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地心說
古希臘時代歐多克斯提出的理論
內容介紹
簡介
宇宙時空之旅中地心說演示
古代許多的學者就宇宙的構造開始有其他想法了。在古希臘亞里士多德和托勒密提出位于宇宙中心的地球周遭全天體公轉的想法，提出地球正是宇宙中心自轉的想法、太陽不是宇宙中心，提出正在自轉公轉的想法、位于宇宙中心的太陽繞地球公轉的想法。
天動說，在宇宙中心有地球，包含太陽全部的天體大約1天繞地球公轉一周。但是，太陽和行星的速度不同，考慮根據這個，在不同時期看得見的行星都不同。有叫天球的硬邦邦的球，這包括地球和太陽、行星的全部天體。后考慮恒星應該是天球沾上了天球開的細小的孔，除天球以外的光泄漏都能看得見。所有變化只在地球和月球之間發(fā)生、聲稱比這個遠的天體，永遠地變化只是重復定期的運動不來臨。
天動說不是僅天文學上的計算方法。當時的哲學和思想被加入。因為神在宇宙中心安置地球這個人類住的特別天體。地球是宇宙中心的同時，也是全部的天體的主人。全部的天體是地球的，以跟著主人的形式運動。在中世紀歐洲作為把當時亞里士多德哲學作為那種體系的骨架，并汲取了的中世紀基督教神學上公認的東西，天動說被看作了正式的宇宙觀。在14世紀但丁發(fā)表的敘事詩神曲天堂篇，說月、太陽、木星等等的各行星同心圓狀包圍地球的周遭。
什么是地心說
地心說（或稱天動說），是古人認為地球是宇宙的中心，是靜止不動的，而其它的星球都環(huán)繞著地球而運行的一種學說。也是古代教會信仰的學說
起源
托勒密
理論
希臘哲學家們認為，永恒的、神圣的天體只能相應于其高貴的地位作勻速圓周運動。但少數天體，如太陽，月亮和一些行星的視運動卻并不如此，甚至還描繪出復雜的雙紐線軌跡。柏拉圖給他的學生們提出了一個任務：怎樣用若干個特殊的勻速圓周運動的組合，去解決理想情況與現實的這個矛盾。這里所提出的運動的合成和分解的思想，對后來物理學研究方法的發(fā)展起了啟示性的作用。
柏拉圖的學生，克尼道斯的歐多克斯(Eudoxus of Cnidos)約前409一前355)第一個致力于建立一個宇宙的幾何模型。他違背了柏拉圖不作觀測的規(guī)定，通過天文觀測為他的幾何模型提供實際根據。他吸收了巴比倫人把天上復雜的周期運動分解為若干個簡單周期運動的思想，共用二十七個以地球為中心的同心球殼解釋了附著于球殼上的天體的視運動。最外面的一個球層(遙遠的恒星天球)描述了天界的周日運動。行星的視運動很不規(guī)則，所以每個行星需用四個相互關聯(lián)的同心球殼的聯(lián)合旋轉來作出說明。太陽和月亮的運動各用三個球殼說明．較里面的球殼的旋轉軸安裝在較外面的球殼上，所以必然參與外面球殼的運動。
進一步的觀測發(fā)現另外的周期現象。歐多克斯的學生卡里普斯(Callipus)給每個天體又加上一個新的球殼，使總數達到三十四個。亞里士多德又進一步增加了二十二個，使球殼總 數達五十六個，這二十二個是“不轉動的球層’，這是為了避 免每個天球把自己特有的轉動都直接傳給它內層的天體，這就需要在載有行星的每一組球層之間插進若干“不轉動的球層”，它們和外面的球層作相反方向的運動，從而抵消了外球層的運動，只把周日運動傳給內層的行星。
同心球層體系一開始就招致了某些困難，因為它要求天體永遠和地球保持同一距離。但行星亮度的變化以及日食有時是全食、有時是環(huán)食的現象說明，行星，太陽，月亮離地球的距離是不斷變動的。為了擺脫這一困難，柏加的阿波羅尼阿斯(Apollonius of Perga，約前247--約前205)提出了另一種幾何模型，他的模型中只有天體的軌道，而無實體的同心球，這是一個很大的進步。為了解釋太陽和月亮與地球間的距離的變化，他設計了偏心輪——地球在天體圓軌道中心的一旁，為了解釋行星的逆行現象，他提出了“本輪—均輪”結構——行星沿本輪怍圓周運動，本輪的中心又在另一均輪圓周上以地球為中心運行。
