1、地心说与日心说人类的天性中就有着对未知世界的探索，尤其是那神秘的星空。从古至今，天文学家从未停止过幻想与研究。他们曾经困惑过，失败过，但这无一不是他们用心血竭力维护的信念。日心说日心说地心说地心说地心说不断演绎的地心说备受推崇的地心说“不动摇”的地心说“本轮均轮”日益衰微的地心说遗留的影响不断演绎的地心说 最初，古希腊学者毕达哥拉斯认为大地与天体都是球形的，之后亚里士多德根据月偏食时大地在月亮上的圆形阴影证明了大地是球形的，此观点被最伟大的观测天文学家希帕克和托勒密完全接受。亚里士多德亚里士多德的地的地心说认为，宇宙是一个心说认为，宇宙是一个有限的球体，分为天地有限的球体，分为天地两层，地球位
2、于宇宙中两层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球心，所以日月围绕地球运行，物体总是落向地运行，物体总是落向地面。地球之外有面。地球之外有9个等个等距天层，此外空无一物。距天层，此外空无一物。上帝推动了恒星天层，上帝推动了恒星天层，才带动了所有天层的运才带动了所有天层的运动。人类居住的地球，动。人类居住的地球，则静静地屹立在宇宙中则静静地屹立在宇宙中心心。托勒密据此进一步发展成为“地心说”。他认为，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
3、、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。由于古代人缺乏足够的宇宙由于古代人缺乏足够的宇宙观测数据，以及怀着以人为观测数据，以及怀着以人为本的观念，因此他们误认为本的观念，因此他们误认为地球就是宇宙的中心，而其地球就是宇宙的中心，而其他的星体都是绕着她而运行他的星体都是绕着她而运行的。的。托勒密托勒密将地心说的模型将地心说的模型发展完善，且为了解释某些发展完善，且为了解释某些行星的逆行现象行星的逆行现象(即在某些即在某些时候，从地球上看那些星体时候，从地球上看那些星体的运动轨迹，有时这些星体的运动轨迹，有时这些星体会往反方向行走会往反方向行走)，因此他，因此
4、他提出了本轮的理论，即这些提出了本轮的理论，即这些星体除了绕地轨道外，还会星体除了绕地轨道外，还会沿着一些小轨道运转。后来，沿着一些小轨道运转。后来，天主教教会接纳此为世界观天主教教会接纳此为世界观的的“正统理论正统理论”。备受推崇的地心说天动说不是仅天文学上的计算方法。当时的哲学和思想被加入。因为神在宇宙中心安置地球这个人类住的特别天体。希腊哲学家们认为，永恒的、神圣的天体只能相应于其高贵的地位作匀速圆周运动，天动说被看作了正式的宇宙观。但少数天体，如太阳，月亮和一些行星的视运动却并不如此，甚至还描绘出复杂的双纽线轨迹。柏拉图柏拉图给他的学给他的学生们提出了一个任务：生们提出了一个任务：怎样
5、用若干个特殊的怎样用若干个特殊的匀速圆周运动的组合，匀速圆周运动的组合，去解决理想情况与现去解决理想情况与现实的这个矛盾。这里实的这个矛盾。这里所提出的运动的合成所提出的运动的合成和分解的思想，对后和分解的思想，对后来物理学研究方法的来物理学研究方法的发展起了启示性的作发展起了启示性的作用。用。“不动摇”的地心说(1)星体绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被人们接受。(2)用几种圆周轨道不同的组合解释、预言了行星的运动位置，解释了行星的亮度变化，这与实际相差很小，相比以前的体系有所改进。(3)地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的
6、假设，也符合基督教信仰。“本轮均轮”阿波罗尼阿斯（约前247-约前205)提出了一种几何模型，他的模型中只有天体的轨道，而无实体的同心球。为了解释太阳和月亮与地球间的距离的变化，他设计了偏心轮地球在天体圆轨道中心的一旁，为了解释行星的逆行现象，他提出了“本轮均轮”结构行星沿本轮怍圆周运动，本轮的中心又在另一均轮圆周上以地球为中心运行。绕着地球的外部行星的是绕着地球的外部行星的是运动是以两种运动的合成运动是以两种运动的合成来描述的：来描述的：1 1）这个行星沿着一个称）这个行星沿着一个称之为本轮的小圆周所做的之为本轮的小圆周所做的年转动。年转动。2 2）这个本轮的中心沿着）这个本轮的中心沿着绕地
7、球的第二个圆周所做绕地球的第二个圆周所做的运动。的运动。这后一个圆周近似的描述这后一个圆周近似的描述了行星绕着太阳运转的真了行星绕着太阳运转的真实轨道，而本轮运动只是实轨道，而本轮运动只是视运动而已。视运动而已。日益衰微的地心说地心说中的本轮均轮模型，是托勒密根据有限的观测观测资料拼凑出来的，它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，随着观测仪器的不断改进，行星的位置和运动测量越来越精确，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，信奉地心说的人但是，信奉地心说的人们并没有认识到这是由于地们并没有认识到这
