太阳系形成过程及成功的星云假说

厄谢尔提出了两个重要假设。一是仅仅凭借已记载的人类历史就推算出物质世界的年表；二是宇宙自从诞生以来，除了《圣经·创世记》所描写的大洪水期间发生过重大变化之外，从未有过任何大变化。因此，要想提出太阳系起源和演化的科学学说，首先需要挣脱这些思想的束缚。在本章中，我们将一起探讨在厄谢尔之后，人们对世界起源的认识是如何改变的，下一章将探讨太阳系的大小问题。

有一个人对改变我们对太阳系起源的看法做出了尤其突出的贡献，他就是皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯（Pierre-Simon de Laplace）。他1749年出生于法国，在20多岁时就已经是一名公认的才华横溢的数学家，他还被誉为史上最杰出的科学家之一。拉普拉斯的太阳系起源学说在发表后受到了广泛关注。

拉普拉斯曾在巴黎高等师范学校短暂担任教授一职，在此期间他多次面向公众做公开演讲，这是教授职责的一部分。在其中一次演讲中，他首次提出了关于太阳系起源的“星云假说”。尽管他非常擅长数学，但为了便于普通观众的理解，拉普拉斯舍弃了高深莫测的数学方法，将他的观点用生动的语言阐述了出来。他在该次讲座上的发言后来成了《宇宙体系论》一书的基础，该书于1796年出版。

拉普拉斯认为，行星是由太阳附近一团缓慢旋转着的巨大的气体云演化而来的。随着时间的推移，这团气体云逐渐冷却收缩，以比之前更快的速度旋转，并逐渐变为扁平的盘状。随着转速加快，离心力逐渐超过太阳的引力，因此不断向外抛出一个个气体环。之后，气体环就会聚成行星。拉普拉斯提出，这一过程同样发生在每个行星内，它们的卫星也由此诞生。彗星的轨道极为扁长，因此不太适用于这一模型，拉普拉斯推测彗星可能来自行星系外。

拉普拉斯坚信任何一个合理的太阳系理论都必须能够解释我们所见的万事万物。从这一点来看，星云假说显然是一个成功的假说。它解释了行星为何总是沿相同方向绕太阳公转，为何它们几乎处于同一个平面上，以及为何它们的轨道近似呈圆形。

拉普拉斯的理论与法国博物学家乔治-路易·勒克来尔，即布丰伯爵（George-Louis Leclerc，Comte de Buffon）早前提出的观点——彗星碰撞说严重背道而驰。1749年布丰出版了一本畅销书，他在书中提出，太阳曾经在7.5万年前被一颗彗星撞到，散落下来的太阳物质最后形成了行星。但这种观点至少有一点是可取的，那就是它认为行星是由一个事件而非几个不相关的事件产生的。然而，拉普拉斯和其他科学家对这个说法并不买账，理由是它和所观测到的太阳系特征不符。布丰的理论还受到了当时的一些学术神学家的声讨，后来，为了免于被教会责难，他只好收回他的观点。

几十年后，法国大革命彻底改变了法国的政治和宗教形势。教会的势力被大大削弱，拉普拉斯的学说不再遇到诘问。据传，有一回拿破仑问他的老师拉普拉斯，为何他的《宇宙体系论》中只字未提上帝的作用，据说拉普拉斯是这样回答的：“陛下，我不需要做出这样的假设。”拉普拉斯的意思是，太阳系的稳定运作不需要依赖更高级力量的干预就能维持。这也是此前一直困扰牛顿的问题，牛顿认为，为了不让行星由于彼此之间的引力作用而偏离原本的轨道，上帝不得不时而出手干预。拉普拉斯计算出这些相互作用并不会随着时间的推移而增加，相反，它们对行星轨道产生的摄动非常小。他在1788年写道：“所以，地球只会小幅度地移动，除了轻微的偏移外，基本处于一个稳定的状态……只有外力才能破坏这种稳定。”

