為什麼哥白尼的日心說要等到牛頓才被證明是科學的?

時間 2021-06-23 12:49:11

1樓:鹽選推薦

我們的世界,從誕生以來就一直圍繞著乙個巨大的火球年復一年地轉動,永不止息。

這並不是顯而易見的事實——人類從地球獲得的經驗恰恰與此相反——大地似乎才是亙古不變、穩定不動的,太陽從東方公升起,從西方落下,劃分日夜。太陽的地位在古代神話中也有所反映,它往往扮演了乙個對人世重要但對天庭無關緊要的角色。例如,在希臘神話中,太陽僅僅是阿波羅(Apollo)手中的金球;在中國古代神話中,太陽也不過是天神的馬車上的車輪。

在人類的日常經驗中,太陽和月球的大小似乎相差不多。這也對人類認識太陽和地球的關係造成了障礙。人們自然而然會覺得太陽和月球是地位類似的天體,因為從視覺上來說,它們都在離地球差不多遙遠的地方。

為了研究天體運動,古希臘天文學家提出了「天球」的概念。這是乙個假想的球面,以觀察者或者地球的中心為中心。日月和夜晚的星辰,都可以在這個球面上標出來。

大多數星辰在天球上的相對位置似乎永遠不變,因此被稱作恆星。星空以一年為週期圍繞地球轉動。對北半球中緯度的觀測者來說,每年的夏夜,他們總是在天頂附近看到明亮的織女星和牛郎星隔著銀河相望。

到了冬季,整個天空最亮的恆星——天狼星就會如約出現在東南方向。古希臘天文學家將夜空中的恆星劃分為不同的星座以方便人們記憶。每年的同乙個夜晚,天空中出現的星座總是相同的(整個天空有 88 個不同的星座)。

太陽和其他恆星不同,它在天球上的位置會移動。如果我們讓大地變成透明的,並且暫時抽去地球上的大氣,我們就可以在任何時刻看見整個天空的星辰。我們會發現,4 月的時候,太陽和白羊座的恆星待在一起,8 月的時候會移動到獅子座,而隆冬 12 月時則從蛇夫座移入人馬座。

每一年,太陽都會沿著這條線路走一圈,途經 13 個星座。太陽在天球上的這條路徑被稱作黃道,相對應的星座有時被稱作黃道星座。

除了月亮,在天球上還有 5 個天體的行為明顯有別於恆星,它們就是水星、金星、火星、木星、土星。這 5 個天體都明亮而容易用肉眼觀察。尤其金星,是夜空中僅次於月亮的明亮天體,比夜空中最亮的恆星天狼星明亮 20 倍。

人們稱這五顆亮星為「行星」,因為和靜止不動的恆星不同,它們在天球上的運動顯而易見。例如,木星以 12 年為一週期在天球上運轉。中國古代天文學家將其稱作歲星,並以此為基礎制定了地支紀年。

如何理解這些天體的運動?古希臘天文學家認為,宇宙實際上是由一系列同心圓構成,地球處在圓心,太陽、月亮、水星、金星、火星、木星、土星,每乙個天體佔據了一層宇宙,在同心圓上繞著地球轉動。而其他星體則集體在最外層佔據了乙個球面,這個球面繞著天軸轉動。

這種宇宙觀反映了當時的哲學理念:宇宙應該是完美的,天體系統應該永恆平穩地運轉。

然而,希臘人發現他們「完美」的宇宙模型上有點小問題,那就是行星的「逆行」。這是乙個行星運動中令人困惑的現象。在夜空中,行星在天球上的運動軌跡大致是自西向東。

但在某些時候,人們會觀測到行星運動的速度漸漸變慢,直到停滯不前,並向反方向短暫地運動一段時間。在不久後,它們又會再次「扭頭」踏上原來的軌道。在「完美」的宇宙模型中,行星的逆行顯得不合規矩,但希臘人也對此無可奈何,只能忍痛對宇宙模型修修補補。