8、是由于地心说本身的错误造成的，却心说本身的错误造成的，却用增加本轮的方法来补救地用增加本轮的方法来补救地心说。起初这种办法还能勉心说。起初这种办法还能勉强应付，可后来仍不能满意强应付，可后来仍不能满意地计算出行星的准确位置，地计算出行星的准确位置，这不能不使人怀疑地心说的这不能不使人怀疑地心说的正确性了。地心说之所以会正确性了。地心说之所以会被随着历史而被突破，有一被随着历史而被突破，有一部分是因为地心说的创始人部分是因为地心说的创始人和拥护者没有把地心说的语和拥护者没有把地心说的语意和内涵无限扩大（在天体意和内涵无限扩大（在天体运行的阐述中毕竟还有非地运行的阐述中毕竟还有非地心说的存活空间，
9、即地心说心说的存活空间，即地心说能被能被“证伪证伪”）。）。遗留的影响是世界上第一个行星体系模型,是世界上最早的假说演绎体系。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“圆形”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就是地心说最重要的成就就是运用数学计算行星的运行，运用数学计算行星的运行，托勒密还第一次提出了托勒密还第一次提出了“运行轨道运行轨道”的概念，设的概念，设计出了一个本轮一个均轮计出了一个本轮一个均轮模型。按照这个模型，人模型。按照这个模型，人们能够对行星的运动进行们能够对行星
10、的运动进行定量计算，推测行星所在定量计算，推测行星所在的位置，这是一个了不起的位置，这是一个了不起的创造。在一定时期里，的创造。在一定时期里，依据这个模型可以在一定依据这个模型可以在一定程度上正确的预测天象，程度上正确的预测天象，因而在生产实践中也起过因而在生产实践中也起过一定作用。一定作用。日心说日心说的观点日心说的错误不被重视的日心说广为人知的错误哥白尼眼中的天体运动日心说的发展对时代的意义日心说的观点1.地球是球形的。如果在船桅顶放一个光源，当船驶离海岸时，岸上的人们会看见亮光逐渐降低，直至消失。2.地球在运动，并且24小时自转一周。因为天空比大地大的太多，如果无限大的天穹在旋转而地球不
11、动，实在是不可想象。3.太阳是不动的，而且在宇宙中心，地球以及其他行星都一起围绕太阳做圆周运动，只有月亮环绕地球运行。日心说的错误日心说是一个学说，在证明地球是围绕太阳转的同时，也有错误：1.太阳并非宇宙中心，而是太阳系的中心。2.地球并非是引力的中心。3.天空中看到的任何运动，不全是地球运动引起的。4.地球和其他行星的运行轨道是椭圆而不是圆，不做圆周运动。因为这些错误，所因为这些错误，所以日心说只能算是以日心说只能算是学说，而较地心说，学说，而较地心说，却相对好一些。因却相对好一些。因为它证明了地球是为它证明了地球是围绕太阳进行公转。围绕太阳进行公转。但是也引起了人类但是也引起了人类对宇宙的
12、认识的巨对宇宙的认识的巨大变革和思想变革。大变革和思想变革。不被重视的日心说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，因此即使在天球运行论出版以后的半个多世纪里，日心说仍然很少受到人们的关注，支持者更是非常稀少。广为人知的错误 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，而是因为他的反神论等令宗教恼火的反宗教思想。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
13、关注。这些天文现象主要是指：这些天文现象主要是指：木卫体系的发现直接说明木卫体系的发现直接说明了地球不是唯一中心，金了地球不是唯一中心，金星满盈的发现也暴露了托星满盈的发现也暴露了托勒密体系的错误。然而，勒密体系的错误。然而，由于哥白尼的日心说所得由于哥白尼的日心说所得的数据和托勒密体系的数的数据和托勒密体系的数据都不能与第谷的观测相据都不能与第谷的观测相吻合，因此日心说此时仍吻合，因此日心说此时仍不具优势。直至开普勒以不具优势。直至开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道修椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后，日心说正了日心说之后，日心说在于地心说的竞争中才取在于地心说的竞争中才取得了真正的胜利。得了真