拉普拉斯认为行星的轨道是恒定的，它们过去和未来的运动都可以被计算出来。70多年后，法国的另外一位数学天才亨利·庞加莱（Henri Poincaré）发现拉普拉斯的理论仅适用于某些特殊情况，庞加莱证明了行星的轨道并不是永恒不变的，初始条件的不同将对行星的长期演变产生巨大的影响。庞加莱为我们今天所说的“混沌理论”奠定了坚实的基础。事实上，行星在很久以前或很久以后的运动情况是无法确定的。

1796年当拉普拉斯的《宇宙体系论》出版时，他大概还不知道早在41年前就已经有人提出了一个截然不同的星云假说。今天，众所周知伊曼纽尔·康德（Immanuel Kant）是一名哲学家，但他早年对物理和数学也颇有研究。1755年，康德发表了《自然通史和天体论》，这也是他的第一本著作，他在该书中提出了一个关于太阳系起源的假想模型。(www.xing528.com)

康德认为，太阳系中的天体来自宇宙空间的物质云。根据他的理论，湍流运动使宇宙中的弥散物质相互靠近，进而凝成较大的物质团，接着物质团会集聚更多物质而变得越来越大。密度较大的部分更接近中心，也就是太阳，这就是为什么行星形成后，内行星的密度比外行星的密度大。和拉普拉斯一样，康德只是用语言描述了他的猜想，而没有运用数学推理来加以支撑。不幸的是，几乎是在该书出版后，康德的出版商便破产了，所有存书连同康德的书也一并被查收。从此，康德的作品几乎销声匿迹，在此之后的几十年中，除了在康德的故乡哥尼斯堡（位于普鲁士）以外，这本著作鲜少有人问津。

无论是拉普拉斯的《宇宙体系论》的第一版，还是他逝世（拉普拉斯于1827年逝世）前30年对该书进行的4次修订，均未提到康德的研究成果。然而，康德的思想后来还是得到了一些德国同人的拥护，代表人物为德高望重的物理学家、哲学家及生理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz）。

1854年2月7日，亥姆霍兹在哥尼斯堡举行了一场公开演讲，此时距离康德逝世50年，距康德《自然通史和天体论》一书的出版已近一个世纪。该次演讲的主题为能量守恒，是他在吸收了前人成果的基础上于1847年提出的一个定律。在康德的故乡，亥姆霍兹免不了对康德缅怀一番，他对台下的观众说：

康德发现……如今维持着行星运动的万有引力在很久以前也起到了将稀疏地散落在空间中的物质集聚起来，形成行星系统的作用。之后，拉普拉斯在对康德的星云假说完全不知情的情况下，提出了和他一样的观点，并介绍给了天文学家。

因此，我们所在的行星系统（包括太阳）肯定源于一团巨大的星云，这团星云最初就位于我们行星系所在的空间里，但远远地超出了如今已知离太阳系最远的行星海王星的范围。

亥姆霍兹略过康德与拉普拉斯学说的分歧，而专注于研究它们的共同点——星云。星云是行星的发源地。在亥姆霍兹的推动下，康德和拉普拉斯的星云假说被合称为“康德-拉普拉斯星云假说”，尽管他们的观点不尽相同。

在接下来的数十年中，星云假说是唯一一个科学解释太阳系诞生的理论。尽管它由于不够详尽和缺乏严谨的计算而受到一些科学家的诟病，但总体来说，它仍然备受青睐。拉普拉斯后来从其他人的新发现中找到了支撑他的观点的依据，为此大受鼓舞。当时，人们对太空中那些叫作星云的神秘云状物体仍然存在很多疑问。1811年威廉·赫歇尔发表了一篇长篇文章，介绍了他对星云的观察，星云看起来像是由中间的恒星和周围类似发光液体的物质组成的。他提出星云可能是处于不同形成阶段的恒星。虽然赫歇尔的文章从头到尾都没有提到星云假说，但拉普拉斯还是将他的这一观察写入了《宇宙体系论》第5版。对拉普拉斯来说，这些星云如他的星云假说所预言的，是一个个正在成长着的太阳系。