到了公元 140 年前後,這套模型已經變得無比繁複。出生在希臘的羅馬天文學家克羅狄斯·托勒密(Claudius Ptolemaeus)被公認是古代天文學理論的集大成者。在他出版的天文巨著《天文學大成》(Almagest)中展示了當時最先進的宇宙。

在這本書裡,地球已經被稍稍地移開了宇宙的中心,所有行星的軌道變成了偏心圓。除此以外,每個行星都有乙個屬於自己的小軌道,被稱作「本輪」。本輪套在偏心圓軌道上運動,而行星則在本輪上運動。

2樓:秦強

很重要的一點是,哥白尼的模型基於行星軌道是圓形軌道的假說,而我們知道行星軌道幾乎都是橢圓形的。因此哥白尼的模型的精確程度還不如地心說的托勒密的大圓套小圓的模型。直到克卜勒提出了橢圓軌道模型,以及牛頓的萬有引力定律之後,才嚴格證明出行星軌道自然是橢圓,之後經過修正日心說的模型才開始符合觀測結果。

3樓:小狐濡尾

補充今天又想了想這個問題,有乙個很重要的點漏掉了。

牛頓統一了天上和地下這條線索。題主別忘記順著這條線追究一下。

看起來是科學史或科哲的試題,給個套路框架,拋磚引玉吧...

首先要對問題進行拆解——問題中的每乙個詞的使用可能都需要分析

什麼是「哥白尼日爾爾心說」?

這部分當然是介紹哥白尼日爾爾心說的具體所指,提出日心說時的時代背景,知識背景等等一堆背景,目的是要指出:哥白尼說了啥?動機是啥?

什麼是「科學的」?

要知道牛頓的書名叫《自然哲學的數學原理》。題目說牛頓證明了日心說時符合科學的,至少要對「科學」做個概念分析吧?

科學在漢語中是很晚才出現的,在西方自然哲學中呢?至少牛頓還沒說自己研究的東西叫科學。

比如你要說「科學的」是「符合事實經驗的」,那在托勒密的模型看起來貌似也是跟觀察相一致的。

這部分可以擴充套件很多內容

為什麼牛頓之前的人沒有證明日心說是「科學的」?

這部分需要把牛頓之前的人,所處的正規化框架來個概括性的說明吧,一般要追溯到古希臘的核心思想,亞里斯多德,托勒密等人。再往後跨過中世紀,後面得有第谷,伽利略。

當然重要的不是對這些人的描述,而是這些人所代表的研究正規化,自然觀等等內容,進而反映出那他們所代表的時代的特點。

他們與牛頓相比有何不同,少了什麼,又多了什麼?

牛頓是怎麼證明日心說是「科學的」?

三定律系統?

數學方法?

研究方法,觀察材料資料?

上面是表現出來的現象,背後可能是理性和經驗的鬥爭。

拆解分析完可以再來個綜述

所以通過上面的論述,從古希臘,到牛頓之前,再到牛頓。

自然觀上,研究方式上,「科學」的含義上,發生了哪些轉變?比如如果說古希臘時期,亞里斯多德建立起了帶有目的性的有機體隱喻的宇宙觀,托勒密建立起了模型,那哥白尼先建立起了日心說模型(但根據當時的知識背景,還有很多邏輯不能自洽),牛頓就徹底將機械宇宙觀給澄清了。觀察這其中理性所起的作用,你會發現是超越了經驗的——邏輯上推導出直線運動,但是經驗上可從來沒人見過。

還可以從其他方面展開,說宗教在其中也起了很重要的作用,人在宇宙中的地位的消退,機械自然觀的形成等等內容

總的來說,不能只考慮表面現象,也就是說不能只看牛頓用了什麼方式,比如微積分證明了什麼——這是科學的思路 ,還需要往更深層次挖掘其中的哲學意味——自然觀念的轉變,宗教文化影響,研究方式,觀察方式的改進。

甚至連時間觀念——鐘錶的作用也可以考慮,沒有時間t的概念,牛頓也發現不了三定律啊。當然其中的主次,就需要從語言敘述上區分了。

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