第三講哥白尼革命

1、 極為奇妙的是哥 白尼服從于傳統(tǒng)的最 明確的表示就是同它 的決裂。 哥白尼革命 庫(kù)恩(美國(guó)) Thomas S. Kuhn 19221996 科學(xué)革命 Nicholaus Copernicus, 1473-1543 哥白尼 Charles Darwin, 1809 -1882 達(dá)爾文 Sigmund Freud, 1856-1939 弗洛伊德 第第 三三 講講 哥白尼革命 The Copernican Revolution 火星的視運(yùn)動(dòng) 恒星視差恒星視差 金星的位相 太陽(yáng) 金星 地球 畢達(dá)哥拉斯 Pythagoras (ca 560ca 480 BC) Cosmos （宇宙） 一個(gè)和諧而有規(guī)律

2、的體系 天文學(xué)首先是追求宇宙 的和諧，而不是狹義地去 擬合觀測(cè)。 對(duì)于古希臘的科學(xué)家來說，科學(xué)的對(duì)于古希臘的科學(xué)家來說，科學(xué)的 目的，是為了揭示宇宙的奧秘。構(gòu)建模目的，是為了揭示宇宙的奧秘。構(gòu)建模 型、解釋現(xiàn)象，要比追求實(shí)用、迎合世型、解釋現(xiàn)象，要比追求實(shí)用、迎合世 俗的價(jià)值觀更加重要。在他們的心目中，俗的價(jià)值觀更加重要。在他們的心目中， 科學(xué)一定是美的，作為宇宙論的一個(gè)基科學(xué)一定是美的，作為宇宙論的一個(gè)基 本特征，和諧與簡(jiǎn)單，就是這種美學(xué)的本特征，和諧與簡(jiǎn)單，就是這種美學(xué)的 最高標(biāo)準(zhǔn)。這種科學(xué)觀，最終形成了綿最高標(biāo)準(zhǔn)。這種科學(xué)觀，最終形成了綿 延持久的學(xué)術(shù)傳統(tǒng)，對(duì)西方科學(xué)的發(fā)展延持久的學(xué)術(shù)傳

3、統(tǒng)，對(duì)西方科學(xué)的發(fā)展 產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。 柏拉圖 Plato (428348 BC) 同心球模型 月、日、水、金、火、木、土 柏拉圖的蒂邁歐Timaeus 為什么天體進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)？ 柏拉圖的論證 宇宙的本質(zhì)是和諧的 和諧的體系是絕對(duì)完美的 絕對(duì)完美的軌道是圓形 天體都按照?qǐng)A形軌道繞地球運(yùn)行 柏拉圖同心球模型的缺點(diǎn) 個(gè)別異常現(xiàn)象的存在，并不說 明和諧這一理性的原則錯(cuò)了。 拯救現(xiàn)象 行星似乎沒有按照?qǐng)A形的軌 道運(yùn)動(dòng) 歐多克斯 Eudoxus （409356 BC) 同心球模型 concentric spheres 同心球模型：太陽(yáng) 外層天球，24小時(shí) 旋轉(zhuǎn)一周 第2層天球

4、，每年 旋轉(zhuǎn)一周 第3層天球，太陽(yáng) 附綴其上，每年旋 轉(zhuǎn)一周 太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)軌跡 亞里士多德 Aristotle (384-322 BC) 亞里士多德的宇宙觀 地球是一個(gè)球 北極星高度 大海上的帆船 月食 白道 月全食 月偏食 半影月食 月亮的路線 月全食 月偏食 半影月食 亞里士多德 Aristotle (384-322 BC) 地球是宇宙的中心，絕對(duì)靜止不動(dòng) 所有天體必須按照勻速的圓周運(yùn)動(dòng) 恒星的視差 Uniform Circular Motion 自由落體 恒星視差恒星視差 月亮地球金星太陽(yáng)火星 水晶球模型 crystalline spheres 月、水、金、日、火、木、土 同心球-水晶球模型

5、 優(yōu)點(diǎn) 日月運(yùn)行的快慢 行星的順行與逆行 缺點(diǎn) 行星的亮度變化 行星到地球的距離不變 月、日、水、金、火、木、土 阿波隆尼 Apollonius of Perga (260 220 BC) 阿波隆尼的本輪均論模型 P 本輪 均輪 C 地球 亮 暗 亮 希帕恰斯 Hipparchus 公元前2世紀(jì) E S B A S O E CD 希帕恰斯 偏心圓模型：太陽(yáng) 托勒密 Ptolemy (ca 100 - ca 170) 大匯編 至大論 天文學(xué)大成 The Greatest Hunayn ibn Ishaq, 850AD Almagest Alexandria, 150AD 托勒密的天文學(xué)大成 約公