這個思想后來又為羅德斯島上的希帕克斯(Hipparrchus,約前161——約前126)所發(fā)展。他用一個固定的偏心輪解釋太陽的表觀運動，用一個移動的偏心輪解釋月亮的表觀運動，而行星的運動則用一套本輪一均輪來解釋。他的模型與實際符合得較好。希帕克斯收集和比較了古人的觀測記錄，從而發(fā)現了分點歲差為36''(實際約為50'')。他測定丁約一千零八十顆恒星方位，編制了星表。他把恒顯的亮度分為六等。他通過觀測月孔在兩個不同緯度的平緯度，確定月亮離地球的距離約為地球直徑的三十六倍，月亮直徑為地球直徑的三分之一(實際分別為三十倍和零點二七)。這些成就表明，當時的天文學已達到相當高的水平。
托勒密
地心說體系由希臘晚期亞歷山大城的數學家，天文學家托勒密(Claudius Ptolemy ，約90—168)所完成。他提出了進行理論研究的基本原則：力求以最簡單的假設對各種現象作出統(tǒng)一的解釋，這就是“簡單性原則”，它在近代科學發(fā)展中起著重要的作用。在他所寫的“天文大全”，后來用阿拉伯語簡稱為《至大論》(Almagest)一書的前言中，他明確提出：“……天宇是球形的并且作球體運動，大地就形狀來說，顯然是球狀的……;就位置來說，它恰在天宇的中央，像幾何中心一樣，就大小和距離來說，[大地]與恒星比較就是一個點，它本身完全沒有運動?！?/span>
托勒密根據當時人們所接受的動力學原理提出論證說，如果地球自身在轉動，其周圍的大氣將不會被帶走，因而云將向西離去，鳥和大氣中的其他東西都會被帶向西方，地球將會失掉它上面的所有東西。他正是根據這種判據否定地動思想的。于是他便由近及遠地按照月亮，水星，金星、太陽、火星、木星、土星、最后是恒星天球的順序，安排了他的地心說宇宙結構。
地心說學說示意圖
地心說
同心球
尤得塞斯的同心球
在公元前4世紀，古希臘的數學家尤得塞斯(Eudoxus of Cnidus)已想到一個以地球為中心，各個星體以多層同心球的方式環(huán)繞地球的宇宙體系了。鑲嵌了所有恒星的恒星同心球在最外層，以北天極為中心，用大約一天時間從東邊往西邊轉動(日周運動)。而屬于太陽的太陽同心球則以跟恒星同心球相反的方向(從西邊往東邊)，用大約一年時間轉動(年周運動)。因為太陽同心球的自轉軸與恒星同心球的自轉軸并不重疊，所以在一年的時間內，太陽升到中天的高度不同，也由此解釋了四季的來源。在太陽與恒星之間的，就是各個行星的同心球了。從地球上看，行星看起來好像在星座之間移動，時快時慢，而且間中還會出現逆行的現象。為了解釋逆行，一個行星被配以多個不同轉動方向和速度的同心球。因為這些同心球都以地球作為共同的中心，所以地球與各個行星之間的距離保持不變。尤得塞斯的同心球學說后來被亞里士多德編入了他的宇宙觀中。
本輪說
阿波羅尼奧斯的本輪
簡介
西元前3世紀左右的阿波羅尼奧斯或西元前2世紀左右的喜帕恰斯，都想到行星僅是以圓周運動環(huán)繞地球運行，并不足以完全解釋行星多樣化的運動。所以他們都想出是一個想像的小圓(而不是行星本身)在環(huán)繞地球作圓周運動，而行星就在這個小圓上運動。這個小圓被稱為本輪，而本輪環(huán)繞地球運動的軌道則稱為均輪。整個概念就好像游樂場的機動游戲“咖啡杯”：從整個游戲設施的中心看，各個咖啡杯耳的運動都混合了兩種以上的圓周運動；多種圓周運動混合起來，便產生了杯耳行進的速度和方向看起來經常變化的現象，特別在杯耳接近機械中心時的變化更為明顯。行星運動中的“留”和“逆行”就是能用這個模型來粗略地解釋。
