万岁！伟大的提丢斯-波德定则！--1

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万岁！伟大的提丢斯-波德定则！
——  物理学革命之十一  ——
王紫馨（方悟）      2006.3.10
文革后，终于明白什么可以跨越时空，从此不再妄呼“万岁”，只把它留给科学理性，留给自然逻辑，那被人看成是一条小小的规则，我要把它放回自然体系中的关键位置。
一、定则的产生：
“提丢斯定则”又称“提丢斯-波德定则“，它是关于太阳系行星轨道空间位置的定则，1766年德国的提丢斯首先发现。他发现行星到太阳的距离遵循一定的规律：如果以土星到太阳的距离为100，则水星到太阳的距离为4，金星到太阳的距离为4+3=7，地球到太阳的距离为4+6=10，火星到太阳的距离为4+12=16，木星到太阳的距离为4+48=52，土星到太阳的距离为4+96=100。1772年，德国天文学家波德在其著作《星空研究指南》中总结了提丢斯提出的定则，概括为：取0、3、6、12、24、48......这样一组数，每个数字加上4再除以10，依此类推，就得到以天文单位（au）（地球到太阳的平均距离）表示的各行星到太阳的平均距离的近似值。那时所知的6颗行星用定则来计算得到水星到太阳的距离为（0+4） /10=0.4天文单位；金星到太阳的距离为（3+4） /10=0.7天文单位；地球到太阳的距离为（6+4） /10=1.0天文单位；火星到太阳的距离为（12+4）/10=1.6天文单位；木星到太阳的距离为（48+4）/10=5.2天文单位；土星到太阳的距离为（96+4）/10=10 天文单位，见表：
行星        定则推算数据        实际距离
水星        0.4        0.378
金星        0.7        0.723
地球        1.0        1.000
火星        1.6        1.524
?        2.8       
木星        5.2        5.203
土星        10        9.554
这在当时就是非常准确了，即使在今天，也没有一条行星规律像它那样有效。
照此，火木之间（24+4）/10==2.8处应该有一颗行星，但当时那个位置上没有发现任何天体。早在17世纪初开普勒就发现，在火星轨道与木星轨道之间，似乎存在一个太阳系行星的“空缺”，波德不相信会有空白存在，提丢斯认为可能是一颗未被发现的火星卫星，人们也相信，在2.8处应有一颗大行星存在，波德向其他天文学家们呼吁，一起来寻找这颗行星，但好几年过去什么也没发现。当人们有些灰心时，1781年，英国天文学家赫歇耳宣布他发现了太阳系的第七颗大行星------天王星。使人惊讶的是，天王星与太阳的平均距离是19.2天文单位，用定则推算：（192+4）/10=19.6，符合得好极了！
“提丢斯定则”中的2.8位置，到地球的距离是火星到地球距离的两倍，为木星到地球的距离的2/5，如存在大行星，它的体积应与火星相仿(火星直径比地球半径略大)，不难观测到，为什么难觅其踪？天文学家推测，只有一种可能，即它比火星小得多。
1801年1月1日，意大利天文学家皮茨在观测时发现一颗“星星”每天晚上都要改变位置，这当然不可能是恒星，经计算，它的距离是2.77天文单位，与2.8极为近似，皮茨以古希腊神话中的“丰收女神”(Ceres)命名它，即谷神星。皮茨的发现引起了数学家高斯等人的兴趣，他们根据皮茨仅有的几个观测数据，对谷神星的轨道进行了计算，德国天文学家奥伯斯重新观测到谷神星(它的轨道位置与高斯的预测只差30′的角距离)，并且发现了智神星。随后，1804年，婚神星和灶神星也相继被发现，这些行星因为个头小被称作小行星。陆续在火星和木星轨道之间又发现了其他的行星，但个子都不大，这就是所谓小行星带。科学家们希望解决为什么这一带有50多万颗（一说为过百万颗）小行星，是此轨道上原有一颗大行星，在天文灾难中破碎，还是在太阳系形成之初轨道物质就不能聚合成大的行星？
二、定则需要修正：
1846年和1930年，海王星和冥王星的相继发现是提丢斯-波德定则的挫折：
天王星发现后不久，人们注意到天王星的运动反常，偏离天体力学计算的轨道，便推测天王星轨道之外可能还存在一颗行星，它的引力作用使天王星运动轨道受到干扰，也就是天文学上所谓的“摄动”。1845年到1846年，英国的亚当斯和法国的勒维耶这两位年轻人，根据牛顿万有引力和运动定律，分别独立进行了计算，他们反过来从天王星运动的偏差去估计摄动的大小, 从而推算出未知行星的位置。依照他们的计算结果，1846年9月，柏林天文台的天文学家果然在预报位置附近发现了新行星海王星，它生动地证明了牛顿定律的正确性，体现出科学理论预言未知事物的无比威力。海王星虽然发现了，但找不到它在提丢斯定则中的准确位置（不到38.8）；冥王星的轨道也达不到77.2的轨道。近年在海王星轨道外发现了一个小行星群，称为柯伊伯带，冥王星是已知柯伊伯带里最大的天体，冥王星的轨道是与38.8接近的，如果把海王星和冥王星在内的柯伊伯带算作一个行星轨道，是不是更合理呢？
