地心说和日心说

发布时间：2016-06-27 21:43:48 来源：文档文库

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地心说和日心说

【摘要】通过对日心说与地心说的比较分析，说明地心说能够存在很长时间的原因及其存在的根据，日心说的发展历程及其曲折性。辩证的说明地心说有其值得肯定之处，日心说也并非尽善尽美。
一、地心说与日心说
从亚里士多德到托勒密，人们一直认为地球是宇宙的中心，所有的行星、太阳、月亮以及众恒星都围绕地球运转。托勒密在公元2世纪建立了托勒密的地心说体系，直到哥白尼重建日心说体系，这个体系在西方一直占统治地位。托勒密的地心说不是臆测，也不是先验的武断，更不是巫者的邪说，而是在当时社会历史背景和科学技术条件下，和当时实践水平相适应的理论。首先，托勒密的地心说是对前人思想和学说的总结。在他之前，欧多克索认为地球是万物的中心，提出了太阳、月亮和行星都在同心透明体中绕地球而运转的观点。随后，天文学家阿波罗尼提出了本轮、均轮的概念，用来解释天体和地球距离的变化。稍后的喜帕恰斯又继承了阿波罗尼的本轮、均轮理论，并进一步用偏心圆来解释太阳的不均匀性运动。他还发现了岁差，编制了几个世纪内太阳和月亮的运动表以及一份包括1000多颗恒星位置和亮度的星表。托勒密正是沿着欧多克索、阿波罗尼和喜帕恰斯的道路，并集古希腊天文学的大成，形成了他的完整的地心说体系。其次，托勒密的地心说是建立在他长期观察实践的基础之上的。他不仅继承了前人积累的天象资料，而且自己作了二十多年的辛勤观测，并在此基础上进行了浩繁的计算。因此，在当时的条件下采用地心系来描述天体运动则是很自然的，而且是合乎认识发展逻辑的。
日心说并非哥白尼的独创，早在古希腊时期就有个叫做阿里斯塔克的学者就提出过日心说，但由于和人们的直观感受相差甚远而没什么大的影响。而且，日心说还有两个致命的问题是阿里斯塔克所无力解决的。有趣的是，哥白尼的《天体运行论》出版之后，也遇到了和当初阿里斯塔克同样的问题，这成了其他天文学家们反对日心说的理由。
第一个问题来自于人类的日常经验。人们会想，如果地球是运动的，那么，一个向正上方抛出的物体会由于地球运动在落地时落到抛出点的后面。今天，每一个读过初中物理的学生都能解释这个问题，但在当时那个时代，伽利略的运动相对性原理和牛顿的运动定律还没有被发现，这就限制了人们的认识能力。第二个问题较麻烦。既然地球是运动的，人们就会自然而然会想到，在一年之中的不同时间里，天上的星星之间的相对位置会有些略微的不同，这叫做“恒星周年视差”。但当时的人们谁都没有观测到这种细微的差异。哥白尼对此的解释是因为这种差异过于细微，人们还无法观测到。哥白尼之后，擅长天文观测的著名天文学家第谷，在丹麦的汶岛天文台潜心工作几十年，积累了大量的数据，但最终也没发现恒星周年视差。因此，第谷也无法接受哥白尼的理论，而是自己构造了一个新理论：太阳绕地球运转，而其他行星则围绕太阳运转。第谷的这一理论在和实际天文观测数据的吻合度上远远高于哥白尼那个十分粗糙的日心说，因此，得到很多天文学家的支持。为了探索宇宙的奥秘，哥白尼在克拉科夫大学读书期间，一方面研究托勒密的地心体系，从理论上搞清它的来龙去脉及其实质，另一方面又开始了天文观测实践的研究。随着理论研究的深入，观测实践的增多，哥白尼越来越多的看出托勒密地心体系的破绽。他首先想到的办法是修改地心说，为了使实际迁就理论，主观的随意增加了本轮的数目，圆上加圆，弄得地心体系越来越复杂。由此，哥白尼认为应该从根本上把托勒密的这个千疮百孔的地心体系加以改造。
我们知道，谈论日心说和地心说哪个更为正确，完全是站在今天科学技术发展水平的基础之上的。而在几百年前，面对着哥白尼粗糙的日心说和两个连他自己都解释不了的关键问题，科学家们当然有理由提出质疑，人们也没有理由轻易接受一个日后可能被证明是正确的理论。
二、地心说与日心说的比较