如果現實上行星環(huán)繞太陽運動(這概念為現在絕大部份人所認同)的軌道是完美的圓形，地心說就應該只需用一個本輪和一個均輪，就能完全解釋從地球上看到的行星運動了。不過實際上行星的運動規(guī)律比這更復雜，若要用地心說正確地記述所有行星的運動，則需要更復雜的體系。后來，天文觀測的準確度愈來愈高，地心說所構成的體系慢慢地不能配合實際的的觀測，為了使地心說體系能符合觀測數據，所以天文學家把本輪一個一個地加到既有的體系上；甚至到后期，各個天文學家都不知道每個行星應該有多少個本輪。最后因為使用的極度不方便，引發(fā)出哥白尼提出地動說--一個后來發(fā)展到基于牛頓萬有引力的法則而運行的宇宙模型。
三個觀點
1.地球是球體。
2.地球是靜止不動的，而且處于宇宙的中心。
3.所有日月星辰都圍繞地球轉。
歷史原因
(1)．星體繞著某一中心的勻角速運動，符合當時占主導思想的柏拉圖的假設，也適合于亞里士多德的物理學，易于被人們接受。
(2)．用幾種圓周軌道不同的組合解釋、預言了行星的運動位置，解釋了行星的亮度變化，這與實際相差很小，相比以前的體系有所改進。
(3)．地球不動的說法，對當時人們的生活是令人安慰的假設，也符合基督教信仰。
被淘汰
地心說中的本輪——均輪模型，畢竟是托勒密根據有限的觀測資料拼湊出來的，它是通過人為地規(guī)定本輪、均輪的大小及行星運行速度，才使這個模型和實測結果取得一致。但是，到了中世紀后期，隨著觀測儀器的不斷改進，行星的位置和運動測量越來越精確，觀測到的行星實際位置同這個模型的計算結果的偏差，就逐漸顯露出來了。
但是，信奉地心說的人們并沒有認識到這是由于地心說本身的錯誤造成的，卻用增加本輪的方法來補救地心說。起初這種辦法還能勉強應付，后來小本輪增加到80多個，但仍不能滿意地計算出行星的準確位置。這不能不使人懷疑地心說的正確性了。到了16世紀，哥白尼在持日心地動觀的古希臘先輩和同時代學者的基礎上，終于創(chuàng)立了“日心說”。從此，地心說逐漸被淘汰。地心說之所以會被突破，是因為地心說的創(chuàng)始人和擁護者沒有把地心說的語意和內涵無限擴大（在天體運行的闡述中畢竟還有非地心說的存活空間，即地心說能被“證偽”）。
歷史意義
地心說是世界上第一個行星體系模型。盡管它把地球當作宇宙中心是錯誤的，然而它的歷史功績不應抹殺。地心說承認地球是“圓形”的，并把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運動規(guī)律，這標志著人類對宇宙認識的一大進步。地心說最重要的成就就是運用數學計算行星的運行，托勒密還第一次提出了“運行軌道”的概念，設計出了一個本輪一個均輪模型。按照這個模型，人們能夠對行星的運動進行定量計算，推測行星所在的位置，這是一個了不起的創(chuàng)造。在一定時期里，依據這個模型可以在一定程度上正確的預測天象，因而在生產實踐中也起過一定作用。雖然托勒密的地心體系后來被日心說取代，但是它在誕生至今1500多年的時間里，帶給西方人的東西遠遠多于哥白尼的日心說。地心說，是世界上第一個行星體系模型，是世界上最早的假說—演繹體系。在建立理論的過程中，自始至終使用數學工具去研究和證明，開創(chuàng)了構建精確性理論的先河。在地心說占統(tǒng)治地位的上千年間，由于地心說的統(tǒng)治地位和廣泛影響，它塑造了西方人的分析式的思維方式，和不包含倫理觀的實體自然觀，以及自然研究中應用數學工具。
學家迫害
受到地心說迫害的近代科學家