行星        定则推算数据        实际距离
海王星        38.8        30.2
冥王星        77.2        39.6
在太阳系行星空间排列上，没有比提丢斯-波德定则更好的规律了，既然它出现了一点问题，我们还是不要急于否定它，而应尝试修正它。有人认为提丢斯定则纯系一种数学游戏，这种极端认识缺乏科学头脑，我这里提出两种方式希望大家探讨：一是把海王星和冥王星都算作第九轨道行星，柯伊伯带符合，海王星太勉强。二是可认为系列数100以后不再以倍数增加，下一个行星轨道只比前一个增加10个天文单位，这样土星为100，是10个天文单位，天王星为20个天文单位，实际为19.6；海王星为30个天文单位，实际为30.2；柯伊伯带小行星40个天文单位，冥王星39.6，都可以符合得很好。
三、定则的内涵：
自然界并不像某些人想象的是杂乱无章，它有着严格的秩序，受统一的规律支配，自然秩序就是自然逻辑，凡违背自然规律者莫不栽大跟头，“人胜天”仅是自我幻想。行星的空间排列到底反映什么自然规律，它们排列得这么有规律难道仅出于偶然吗？真正的科学家都是因果论者，一切偶然性背后都有必然性在起作用，大一统论者更是这样，他们认为宇宙间的所有空间排列一定是按照某种统一规则进行的，这一规则必是由最基本的规律所决定的。哲学上讲，事物都是质与量的同一，事物的量都是质的表现，都是由质来决定的。提丢斯定则反映了行星空间排列轨道这一量的规律，其表现的质是什么，人们并不知道，我们的责任就是追根刨底，找出它们这么排列的原因。由于所有的事物，其本质相同，那我们就从总根追起。
自牛顿以来，人们已经把万物归纳为“三”，即空间、时间和物质，牛顿以绝对时空把三者相互孤立起来，用三分世界的方式建立了他的经典力学体系，这在当时是必要的，是科学发展必经的一步。一百年前，经典力学无法再解释某些物质现象，普朗克提出了量子概念，发展出量子力学，被认为是连续变化的无限世界，在微观领域中变成了不连续的有限世界。爱因斯坦向前推进了物理学，把牛顿相互独立的“三”，变成了相互联系的“三”，即把绝对时空变成了相对时空，空间和时间随着物质运动一起变化，这是一个重大进步，再进一步就可归二合一，但传统对立性认识阻碍了他。爱因斯坦从上世纪三十年代开始致力于统一场的研究，到临终未获结果，此事我多次提及，就是想说明：割裂事物的相互联系和同一性，是不能使这个世界统一的。老子高于我们所有人的地方，就在于他找到了一条统一这个世界的捷径，就是把人们看来相互对立的事物同一，使“三”归为“二”，再归于“一”。“一”是同一，又是整体，所谓“抱一为天下式”，就是要学会把所有的事物都看成一个整体，也把宇宙看成一个整体，把低层级事物看成是组成高层级事物的要素。物、空、时，三个东西怎么统一？很容易，物质是什么？是不同形式的空间存在！没有空间形式，就没有事物，那个大爆炸假说的“奇点”没有了空间状态，也就否认了宇宙的存在，哪还有宇宙的诞生？时间是什么？是空间形式的变化！所谓物质运动不就是空间状态在变吗？那被称为机械运动的基本矛盾的“飞矢不动”的悖论，不就反映了时间无限分割所导致的空间状态，从空间位移运动变成了静止吗？它也以微分的数学方法说明无限即是有限。那无数的物质具体形态，其共性就是空间。现象是本质的表现，个性是共性的表现，物质形态是空间形态的表现，而不是相反，把空间和时间说成是物质存在的形式，是颠倒了抽象和本质、共性和个性、内容和形式的关系。把物质形态同一于空间形态，我们就从“三”进到“二”，再把时间同一于空间变化，我们就从“二”进到了“一”。黑格尔也不同意牛顿三分割的形而上学观点，他指出：“它（运动）的本质是空间和时间的直接统一，……空间和时间都属于运动；速度，运动的量，是和某一特定的流过的时间成比例的空间。运动也可以说是空间和时间的关系；……空间和时间最初在运动中取得现实性。”（转引自《马克思恩格斯全集》第20卷588页)他和老子殊途同归。
老子在25章中说：“吾不知其名，故字之曰‘道’，强名之曰‘大’。大曰逝，逝曰远，远曰返。”注释者都把“大”说成是“广大”、“阔大”，望文生义，当作形容词来用。“大、小”作为形容词本是用来描绘空间状态的，但老子在这里说得很清楚，是把“大”当作名词来用的，是“强名之”，不是“强形之”，这种常识性错误是不该犯的。“强名之曰大”，“大”作为形容词当作名词时，直接指代它原来的描述对象——“空间”，老子实际是说，我们的宇宙的运动总规律可称为“道”，它是关于空间场的理论，所以说：“道曰大”。老子认为哲学宇宙观“字道名大”，大统一理论就是空间场论，他把空、时、物三者统一为空间，空间变化，时光流逝，旧的空间形态不复再现，所以说“大曰逝”，“逝”即时间。空间变化存在周期循环，到一定极限就会返回起点，这就是“远”和“返”的含义。空间延展性及其变化表现在具体的东西上，就表现为万物。在人类认识史上，只有老子给我们指出了这条通向大统一的道路。