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探讨阿里斯塔克假说和哥白尼革命及日心说
摘要：古希腊人阿里斯塔克早于哥白尼一千七百多年前就提出过日心说的假设。文章通过比较阿里斯塔克和哥白尼的日心说差异,分析造成差异的原因,探讨关于阿里斯塔克假说的先进性和哥白尼革命的局限性,分析了日心说理论被接受时间推后的原因。
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一、阿里斯塔克日心说概述
广袤无垠的宇宙对古代自然科学家来说,始终充满着无穷无尽的吸引力。在众多天文理学和宇宙学中,关于宇宙中心问题的探索,始终是人们关注的焦点。早在公元前310年,萨默斯的天文学家阿里斯塔克就首次采用了一种以太阳为中心的宇宙模型。他把太阳放在中心,赋予地球两种运动:每天围绕自己的轴旋转一周和每年围绕太阳旋转一周,太阳和恒星都是不动的。这与两千年后哥白尼的日心说建立的模型并无太大差异,但是这种理论在当时却鲜有赞同者。
抛开智者学派怀疑一切的传统,首先阿里斯塔克本身也无法解释地球是如何一面保持自转,一面又围着太阳飞快地绕转,果真如此,地上的一切东西都将受到地球运动轨迹的影响飞出地球,或者被甩在地球后面七零八落拉成一条线,这无疑违背了亚里士多德的自然物理运动学,在任何时代,违背了物理学定律的人都会受到质疑和否定,时至今日也是如此;其次,阿里斯塔克遭受了恒星视差的诘难——如果地球围绕太阳转动,那么在间隔六个月的两个时间点,地上的观测者就是在相隔很远的两点在看天体,应当观测到的恒星的相对位置是有所变化的,但是人们却未能观测到这样的变化。阿里斯塔克在解决这个问题时是这样解释的:地球轨道就像一粒沙子一样,也就是说,地球围绕太阳运动的轨道直径比起恒星的遥远的距离来说,是微不足道的,因此恒星的位置变化极其细微,无法被观测到。
这也与哥白尼对于恒星视差问题的解释不谋而合。在阿里斯塔克的一生中,他以数学家而不是天文学家的身份闻名于世。阿里斯塔克利用数学精密的计算出太阳的半径为地球的七倍(实际上是一百零七倍),故宇宙最大的物体是太阳而不是地球,因此太阳是不动的,地球和行星则以太阳为中心做圆周运动。揭开了天体神秘的面纱,证明了天体并不是神秘不可测的,这一点向当时的权威宗教和物理学发出了挑战——反对日心说把腐败多变的地球置于同神圣不腐的天体同等的地位,阿里斯塔克也在当时被判为对神的大为不敬。在社会思维范式的影响下和宗教统治的压迫下,阿里斯塔克先进的思想并未被当时的社会所接纳使用,反而使他遭受了严重的打压和迫害。
二、哥白尼关于日心说的基本概述
在哥白尼的观点中,太阳取代了地球而居于宇宙的中心,也正是在这样的理论体系下,各种行星的运行具有了统一性,打破了无序运行的模式。在同样思想闭塞,宗教盛行的年代,他的地心说体系也遭受了来自各个方面的诘难。哥白尼在《天体运行论》论述到,太阳只是在接近太阳系的中心,而不是正中心,哥白尼虽然抛弃了难以被理解的均衡点之说,但却仍然拘泥于圆周运动。于此同时,如何解释恒星视差现象成了哥白尼天文体系中最大的难题。阿里斯塔克假设恒星离我们非常遥远,哥白尼同样也采用了这个方法。通过数学计算,哥白尼把恒星的距离定在400000倍的地球半径之外,这在16世纪的天文学看来,无疑是荒诞而不具有可信力的。哥白尼并不是一位力求革新的天文学家。他始终受毕达哥拉斯派的影响,企图用“圆”来解释现象,并且在建立自己的天文体系时没有利用任何新的观测资料作为依据,与其说他把“日心说”当成了一种等待被证明的真理,不如说他把日心说当作了一种相对圆满的假设,假设本质上是出于审美和观念上的必要。而哥白尼本人,也在为了解释地球的运动现象时堆砌了大量的技术细节,使用了许多烦琐的本轮,这也降低了日心说的精确性和简易性。
三、阿里斯塔克与哥白尼理论异同
