《物理的故事——在悖论中前行》
第3节作者:
江湖小片
在这百余年的社会动荡中,天文学取得了长足的进步。尽管“地心说”大行其道,但是在称为公理之前,请允许还有些不同声音。
阿利斯塔克(Aristarchus,公元前315年—公元前230年),他是人类历史上第一个真正意义上的天文学家,他用观测代替猜测,独创性的提出了“日心说”,也就是说,地球不是宇宙的中心,太阳似乎比地球更适合,但是恒星都不动。地球不仅绕太阳公转,还会自转,这样昼夜交替才说的通。
大地在动?拜托!像人类这么理智的动物怎么会感觉不到呢?又怎么能相信偌大的地球竟然成为了小小太阳的跟班?
阿利斯塔克为了消除人们的误会,采用几何三角关系对天体进行测量。他测出太阳其实比地球大,直径大约为地球的6-7倍。这是人类第一个认为太阳比地球大的人,但是没人相信,更何况阿利斯塔克根本无法解释更多现象,如果大地真的在动,我们向上抛起一个石头,石头应该落在西边,而不是垂直落下。
即便阿利斯塔克的学说为宗教和人类所不容,但是并不代表它一无是处。又过了几十年,古希腊另外一位天文学家喜帕恰斯(Hipparchus,约公元前190年—公元前125年。由于翻译的问题,喜帕恰斯又叫伊巴谷)巧妙地绕开“日心说”,转而继承阿利斯塔克观测与计算的方法,于是成为了人类历史上数得上天文学家。
喜帕恰斯创造了一系列的眼花缭乱的成果,时至今日有很多理论地理与天文学仍然采用,比如岁差、视差等等,而且他还是人类历史上第一位正确得出月地距离的人——地月距离是地球半径的60倍左右。
日期:2017-08-08 09:11:14
其实,在基督教以前,亚里士多德还没有被神话,人类不相信地心说,其根本原因就是,无法想象那么大的一个球居然还会在动,如果地球动,为什么人感觉不到摇晃?
日期:2017-08-08 10:59:45
时光荏苒,过了1个多世纪,有个孩子出生在以前的埃及托勒密王国——显然现在是罗马帝国的一个省了。他的名字叫克罗狄斯托勒密(Ptolemy,约90年—168年)。对于托勒密的生平,史书介绍的很少,只知道其父母都是希腊人,托勒密自幼聪慧,对自然知识有浓厚的兴趣,年少时就曾到亚历山大城。在哪里他深入学习了前人尤其是阿利斯塔克和喜帕恰斯的观测和几何计算方法。
但是二人却代表着不同的学说:日心说与地心说。虽说只有一字之差,但是带来的问题却截然不同。托勒密该如何抉择呢?其实他别无选择,在当时环境下,就一个正常人而言,两种学说孰优孰劣,早就高下立判了。
选择了地心说,不代表就没有问题。所有的天体绕着地球运动,在最明亮的两个天体——太阳和月亮上得到了很好的验证:月亮确实绕地球转;而不管太阳绕地球转还是地球绕太阳转,在地球上看来都是一样的(相对运动)。
但是林子大了什么鸟没有?天空繁星浩瀚,难免有几个淘气不听话的,比如火星,在地球上看来,它的运动比较杂乱无章,有的时候它顺着地球往西走,有的时候他逆着地球往东走,有的时候它还这样走:
(红线为某年火星轨迹,黄点及黄色周围2个黄点为心宿;示意图,仅供形象展示)
在中国古代,这个现象叫 “荧惑守心”,火星看上去荧荧似火,而其行踪诡异,故叫荧惑。心宿,传说中二十八星宿之一,有3个星星组成,代表这至高无上的皇帝和皇帝他们家一些人。当荧惑守心时,意味着王朝或者皇帝有灾难将要发生。据《史记秦始皇本纪》中记载,秦始皇死的头年,发生了荧惑守心现象。人们纷纷猜测秦始皇的死与上天安排不无关系,这也为后世的皇帝的心中埋下了一个地雷,一旦荧惑守心再次出现,这个雷就要炸开了。
荧惑守心现象时有发生,可是皇帝不想死,于是遗祸给丞相,让丞相代他去死,可是丞相也不想死,于是皇帝就把他弄死。西汉汉成帝绥和二年(公元前7年)就是这样弄死了当时的宰相翟方进。丞相的死也分很多种,像文天祥那样的叫惊天地泣鬼神,而像翟方进那样的简直叫做憋屈。
火星说:怪我咯?
然而,火星不过是捣蛋星体的其中之一。伟大的喜帕恰斯也认识到了这点,他又创造性地发明了“均轮”与“本轮”的学说(由于书籍遗失的缘故,对于该学说的提出者尚有疑义)。
托勒密将此学说发扬光大,他不仅坚持地心说,而且还坚决不放弃“匀速”这个完美的运动方式。
解释:
1.地球不在宇宙中心,而偏离中心一段距离,与地球对应着一个点叫“偏心圆点”,大部分天体都绕着偏心圆的圆心做圆周运动,但是速度不是匀速的,只是相对地球的角速度是匀速的,即匀角速度运行;
如此说来,地球也不是宇宙的正中心,不过比地动要好很多,起码当时的人们可以接受。托勒密之所以这样做是为了与观测相符,并非为了解释四季变换。实际上也解释不了,因为太阳不管怎样转,每天都会经过同样的位置,而且四季变化并非纯粹由太阳离地球的距离决定的。关于四季变换,古希腊人早已注意到是由于太阳的直射角度变化引起的,所以地心说的缔造者欧多克斯认为每层天的同心球有个自转轴,球会带着天体绕自转轴轻微地来回摆动,以年为周期。亚里士多德几乎完全继承了欧多克斯的学说,同样也被托勒密继承了下来。
2.像火星这样的天体,除了大圈“均轮”外,还有小圈“本轮”,它一直在沿着小圈转动,而小圈又沿着大圈转动,它们的速度可以不一样,这就可以解释为什么火星有时会向后运动了;
3.如果一个小圈,不够用,那么就增加更多的小圈,直到够用为止;
4.并非所有的天体都绕地球运动,部分比如水星、金星,是绕太阳运动的。
这是一个两全其美的创造,既维护了地心说又和观测的差不多一致,因为当时人类关心就那么几个星星(主要是行星)。在当时航海中,靠这几个星星点的灯已经够用了,所以它在航海上取得了很大实用价值,下个有实用价值的发明估计算是指南针和望眼镜了。
物以稀为贵,比如美玉,一个叫举世无上,二个可做珠联璧合,多了则和石头没什么分别。为了和观测保持一致,增加了很多的本轮,首先在美学上就很难说得过去,说不过去那就肯定不是完美上帝干的事情了。这也正是该模型最大的缺点,托勒密本人也意识到了,所以他特别强调,这套模型不是理论,而是观测手段,或者说是一种数学方法,如果有新的方法那是最好不过的了。然而人生不如意十之八九,活着的时候尚且不能自保,又何况死乎?托勒密将自己对天文学的理论全部写到《天文学大成》一书中,这本书在后来的1300多年里,成为西方国家的天文学教科书,而其与亚里士多德一脉相承的地心说最终被嫁接成上帝创造万物的理论基础。
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