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地心说由来——静止不动的地球,是宇宙的中心?

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地心说由来——静止不动的地球,是宇宙的中心?

科学发现的重要性不能单纯从应用价值角度来评判,其更加深远的认知意义在于揭示人类社会和大自然的奥秘。 追求美丽、和谐与简单,这是美学的最高境界和评判标准,亦是宇宙论的最基本特征之一。

古希腊宇宙观认为:天会塌,地会陷否? 宇宙是如何产生的? 谁主宰着星空变化? 自人类诞生之日,就对茫 茫太空充满了神秘感。 因看到太阳每天从东方升起向西方落去,丝毫也感觉不到大地的运 动,这样自然就有了地心说。 古希腊特有的唯理主义社会氛围,逐渐把日常观测数据和社会实践经验升华为逻辑知识体系。

据说,最早提出“地心说”观点的人是古希腊学者欧多克斯。在这之后,“地心说”经亚里多德完善,并最终由托勒密发展成为“地球是宇宙的中心”的宇宙模型。

公元前 340 年前后,形式逻辑体系鼻祖亚里士多德(Aristotle,公元前 384—前 322)开创了天文学新局面,提出水晶球宇宙体系。在亚里士多德论证地球是球形的同时,他就表达了“地球是宇宙中心”的观点他认为,宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球是静止的,位于宇宙的中心。在地球之外,有9个等距离的天层,从里到外依次是月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天,此外就空无一物上帝推动了恒星天层,从而带动所有天层运动。此外,亚里士多德还提出了构成物质的“五种元素”,即地球上的物质是由水、气、火、土四种元素组成,而天体则由第五种元素“以太”组成。

在其宏著《论天》中,亚里士多德列举数条论据,较详尽论证了“地球是个绝对静止不动 球体”的观点。 并举证到,如若地球是运动的,就会有“恒星视差”现象;从高处坠落的物体就 不应是其垂直投影点等。 鉴此给出了其宇宙观两个基本命题:

(1)地球是宇宙的中心,是绝对静止的; (2)所有天球轨迹皆为完美的圆周运动。

此乃地心说的最基本信条。 亚里士多德的形式逻辑理论成为后人演绎推理的基本理 念,而这两个天文学命题,则成为后世天文学家所恪守的基本规则。

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有人说,亚里士多德之所以认为地球是宇宙的中心,是出于一些神秘的原因。不过,尽管他的“地心说”模型有模有样,但随着对行星观测的不断发展,人们发现它无法很好地解释行星的“不规则”运行。于是,公元2世纪,另一位天才的希腊天文学家托勒密在亚里士多德理论的基础上,提出了更为完善的“地心说” 在托勒密看来,要解决行星的不规则运行,如某些时候行星会出现“逆行”现象,向着反方向运行,势必要在原本绕地球运行的轨道之外,给行星再加一个运行轨道。因此,他提出了“本轮”和“均轮”的理论——“本轮-均轮”宇宙模型:行星 P 绕点 C 作圆周运动,该圆称之“本轮”。 本轮圆心 C 则围绕地球又作圆周运动,该圆称之“均轮”。 即行星并非仅仅围绕地球旋转,还要围绕均轮上的点作圆周运动。即各行星都绕着一个较小的圆周运动,而每个圆周的圆心都在以地球为中心的圆周上运动,每个小圆周叫作“本轮”,绕地球的圆周叫作“均轮”。后最早编制弦表,且发现岁差现象的希帕科斯(Hipparchus,公元前 2 世纪),为解释日月视运动不均匀性现象,又提出偏心圆模型,认为地球可能并不是处在太阳运动轨道的中心。

古希腊数理天文学基本上只重视构建宇宙模型,不太关注天体运动的计算精度,因而

尚不具备历法意义的实用价值。直到公元 150 年,托勒密(Ptolemy,100—170)不仅对宇宙 模型做了根本性改变,同时注重了天体运动计算精度。 其《天文学大成》可谓是当时的天文学百科全书,所产生的影响极为深远。 托勒密构造了一种新的“本轮-均轮”模型。 利用其所构建的计算方法,与当时天文观测数据相吻合。 他把均轮设计成偏心圆,以圆心 O 为中心,经过计算巧妙选定一个与地球 E 相对称点 E’。 本轮圆心 C 围绕对应点 E’作匀角速度运动。

在本轮和均轮的基础上,托勒密提出了他的地心说宇宙模型。宇宙是一个套着一个的大圆球,地球位于圆球的中心,在地球周围是8个旋转的圆球,上面依次承载着月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星和恒星。

对宇宙而言,最外面的圆球即是某种边界或容器,而圆球之外为何物,还没有人弄得清。在最外层圆球上,恒星占据着固定的位置,因此当圆球旋转时,恒星间的相对位置不变,圆球和恒星作为一个整体一起旋转着穿越天穹;内部的圆球携带着行星,这些行星除了在圆球上运行外,还会绕着本轮的小圆周运行,因

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此相对于地球,它们的轨道就显得复杂,这就导致了金星它们的运行有时候不规则。

相对于亚里士多德的地心说模型,托勒密的更为复杂,当然也能更好地解释行星的运行。与此同时,他还提供了一种非常合理的精确系统,可以用来预测天体在天空中的位置。但是,为了正确地预测这些位置,托勒密不得不假设月球沿着一条特殊的轨道前进,即在这条轨道上,月亮和地球的距离有时是其他时刻的一半,这意味着月亮在某些时刻看起来应当是其他时刻的2倍!这无疑是个瑕疵,但在当时,由于托勒密地心说模型给恒星之外的天堂和地狱留下了大量的空间,因此天主教教会接纳它为世界观的“正统理论”,人们也开始普遍接受它。

托勒密所构造新本轮-均轮模型,实为所有天球运动提供了一个较为系统完整、精确统 一的宇宙模型,被后人沿用了近千年。 虽然,托勒密宇宙模型在实际应用方面优于以往模 型,但其本轮圆心 C 是围绕着地球对应点 E’作均匀角速度运动,而不是绕均轮圆心 O 作均匀线速度运动。 随着全球航海业的不断发展和完善,对精确天文历表的需求变得日益迫切起来。 但被用于编制数据表的托勒密相关天文理论却越来越繁,加之天文观测数据的不断增加和一些新的发现,天文学家只好费尽心机来解释天文学现象,所需本轮和均轮数目亦 在不断增加,最终竟然达到了 100 余个。

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地心说由来——静止不动的地球,是宇宙的中心?

地心说由来——静止不动的地球,是宇宙的中心?科学发现的重要性不能单纯从应用价值角度来评判,其更加深远的认知意义在于揭示人类社会和大自然的奥秘。追求美丽、和谐与简单,这是美学的最高境界和评判标准,亦是宇宙论的最基本特征之一。古希腊宇宙观认为:天会塌,地会陷否?宇宙是如何产生的?谁主宰着星空变化?自人类诞生之日,就对茫茫太空充满了神秘感。因看到太阳每天
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