哥白尼的日心说和托勒密的地心说

学校都教过地心说和日心说,受限当年教的详细度以及时间过去了这么久的记忆因素,我心中认知的地心说和日心说一直是下图这样子的:地球或者太阳在中间,其它天体绕着转。

托勒密地心说和哥白尼日心说介绍——非常多人的认知是不正确的

直到前阵子看一本书,里面提到这两学说,才发现自己的理解是很不正确的,本文以火星为例作介绍,在介绍之前先说两个基本观点,地心说和日心说都遵从这两基础:

  • 天体都是沿正圆运动,是很纯正的圆形,不是椭圆那种;
  • 天体都是匀速运动。

一、托勒密地心说

首先说明下,为什么要在地心说前加上“托勒密”呢,因为地心说不止一个版本,不同人是有些区别的,托勒密版本某种意义上是最知名的版本。

先看下面图(图中圆圈的大小不代表实际轨道大小)

托勒密地心说和哥白尼日心说介绍——非常多人的认知是不正确的

  1. A是圆心,但就纯粹是个圆心;
  2. 地球不在圆心上,这与我以前的认知是不一样的,我以为地球在圆心上;
  3. B叫等距点,具体含义在后面会解释,先知道有这么个点;
  4. C是正圆上的一点,火星围绕这个点作圆周运动。这也与我过往认知不一样,我以前以为火星就位于C点上,没想到这中间还有一层圆;
  5. 关于匀速运动,火星绕C点匀速圆周运动好理解,因为C就是圆心。但C这个点并不是绕圆心A作匀速圆周运动,而是绕上面提到的等距点B作匀速运动,什么意思呢,比如点C会经过图中的A1、A2、A3三个点,这三点和B点形成角1和角2,在相同时间内,角1和角2是相等的,但“A1到A2”和“A2到A3”的距离并不一定相等。这个也不是我以往认知,我以为是绕圆心A作匀速运动;
  6. 以上只是以火星为例,不是所有行星都这么运动,不同星会有些区别,具体我也没全了解。

二、哥白尼日心说

总的来说,在运动方式上跟托勒密地心说挺像的,只不过中心换成了太阳,但以火星为例的运动,比地心说要复杂,我以往理解日心说比地心说正确,应该会变简单才对,没想到不是。

看下面图(同样图中圆圈的大小不代表实际轨道大小)

托勒密地心说和哥白尼日心说介绍——非常多人的认知是不正确的

  1. 点A是绕太阳正圆上的一个点;
  2. 点B是绕点A正圆上的一个点;
  3. 地球是绕着点B在圆周运动。地球和太阳之间居然隔着两层圆,以前没想到过;
  4. 点C和点B有关联关系,它们的相对位置保持不变(具体怎么个相对位置不变我也没清楚);
  5. 点D绕着点C在圆周运动;
  6. 火星绕着点D在圆周运动。有没有看晕,火星和太阳之间居然隔了那么多层,有多少人敢说自己过去知道这中间的相互关系;
  7. 同样以上只是以火星为例,不是所有行星都这么运动,不同星会有些区别,具体我也没全了解;
  8. 哥白尼和托勒密有一点较大的区别,前面介绍,托勒密有个等距点的东西,但哥白尼整个体系不涉及这东西,从这一点来说,哥白尼的模型较简单。

三、为什么地心说和日心说是这种圆套圆的形式呢

首先是受基本认知影响,前面说了,这两体系都遵从匀速圆周运动这原则,为什么会坚持这原则 ,历史就悠久了,我只能说有点点了解,但目前写不出详细的解释来说明。

举个比方,我们现代人多数认为时间是绝对的,即使爱因斯坦的理论在上个世纪就说明了时间不是绝对的,但除了在科幻小说和电影里看到这种概念,日常中有多少人会把时间不是绝对这个事当成一个认知,这种从你出生到长大一直以来保有的观念是非常难改变的,毕竟现实中你很难遇上非绝对时间。

那同样的,对于古人也是,匀速圆周运动是个长期以来的观念,从公元前就开始这么认知了。天体运动那么遥远,又没办法以上帝视角去看是不是非正圆、是不是不匀速。

这种常理性的认知事情如果细说起来其实很有趣的,待我多学点以后有机会写一写。

另一方面,理论是需要和现实表现相一致才好说是个正确的理论。一直以来,人们站在地球上对天体运动进行着长期观测,如果这些理论像我文章一开始那样认知,就简单地绕地球或太阳为中心作圆周运动,那有太多的观测结果是不符合的,为了让观测结果和理论能匹配上,又同时不违背基本认知,就调整优化理论模型,最终出现了圆套圆这种事情(当然,你也可以说有其它模型也可以解决观测结果不一致的事,是的,我不否认,相信当年的科学家们探索过很多方法,但随着观测事实越来越多,不精确的理论应该是慢慢被淘汰了)。

四、为什么了解下历史理论

虽然托勒密和哥白尼这两学说现在被淘汰了,但在历史长河中,他们发挥过很大作用,预测了很多天体运动。或者不说这些,当年都是肉眼观察(望远镜是在这两学说之后出来的),仅凭肉眼观测记载的数据(观测数据的有很多人,不是说都托勒密和哥白尼自己观测的),能得出这样的和现实观测误差很小的理论体系,不应该对他们表示下崇拜嘛,不应该对他们的知识成果多一些了解嘛。

我们展望将来,同时也不能忘记过去,现有的科技毕竟都是在前人的基础上发展起来的。

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