对比阿里斯塔克与哥白尼的日心说,中心思想并无太大差异。可哥白尼成了史册上记载的“日心说”第一人,阿里斯塔克则被后世冷落遗忘。阿里斯塔克之所以没有成为天文学上的变革者,有如下原因。首先从阿里斯塔克自身而言,他更多的是把日心说当成了一个假说或是现象,而不是一个等待完善的体系,猜想假说和科学体系之间是有着天壤之别的,他的学说过于单薄,以至于在科学上几乎毫无用处。而哥白尼却是在假说猜想的基础上加以数学的论证,逐个解决了猜想中的数学问题,因此在传播的过程中具有了更高的可信度。其次,阿里斯塔克所面对的竞争对手——亚里士多德理论过于强大。亚里士多德的地心说很好地解释了日月星辰东升西落的现象,并以强大的物理学体系获得了人们的广泛认可和尊重。阿里斯塔克作为地心说的唯一竞争者,纯属推测得出结论并且很多问题尚未解决的日心说不被大众所相信,这一现象也就不足为奇了。在阿里斯塔克生活的时期,科学并没有沦为神学的婢女充斥了浓重的宗教色彩,可是阿里斯塔克的思想超越了他所处的时代太多。哥白尼虽然面对了宗教的抨击、压制和审判,但也令更多人知道了日心说的存在,反而吸引了一帮学者投入其中领略了他的想法。阿里斯塔克发现了真理,但当时的社会背景和自身能力使得他在证明真理的道路上止步不前。即使他没有开辟一条全新的道路,但是后人却通过他留下的足迹更接近了真理。
四、等级制度下的天文体系发展
随着欧洲第一次学术复兴,在亚里士多德和托勒密等天文学家的推动下,同人类的社会等级相同,宇宙中也呈现出了一种明确的等级制度,打破了高贵与低贱、高尚与世俗间的明显界限,表明了地球并不是宇宙的中心,提供给了宇宙万物在运行过程中可以参考的标准系参照物。太阳位于宇宙的中心这一不争事实,更加闪耀在人们的心中,丰富着宇宙理论的内涵,推动着天文学的进步与发展。也就是如此,位于宇宙中心的太阳便更加耀眼的闪烁着自己的光芒,并用自身的光芒去征服了所有黑暗。哥白尼天文体系的变革不仅是场科学革命,更加是一场掀动了思想潮流的伟大变革。
日心说运行图
不同于希腊明确划分等级的社会制度,也不同于天地固然有别的思想范式,地球并不是位于最独特的宇宙中心而是一颗绕着太阳运行的普通行星。世界上只有绝对的运动和相对的静止,在此处也创造性的引入了运动相对论的基本概念,在当时拥有这样的思想无疑是对当时宗教情绪和生活方式的挑战。不合时宜的知识总是被误解为荒谬的偏见。哥白尼所认识到的宇宙是有限的,在开普勒的理论体系中,日心说的运行轨道是椭圆形而并非圆形,这也是后世的修正的进步。哥白尼并不是位激进的天文学家,他并没有想过推翻旧的希腊天文学体系,他真正的想法是通过日心说的建立,恢复古希腊天文体系原本的内容。亚里士多德论证说,无限是不可能被跨越的,而哥白尼迈出了里程碑的一步——断言天文学中恒星天球并不存在,而那些包含着离地球不同距离星体的星界自身则“向上无限延伸”。在当时的宗教观念和印象支配下,尽管初衷并不是开辟新的领域而是巩固原有的基础,但哥白尼已经足够勇敢了。人与人之间是否存在等级制度,在天文学中也仿佛找到了答案。
在广袤无垠的宇宙中,不仅存在着浩荡的星河、浪漫的星座和古希腊有趣的传说,当我们凝视星空时,更应该进行哲学层面的思考和想象,无数星座后也包含着无数的天文知识。让这些真理得以显现的不是时间,更多的是一代又一代执着于追求真理的学者。在天文学发展的路上,仅仅依靠科学技术是无法真正实现科学范式的跨越的。真正推动科学发展的科技革命的,不是经济、仪器或科学水平,而是从不止步,勇于攀登的人心。从阿里斯塔克到哥白尼,社会背景在改变,人们对于宇宙的探索也始终向前发展。日心说体系得到证明这件事,似乎在历史的舞台上迟到了近两千年,但单薄的思想未必不深刻,相反体系化的学说也未必都是真理。阿里斯塔克没能推动天文学变革的原因也是错综复杂。但16世纪浩浩荡荡的天文学革命,却一定因为阿里斯塔克的名字而添上了浓墨重彩的一笔。
参考文献:
[1]詹姆斯·E.麦克莱伦第三,哈罗德·多恩,麦克莱伦第三,等.世界科学技术通史[M].上海科技教育出版社,2007.
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黄鑫蕊.迟到千年的日心说——从阿里斯塔克到哥白尼[J].大众文艺,2020(12):176-177.
