Tan Jay

宇宙认知的演化

Tan Jay / 2022-10-22


遇到一个《我是科学家演讲合集》专栏,里面罗列了一场场高级的脱口秀,知识的饕餮盛宴,有用又有趣,虽不能至,心向往之,收藏了。其中对太空123的讲解,更是激发从小就埋在心中的种子,产生无限的遐想。一位名为“道可道”的博主在其视频中提到,

人类的认识从“地心说”到“日心说”,再到“银河系中心说”再到“宇宙大爆炸”,人类一步步地离“自然法则”更近,说不准将来哪天“宇宙大爆炸理论”就会被推翻,人类永远在认识终极的自然法则。

结合我从《从一到无穷大》及各大平台了解到的,粗鄙地整理一篇目前人类认识宇宙的脉络。


噢!大地原来是圆的

人类从远古就开始思考我们所在的世界是什么样子。起初,“宇宙”的范围小得令人惊奇,那时候的人们认为,大家是生活在一个扁平的大盘子上面。

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到了公元前3世纪,希腊亚里士多德在《论天》中提出,大地实际上是一个球,球体外面包着空气。他说,远行的船先是船身消失,然后剩下桅杆;月食是地球的影子遮住了月面,影子的边缘是圆的,所以地球也应该是圆的。但是,没几个人相信他的说法,直到15世纪(达芬奇所处的中世纪),时间过去2000年,还有很多人反驳道,如果地球是圆的,那生活中在球体下方的人岂不是头朝下,会掉下去?

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随着15世纪末哥伦布发现新大陆,16世纪麦哲伦完成环球之旅,对地球是圆的质疑才算彻底消失。

地球就该是万物之主宰

“大地是球体”得以证实之后,亚里士多德的地心说极具说服力,其中“地球是不动的且位于宇宙中心,所有日月围绕地球运动”的观点与宗教“神位于宇宙中心,所有人围绕神运动”的理念相契合,尤其被天主教教会奉为公认的世界观。

此时的人类觉得地球是天空的主宰,人类是地球的主宰。地心说代表了当时知识的最高水平。人们认为世间最完美的图形就是圆,地球也是圆的,太阳和五大行星分别在圆形的轨道上绕着地球在做完美的圆周运动。

古人夜以继日地观察天象,都曾注意到,行星在天空中的运行路径十分奇怪。它们会像太阳一样沿着椭圆形轨道运动,然后突然停下来掉头往回走,过一段时间又再次掉头,回到原来的方向。下图以土星两年的运动轨迹为例:

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人们百思不得其解,以地球为中心的同心球模型表明,行星的运动轨迹应该是完美的圆形呢,怎么还会逆行呢?

公元1世纪的托勒密,一位跟牛顿和爱因斯坦一样的人物,古代天文学的集大成者,在前人基础上,完善了模型,给出了数学计算和观测实证,解释了行星逆行现象,还能解释行星亮度变化。由于托勒密的宇宙模型不仅能够预测行星在天空中的位置(误差还不超过2°),还能预测日食和月食发生的时间,展现出了一套正确的科学理论所具有的预测能力,托勒密的天文学在往后基本上就没有变过,还被写进了教科书,再加上西方宗教对人们思想的禁锢和压制,经历了1500年之久。

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什么!地球是围着太阳转?!

到了公元15世纪,人们已经懂得用代数、几何等数学知识进行演绎推理,数据应该在真理的掌握之中。随着观测数据的增加,为了使托勒密的模型很好解释现有现象,托勒密模型已经变得极其复杂了。

16世纪哥白尼提出了日心说,即,太阳静止不动,是地球在动。他之所以改变地心说的假设,是为了简化模型,使用的演绎推理方法还是托勒密那一套。新假设下的预测精度上并没有提高,因此也不怎么受待见,别人反驳道,“既然地球在动,那为什么我感觉不到地球在动?为什么我没有被甩出去呢?”

哥白尼提出的假说启发了伽利略,最关键的是,伽利略发明了望远镜,验证了确实是地球围绕太阳转。日心说能很好地解释行星的逆行现象,如下图所示,还能解释新发现的天文现象。日心说正式接替地心说。

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日心说不得不提的就是开普勒。开普勒意识到准确的观测数据是第一位的,模型是基于观测数据得到的。他利用托勒密的方法,长达八年的时间里不断计算,终于发现,天体的轨道实际上是一个椭圆。人们相信完美,所以地球是圆的,行星轨道是圆的,再到被推翻,地球不是标准的圆,行星轨道也不是,人们在追求完美的路上,一路发现不完美的存在。因为相信,我们的追求有了方向,因为探索,我们的认识得到发展。可惜了布鲁诺生活在这个言论不自由的时代,遭了愚昧迷信垄断强权的罪。

下方罗列一张日心说和地心说模型对比图,明显日心说更简洁,有没有。

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未完待续…


  1. 公众号:我是科学家iScientist亮度是30个太阳,9年前俄罗斯发生的一次小行星撞击 | 李明涛 ↩︎

  2. 公众号:我是科学家iScientist我希望把更多的小朋友“忽悠”成天文学家 | 朱进 ↩︎

  3. 网站:Bilibili经典天才争霸战之太空竞赛 ↩︎