布魯諾（Giordano Bruno）1548年-1600年，意大利哲學家和思想家。1583年，布魯諾到英國，批判經院哲學和神學，反對亞里士多德——托勒密的地心說，宣傳哥白尼的日心說。1585年去德國，宣傳進步的宇宙觀，反對宗教哲學，進一步引起了羅馬宗教裁判所的恐懼和仇恨。1592年，布魯諾在威尼斯被捕入獄，在被囚禁的八年中，布魯諾始終堅持自己的學說，最后被宗教裁判所判為“異端”燒死在羅馬鮮花廣場。布魯諾的主要著作有《論無限宇宙和世界》，書中捍衛(wèi)哥白尼的日心說，并明確指出：“宇宙是無限大的”，“宇宙不僅是無限的，而且是物質的”。還著有《諾亞方舟》，抨擊死抱《圣經》的學者。
伽俐略1564年-1642年
1609年伽俐略通過自制的望遠鏡觀察發(fā)現：月亮不是一個光滑的球體，它的表面矗立著無數座火山口和高山。于是他得出結論說從總體來看，天體不是平滑完美的，而是和地球同樣，具有凸凹不平的表面。通過觀察，他看到從整體來講銀河并不是一片銀色的云體，而是由眾多的個體星星組成的，這些星星距離我們如此遙遠以致用肉眼看上去就成了模糊的一片。通過對行星的觀察，他發(fā)現有些環(huán)帶包圍著土星，有四個衛(wèi)星繞著木星運行。這顯然說明了地球以外的行星周圍也可能會有運行的天體。通過觀察他發(fā)現了太陽黑子（事實上在他以前就有人觀察到了太陽黑子，但是他公布的觀察結果更有說服力，因而引起了科學界的重視）。他發(fā)現金星這顆行星的盈虧和月亮的盈虧十分相似。這對于說明地球和所有其他行星都繞太陽運行的哥白尼學說是一項重要的證據。由于支持哥白尼學說而遭致了有勢力的教會的反對，1616年他被下了一道禁令，不準講授哥白尼學說。1632年，他出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。1633年，他被羅馬梵蒂岡宗教裁判所判處8年軟禁，并再次被逼表示和哥白尼學說決裂。1642年1月8日，伽利略病逝。
地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學說。它最初由古希臘學者歐多克斯提出，后經亞里多德、托勒密進一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。
托勒密認為，地球處于宇宙中心靜止不動。從地球向外，依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的圓軌道上繞地球運轉。其中，行星的運動要比太陽、月球復雜些：行星在本輪上運動，而本輪又沿均輪繞地運行。在太陽、月球行星之外，是鑲嵌著所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推動天體運動的原動天。
地心說是世界上第一個行星體系模型。盡管它把地球當作宇宙中心是錯誤的，然而它的歷史功績不應抹殺。地心說承認地球是“球形”的，并把行星從恒星中區(qū)別出來，著眼于探索和揭示行星的運動規(guī)律，這標志著人類對宇宙認識的一大進步。地心說最重要的成就是運用數學計算行星的運行，托勒密還第一次提出“運行軌道”的概念，設計出了一個本輪均輪模型，依據這個模型可以在一定程度上正確地預測天象，因而在生產實踐中也起過一定的作用。
地心說中的本輪均輪模型，畢竟是托勒密根據有限的觀察資料拼湊出來的，他是通過人為地規(guī)定本輪、均輪的大小及行星運行速度，才使這個模型和實測結果取得一致。但是，到了中世紀后期，隨著觀察儀器的不斷改進，行星位置和運動的測量越來越精確，觀測到的行星實際位置同這個模型的計算結果的偏差，就逐漸顯露出來了。
但是，信奉地心說的人們并沒有認識到這是由于地心說本身的錯誤造成的，卻用增加本輪的辦法來補救地心說。最初這種辦法還能勉強應付，后來地心說便逐漸被淘汰了。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