6、元一百五十年完成 阿拉伯文版天文學(xué)大成(九世紀(jì)初) 拉丁文版天文學(xué)大成 托勒密的地心說宇宙模型 Epicycle 本輪 P 行星 E 地球 C Deferent 均輪 阿波隆尼的本輪均論模型 P 本 輪 托勒密的本輪均輪模型 地球 E O E C Equant 對(duì)應(yīng)點(diǎn) 均輪 P 地球 對(duì)應(yīng)點(diǎn) E O E CA 本輪之上的本輪 托勒密本輪均輪模型的問題 亞里士多德的原則 勻速的圓周運(yùn)動(dòng) Uniform Circular Motion 本輪的圓心繞對(duì)應(yīng)點(diǎn)(Equant)運(yùn)動(dòng) 角速度均勻，線速度不均勻 E O E C 托勒密模型 本輪中心C在均輪上繞對(duì)應(yīng) 點(diǎn)E 以相同的角速度運(yùn)動(dòng) 圖斯(al-Tus

7、i) 模型 本輪中心C 在圓A上勻速運(yùn) 動(dòng)，點(diǎn)A在圓O上勻速運(yùn)動(dòng) P E O C A O E 圖斯(al-Tusi)的發(fā)明 圖斯雙圓 （Tusi Couple） 沙蒂爾（al-Shatir）的水星模型 沙蒂爾（al-Shatir）的行星模型 托勒密體系 行星逆行的原因 優(yōu)點(diǎn) 第一次為所有天體運(yùn)動(dòng)提供了系 統(tǒng)、完整、詳盡、定量的解釋。 缺點(diǎn) 外行星本輪上的向徑 P 本輪 均輪 C 地球 行 星 的 逆 行 亮 暗 亮 E P C 平太陽(yáng)的方向 S 外行星在本輪上的向徑 哥白尼 Nicholaus Copernicus (1473-1543) 哥白尼生平 日心說的提出受阿利斯塔克的啟發(fā) 論日月的大

8、小和距離 阿利斯塔克（前三世紀(jì)） 哥白尼的日心說 所有天球都圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn) 地球繞它的軸自轉(zhuǎn) 地球旋轉(zhuǎn)的軌道是黃道/黃道帶 地球與太陽(yáng)的距離比地球與恒星的距離小得多 行星的逆行是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果 哥白尼的天體運(yùn)行論 一五四三年初版 哥白尼天體運(yùn)行論手稿 哥白尼的宇宙模型 哥白尼的宇宙模型 哥白尼日心說解決的問題 行星逆行的原因 外行星本輪上的向徑 P 本輪 均輪 地球 對(duì)應(yīng)點(diǎn) 圓心 C行 星 的 逆 行 火星的視運(yùn)動(dòng) E P C 平太陽(yáng)的方向 S 外行星在本輪上的向徑與 地球指向平太陽(yáng)的方向平行 C P E 日星距離 E C P 日地距離 日地距離 E C P S S E P S E P 日星距離

9、 伽利略 Galileo Galilei (1564-1642) 地心說的否定 金星位相的改變 舊的現(xiàn)象的解釋：行星運(yùn)動(dòng) 木衛(wèi)的發(fā)現(xiàn) 新的現(xiàn)象的預(yù)測(cè) 金星的位相 太陽(yáng) 金星 地球 地心說模型中的金星 托勒密的宇宙太陽(yáng) 金星 地球 本輪 圓心 金星的5種位相(1610年伽利略） 1910年9月27日1910年6月10日1927年10月24日 1919年9月25日1964年6月19日 日心說的問題 I 系統(tǒng)本身并沒有簡(jiǎn)化 精度也沒有提高 哥白尼模型與托勒密模型 日心說的問題 II 亞里士多德的質(zhì)疑：如果地球不在宇宙的中心， 什么使得事物做圓周運(yùn)動(dòng)？ 地球自轉(zhuǎn)： 自由落體 地球公轉(zhuǎn)： 恒星的視差 貝賽爾 （1784-1846） Friedrich Wilhelm Bessel恒星 視差 太陽(yáng) AB 1838年 天鵝座61 的周年視差 0.31” 同心球水晶球體系 歐多克斯：拯救現(xiàn)象 本輪均輪體系 阿波隆尼：行星亮度 希帕恰斯：偏心圓 托勒密：天文