了太陽係的第七顆行星天王星。不久，人們發現計算的天王星軌道和實際觀察不符。在考慮到木星和土星對天王星的引力作用而進行修正後，天王星的軌道和理論仍然有偏差。當時的學界有眾多的猜測，包括彗星撞擊說，介質阻尼說，天王星衛星說，甚至懷疑引力的平方反比律。但是都無法提供足夠合理的解釋。此時，法國人勒維耶和英國人亞當斯幾乎同時地猜測天王星之外還存在另一顆行星，並且進行計算。終於，在1846年的九月，一顆藍色的行星海王星在勒維耶預測的一度左右的觀察區域內被發現。這是第一顆通過理論計算發現的行星。在當時的天文界引起轟動，是牛頓力學的又一次勝利。事實上，偉大的高斯也通過計算算出了小行星穀神星的軌道。誤差在半度以內。後來，勒維耶將注意力轉向水星。水星近日點進動的測測值和理論值有0.43角秒的偏差。勒維耶自然認為在水星軌道以內有另一個行星，但是一直沒有被發現。最後，水星進動問題由廣義相對論成功解決。

現在，我們不能說我們已經完全了解太陽係，但是太陽係的結構很清晰了。水星到海王星的依次從裏往外的八顆行星在一個近乎平麵的盤麵上繞太陽運行。在火星和木星之間有一個小行星帶，以此區分太陽係內層的岩質行裏和外層的氣態行星。墜落到地球的隕石大多來自小行星帶。八大行星（包括小行星帶）與太陽的距離基本符合提丟斯-波德法則。這個法則曾經在發現小行星，天王星和海王星的過程中發揮重要作用。我們還不清楚提丟斯-波德法則的真正機製。在海王星之外的大片區域被稱為柯伊伯帶，存在以冰為主的小天體。最著名的當屬冥王星。根據2006年製定的對行星的定義，冥王星不再是行星。在更外層的超過1.5光年的廣袤空間是奧爾特雲。包括哈雷彗星在內的短周期彗星來自柯伊伯帶。哈雷彗星將在2061年回訪地球。而長周期彗星產於奧爾特雲。旅行者一號探測器於1977年發射升空，於1979年和1980年分別掠過木星和土星。現在旅行者一號越過柯伊伯帶，離開地球已經有兩百三十億公裏。如果旅行者一號有幸穿越奧爾特雲，它還要繼續飛行兩萬多年。

--寫於2022年6月25日（圖片來自網絡）