哥白尼学说同托勒密学说相比在天文学上处于明显优势。首先是简化了，今天用相对运动考虑，对地心说，必须将地球的绕日运动和自转分别加在所有的行星上。这样，在相同的精度下，其数学描述必然复杂。其次是和谐了，在日心说中，水星和金星比地球离太阳近，但在地心说中，水星、金星和太阳哪个离地球近是不可能决定的。另外，在日心说中，行星运行的周期同行星到太阳的距离有一个单调增加的关系。哥白尼的学说在神学上处于劣势，这一点是明显的。虽然哥白尼是一个虔诚的天主教徒，一个有相当地位的神父。但他也明白他的学说在神学上得不到支持。他将自己的学说压了四十九年才出版，在临死时只用手摸了一下新出版的《天体运行论》就离开了人间。哥白尼学说一出版，就立即遭到新教头头马丁·路德和加尔文的恶毒攻击。路德还引用《圣经》进行反驳：“这个白痴竟想把我们的全部天文学推翻，但《圣经》中明明写着，约书亚喝令不动的是地球而不是太阳”。
三、地心说与日心说的历史评价
正因为错误理论包含有正确的认识结论和合理的思想方法，所以，地心说不仅能指导当时的生产实践，而且成为以后科学探索的向导，为发现和建立正确理论起接力和传递作用。托勒密的地心说由于能够对当时观测的天体运动尤其是行星运动作十分精确的说明，能够很好的预测行星的方位，因此在相当长的时期里，地心说被人们广泛地用于航海、编出历书等生产、生活实践。尽管从哥白尼开始，有越来越多的天文学家抛弃了地心体系，但托勒密用来解决具体天文课题的许多方法，在开普勒行星运动三定律发明之前，都始终是天文学家们不可或缺的，连哥白尼本人也不例外。在写完《天体运行论》第一卷后，哥白尼除了运用托勒密所曾经用过的方法进行专门的技术性研究外，没有其他办法。另外，《天体运行论》还大量地明确引述托勒密的观测记录、推导方法和结论，以至于某些历史学家说哥白尼倒退到堪称为“对古代世界体系作微妙处理”的境地。对于托勒密及其地心说，著名的西方古代数理天文学史专家诺伊吉保尔（0.Neugebauer）有过中肯的评价：“全部中世纪的天文学—拜占庭的、伊斯兰的、最后是西方的—都和托勒密的工作有关，直到望远镜发明和牛顿力学的概念开创全新的可能性之前，这一状态一直普遍存在”。
而哥白尼日心说的诞生，是天文学上一次伟大的革命，它标着着自然科学的独立，宣告了宗教神学世界观的破产，推动了人们的思想解放，为科学发展开辟了广阔的道路。它不仅描绘了一幅太阳系结构的科学图景，彻底改变了人们对宇宙的看法，还是自然科学发展史上的一个重要的里程碑。因为日心说指出地球及其人类并不居住在宇宙中心，即把“天之骄子”搬出了宇宙的中心，这就等于宣布上帝在设计宇宙体系时犯了严重的错误，显然，这是教会所不能容忍的。地心说使自然科学冲破了神学的桎梏，摆脱了宗教神学婢女的可悲地位。同时，日心说的提出是向教会权威的挑战，有力的推动了人们的思想解放。
另外，哥白尼的日心说也推动了人类对宇宙天体认识的新发展，具有重要的哲学意义。纵观哥白尼《天体运行论》及其学说，我们可以看到哥白尼的哲学思想表现在以下三个方面。首先，哥白尼严格遵循天文理论与观测事实相一致的唯物主义原则。他认为，天文理论来源于客观天象，必须使用理论和实际相符合。在准确观测、获得大量实际材料的基础上，进一步概括、分析、研究，才能从中发现天体运行的客观规律。其次，哥白尼正确遵循了现象和本质相联系的辩证思维原则。哥白尼不仅坚持对天象认真观察获取大量第一手观测资料，而且他并不局限于表面现象，仅仅把现象看作入门的向导，而是通过认真分析研究，努力发现天体运动的本质和规律。再次，哥白尼日心说的提出并为实践所证实，是人类对天体认识的一次新飞跃。他认为地球不是宇宙的中心，而只是太阳系的行星之一，是一颗普通的行星，月球是地球的卫星，使人们对日、月、地在宇宙中所处地位的认识产生了一次新飞跃。然而，他又认为太阳是宇宙的中心，并“把太阳看成是静止的”这种观点不仅从科学上是错误的，不符合宇宙天体的客观实际，而且从哲学上说也是形而上学的。