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火星是当前国际深空探测的热点,也是除月球之外,最有望实现载人探测、建立外星基地的类地星体。不同于月球近乎真空、缺水的环境,火星拥有稀薄的大气层,两极及地表之下存在大量的水冰,火星壳中存在包括蒸发盐类矿物、粘土矿物在内的多种矿物类型[1]。由此可见,火星拥有丰富的可利用资源,为人类在其表面开展活动提供了重要的物质基础。
2020-08-27
暗物质是在宇宙观测数据的基础上从理论上提出的假设物质，可能大量存在于宇宙空间中，不发光或发出非常微弱的光，是宇宙物质的主要组成部分，质量远大于宇宙中全部可观测天体的质量的总和，约占宇宙物质的85%以上。暗物质是在宇宙观测数据的基础上从理论上提出的假设物质，可能大量存在于宇宙空间中，不发光或发出非常微弱的光，是宇宙物质的主要组成部分，质量远大于宇宙中全部可观测天体的质量的总和，约占宇宙物质的85%以上。
2020-08-27
观测发现，不少活动星系核的喷流呈现S形或Z形的反对称形态[1,2]，这显示喷流可能在绕着某一轴线进动．采用喷流进动模型可以很好地拟合许多活动星系核的复杂图像[3]．目前解释喷流进动的物理机制主要有双黑洞模型[4]和盘致进动模型[5,6]两类．前者的喷流进动产生于星系核中的双黑洞系统，后者中则是产生于单黑洞和围绕黑洞的倾斜的吸积盘构成的系统．
2020-08-27
在标准的冷暗物质宇宙学模型框架下，星系形成的等级成团模型预言星系是通过并合形成的[1].这些并合事件会使星系的外围呈现不规则的形态特征，如潮汐流（tidalstreams）、潮汐尾（tidaltails）、恒星环（stellarrings）或恒星壳（stellarshells）等[2,3,4,5,6].对这些形态特征进行详细研究有助于人们理解星系的并合和吸积历史[7,8,9,10].
2020-08-27
火星探测是当前太阳系探测和行星科学的焦点.国际火星探测已有近60年的发展历史,探测方式从飞越到环绕遥感探测,再到无人着陆器/火星车就位探测,积累了大量科学数据.火星陨石研究和实验室模拟研究(实验模拟、数值模拟等)也得以快速发展.2020年,中国、美国、阿联酋都计划发射火星探测器.火星/火卫采样返回和火星载人探测也计划在未来10～20年内实现.
2020-08-27
我们知道，宇宙运行的条件是对称与平衡，因此，所有星系都可能处于一个平面上，因为，低维度空间环绕其中心旋转，组成高维度空间，并且，这样的迭代是无限的，因此，无限多维度空间，即宇宙的所有星系都处于同一个平面上，每个恒星的重力都是指向本星系的中心，每个行星和卫星的重力都是指向所环绕的星体，即使宇宙不在同一个平面上，也是如此。
2020-08-27
由于中国人与外国人身处不同文化氛围中,他们对于宇宙的认识往往也有一定的区别,尤其是早期的宇宙观,与宗教还有一定的联系,这样也让我们的对比有了目的,即探索这样的差别并求同存异,相互学习。古人语:“四方上下曰宇,古往今来曰宙”。古时候虽然科学称不上严谨,但是古人对于宇宙的认识仍然有着总结意义。
2020-08-27
大多数的科学家一直到20世纪20年代中期都还认为银河(指地球所在的银河系)就是整个宇宙,而宇宙是静止不变的。然而,天文学家哈勃于1925年1月和1929年1月所宣布的两个发现却彻底改变了我们对宇宙的看法,他的第一个发现说明宇宙比大家先前所想的要大很多,第二个指出宇宙会持续膨胀,不断地越变越大。
2020-07-15
价值认知;自我遮蔽;自我偏差;自我超越; 整个哲学的发展史经历了从本体论到认识论再到价值论的历程。这个过程正是哲学的目光从对外在事物的探讨转向对“人”本身的探讨的过程，它彰显出哲学本有的“人学”性质和价值关切。卡西尔在《人论》中说：“从人类意识最初萌芽之时起，我们就发现一种对生活的内向观察伴随着并补充着那种外向观察。
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Peebles对于大尺度结构形成的另外一个贡献在于“将统计方法引入到大尺度结构形成领域中来”.这里,以Bertschinger[6]在1998年发表在AnnuRevAstronAstrophys上的文章为例,他总结了“星系/(暗)物质结构形成的统计分析方法”,如图5.物质功率谱、双谱、多点相关函数等统计概念,都是最早由Peebles在20世纪80年代引入宇宙学的.
2020-07-13
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主办单位：中国科学院上海天文台,中国天文学会,国家自然科学基金委员会数理学部(协办)
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国内刊号：31-1340/P
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2020-07-13
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