地心说错在哪 | 混乱博物馆
2018/2/2 22:51:02 大象公会

    

     在今天每一场关于理论革命的教育中，地心说被日心说取代都是必不可少的一课。那些革命中的科学家是如何伟大，人人耳熟能详。

     但地心说究竟错在哪，日心说又究竟对在哪，可不是这么一件太显然的事情——即便到了今天，大多数人也只知其一不知其二。

     本期混乱博物馆是一系列教条批判中的第一期，希望能给你留下深刻的印象。

    

     -文字稿-

     所有文化都有过这样一种观点：在辽阔无垠的大地上，太阳每天清早自东方升起，穿过天穹，傍晚在西方落下——比如中国人从西周开始就有的盖天说。

     但是那些智者众多的文明很快发现了大地并非平面：远行的航船总是先露出上方的桅杆；一年中影子的长度总在变化；月食总是发生在满月时分，而且阴影是个圆形。

     于是早在公元之前，人类又有了浑天的宇宙模型，“大地是个球面，天穹是更大的球面包裹其外，日月星辰沿着各自的轨道围绕地球运动”。尤其在西方，柏拉图在《理想国》里精确地构思了宇宙结构：水和土造成的地球位于正中，包裹着空气，然后依次是月球、太阳、金星、水星、火星、木星、土星和众恒星，这些永恒的火。

     尔后在2世纪，托勒密系统化了这套古典理论，地球位于宇宙中心，几层天空包裹在外，依次是镶嵌着月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星的轨道，再外围还有一个恒星天，就是流传千年的欧洲地心说。

     地心说不止调整了天体的次序，托勒密的聪明才智体现在他全面考虑了各种观测现象，尤其是火星逆行等非匀速天体运动，提出了均轮和本轮。

     所谓均轮，就是天体围绕地球运行时的大圆轨道，但是这个轨道的圆心不在地球上，也符合了天体距离变化带来的亮度变化，以及地球自转倾角带来的季节变化。

     所谓本轮，就是每个天体在环绕均轮转动的同时，还会环绕一个圆心在均轮上的小圆轨道运行，天体不同，本轮也不一样大，这同时解释了为何行星经常在天空中改变运动的方向和速度。

     经过了这些调整，托勒密的地心说完美适应了当时所有的观测事实，能够相当准确地预测日食和月食，这在19世纪之前都没有致命的误差。托勒密的地心说在17世纪被伽利略等人的日心说取代，并不是因为它“错了”——毕竟运动状态与参考系关系密切，我们没有理由说以太阳为基准就比以地球为基准更加正确。

     而是因为地心说的直观感受太美好了：地球位于宇宙的中心，天体以永恒的秩序沿着不同的正圆轨道层层嵌套，这不但满足了完美运行的心理需求，也让宇宙显得更加精致，仿佛蕴涵了一种深邃的构思。因此地心说很快被基督教神学相中，由教权亲自维护，退化成了一套教条，在文艺复兴以后成为的整个神秘主义传统也都试图从中揣摩神的意志，将它贯彻到占星术和炼金术中。

     所以作为一套教条，地心说当然不肯接受新的观测事实，它不能承认其它行星有卫星，以免破坏了五星二耀和上帝七日造万物的对应关系；不能承认彗星是大气层以外的物质，以免破坏了天体的完美无瑕；更不能承认太阳上有黑子，神的直接造物不允许有任何缺陷——这样一套腐朽的理论，必然会被经验科学彻底摒弃。

     另一方面，地心说的本轮和均轮虽然良好吻合了前现代的观测事实，但是一旦追求更加精确的观测结果，它就变得非常可怕了：以地球为参考系，行星在漫长的运行中会形成复杂的内旋轮线，盘盘区区，看的人眼花，如果你小时候玩过万花尺，应该会对这种图案相当熟悉——所以太阳作为参考系虽然不比地球作为参考系更加正确，但是能让计算更加简便，这是日心说取代地心说的另一个关键原因。

     然而倒过来想一想，如果有那么一群科学家坚持地球是宇宙的中心，同时也诚恳地接受事实检验，他们同样可以构造出一个符合一切观测事实的现代地心说，甚至得出另一个版本相对论：地心说的地球不会自转，那么地转偏向力就不能用非惯性参考系解释，我们为了解释地球上的台风为何旋转，就必须假设宇宙中有一个环绕地球的巨大力场，成为时空弯曲的另一种表述——那么，我们再挖一个坑吧!

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