今天和老师探讨，谈到了一个古老的话题：地心说与日心说之争。他说了一个观点让我很受感触。他说：“‘地心说’与‘日心说’都是对的，他们之间并没有本质的区别。”他的观点是：地心说和日心说的区别只是在于选择的坐标系不同而已，在描述问题上，只是地心处理问题的方法要复杂的多，而用日心说处理问题则相对简单。我们可以看出他的观点还是有一定的道理的。先不管他的观点是否是对的，但给我的启迪还是很大的，面对一个问题，从正面去想可能会是一种结果，但当我们换个角度再去看同一个问题时可能会得到意想不到的结果。“换位思考”对于我们的工作和科研，以及今后的生活都会有很好的帮助，对于我们解决实际问题也很有帮助！以上只是个人的一点体会，有不对的地方还请博友批评指正。

日心说：
通常认为完整的日心说宇宙模型是由波兰天文学家哥白尼在1543年发表的《天体运行论》中提出的，实际上在公元前300多年的赫拉克里特和阿里斯塔克就已经提到过太阳是宇宙的中心，地球围绕太阳运动。
坚实的大地是运动的这一点在古代是令人非常难以接受的，而另一方面托勒密的地心说体系可以很好的和当时的观测数据相吻合，因此即使在《天体运行论》出版以后的半个多世纪里，日心说仍然很少受到的关注，支持者更是非常稀少。
这里必须指出的一点是，近代以来关于罗马梵蒂冈的地心说和哥白尼的日心说的斗争是被严重夸大的。布鲁诺1600年遭受的火刑，并非因为他支持日心说，而是因为他的泛神论等的宗教思想。
事实上，直到1609年伽利略发明了天文望远镜，并以此发现了一些可以支持日心说的新的天文现象后，日心说才开始引起人们的关注。这些天文现象主要是指：木卫体系的发现直接说明了地球不是宇宙的唯一中心，金星满盈的发现也暴露了托勒密体系的错误。
然而，由于哥白尼的日心说所得的数据和托勒密体系的数据都不能与第谷的观测相吻合，因此日心说此时仍不具优势。直至开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后，日心说在于地心说的竞争中才取得了真正的胜利。
哥白尼的日心说：

哥白尼为阐述自己关于天体运动学说的基本思想撰写题为《短论》的论文。他规定地球有三种运动：
一种是在地轴上的周日自转运动
一种是环绕太阳的周年运动
一种是用以解释二分岁差的地轴的回转运动
哥白尼在他的《天体运行论》一书中认为天体运动必须满足以下七点：
不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心
地球只是引力中心和月球轨道的中心，并不是宇宙的中心
所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近
地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的
在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的
在空中看到的太阳运动的一切现象，都不是它本身运动产生的，而是地球运动引起的，地球同时进行着几种运动
人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的。地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象
哥白尼用以支持他的学说的论据，主要属于数学性质。他认为一个科学学说是从某些假说引伸出来的一组观念。他认为真正的假说或者定理必须能够做到下面两件事情：
它们必须能够说明天体所观测到的运动。
它们必须不能违背毕达哥拉斯关于天体运动是圆周的和均匀的论断。
当时有许多反对的观点，但是用当时的知识进行了反驳。
反对理由：如果地球在转动，空气就会落在后面，而形成一股持久的东风。
哥白尼答复：空气含有土微粒，和土地是同一性质，因此逼得空气要跟着地球转动。
哥白尼答复：空气转动时没有阻力是因为空气和不断转动的地球是连接着的。
反对理由：一块石子向上抛去，就会被地球的转动抛在后面，而落在抛掷点的西面。
哥白尼答复：由于受到本身重量压力的物体主要属于泥土性质，所以各个部分毫无疑问和它们的整体保持同样的性质。
反对理由：如果地球转动，它就会因离心力的作用变得土崩瓦解。
哥白尼答复：如果地球不转动，那末恒星的那些更庞大的球就必须以极大的速度转动，这一来恒星就很容易被离心力拉得粉碎。
哥白尼答复：离心力只在非天然的人为运动中找得到，而在天然的运动中，如地球和天体的运动中，则是找不到的。
地心说：
地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出，后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。
托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。下面是这种学说的示意图：
地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的，然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的，并把行星从恒星中区别出来，着眼于探索和揭示行星的运动规律，这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念，设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象，因而在生产实践中也起过一定的作用。
地心说中的本轮均轮模型，毕竟是托勒密根据有限的观察资料拼凑出来的，他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度，才使这个模型和实测结果取得一致。但是，到了中世纪后期，随着观察仪器的不断改进，行星位置和运动的测量越来越精确，观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差，就逐渐显露出来了。
但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地心说本身的错误造成的，却用增加本轮的办法来补救地心说。当初这种办法还能勉强应付，后来小本轮增加到80多个，但仍不能满意地计算出行星的准确位置。这不能不使人怀疑地心说的正确性了。到了16世纪，哥白尼在持日心地动观的古希腊先辈和同时代学者的基础上，终于创立了“日心说”。从此，地心说便逐渐被淘汰了。

简单的说,“地心说”就是以地球为宇宙的中心,“日心说”是以太阳为宇宙的中心.