14、正的胜利。哥白尼眼中的天体运动 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：1.不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心2.地球只是引力中心和月球轨道的中心，并不是宇宙的中心3.所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近4.地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的5.在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的6.人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的7.地球的运动足以解释人们在空中见到的各种
15、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。日心说的发展阿里斯塔克斯提倡古希腊天文学晚期最著名的是亚历山大学派，阿里斯塔克斯是这一学派早期的代表人物。他叙述了从日食、月食中月球和地球的阴影比例大小，推测出太阳实际上比地球大得多、月球比地球小。又由月球在上弦和下弦间的夹角，推测出太阳距离地球是月球距离地球的十倍。阿里斯塔克斯认为太阳，阿里斯塔克斯认为太阳，月球和地球在每个月的月球和地球在每个月
16、的首个或最后的四分之一首个或最后的四分之一时期内，构成了一个近时期内，构成了一个近似的直角三角形。他估似的直角三角形。他估计最大角约为计最大角约为87。尽管他应用的几何理论尽管他应用的几何理论没有错，但由于观测数没有错，但由于观测数据有偏差，他得出了日据有偏差，他得出了日地距离是月地距离的地距离是月地距离的20倍的结论。事实上，倍的结论。事实上，前者是后者的前者是后者的390倍。倍。阿里斯塔克斯指出，月球和太阳有几乎相同的视角，因此他们的直径与他们到地球的距离是成正比的。这符合逻辑。阿里斯塔克斯指出了太阳明显大于地球，恰恰可以用来证明日心说模型。阿里斯塔克斯观察到月球穿过地球的阴影需要一个恒星
17、月的时间。因此他估计到地球的直径是月球的三倍。根据埃拉托色尼所计算的42000公里的地球周长，他认为月球的周长应为14000公里。事实上，月球的周长约为10916公里。阿里斯塔克斯还认为一个大阿里斯塔克斯还认为一个大的东西不应该绕小的东西转的东西不应该绕小的东西转动，于是他提出了动，于是他提出了“日心地日心地动说动说”（可惜未被当代人接（可惜未被当代人接受）。他认为地球一方面每受）。他认为地球一方面每天自西向东转一周，导致天天自西向东转一周，导致天体的东升西落景象。另一方体的东升西落景象。另一方面它又在一年中绕太阳公转面它又在一年中绕太阳公转一周，水、金、火、木、土一周，水、金、火、木、土等行
18、星也是一样绕着太阳公等行星也是一样绕着太阳公转。他还认为与地球绕日公转。他还认为与地球绕日公转的轨道直径相比，恒星几转的轨道直径相比，恒星几乎在无限远处。因此无法看乎在无限远处。因此无法看到由于地球公转而造成的恒到由于地球公转而造成的恒星视差现象。星视差现象。阿里斯塔克斯提出日心论的论文已经遗失。我们之所以知道它的存在，是因为一些后代学者曾经提起，其中最著名的是阿基米德与普鲁塔克（Plutarch）。阿基米德指出阿里斯塔克斯日心宇宙模型的重点为：*太阳与固定的恒星不会运动。*地球绕太阳运行。*地球的轨道为圆形。*太阳位于该圆的中心。*固定的恒星距离太阳与地球极为遥远。不幸的是，阿里斯塔不幸的是
19、，阿里斯塔克斯的宇宙观和理论，克斯的宇宙观和理论，当时远远走在时代的当时远远走在时代的前面，因而得不到一前面，因而得不到一般公众的承认，克雷般公众的承认，克雷安德斯竟要求希腊人安德斯竟要求希腊人控告阿里斯塔克斯的控告阿里斯塔克斯的渎神之罪。之后阿里渎神之罪。之后阿里斯塔克斯的思想学说斯塔克斯的思想学说就像珍贵的戒指被扔就像珍贵的戒指被扔入大海般消失无踪。入大海般消失无踪。直到哥白尼的出现。直到哥白尼的出现。哥白尼提出那个时候，人们相信的是1500多年前希腊科学家托勒密创立的宇宙模式。托勒密认为地球是宇宙的中心且静止不动，日、月、行星和恒星均围绕地球运动，而恒星远离地球，位于太空这个巨型球体之外
20、。然而，经仔细观测，科学家们发现行星运行规律与托勒密的宇宙模式不吻合。一些科学家修正了托勒密一些科学家修正了托勒密的宇宙轨道学说，在原有的宇宙轨道学说，在原有的轨道（或称小天体轨道）的轨道（或称小天体轨道）上又增加了更多的天体运上又增加了更多的天体运行轨道。这一模式称每颗行轨道。这一模式称每颗行星都沿着一个小轨道作行星都沿着一个小轨道作圆周运行，而小轨道又沿圆周运行，而小轨道又沿着该行星的大轨道绕地球着该行星的大轨道绕地球作圆周运动。几百年之后，作圆周运动。几百年之后，这一模式的漏洞越来越明这一模式的漏洞越来越明显。科学家们又在这个模显。科学家们又在这个模式上增加了许多轨道，行式上增加了许多轨
21、道，行星就这样沿着一道又一道星就这样沿着一道又一道的轨道作圆周运动。的轨道作圆周运动。哥白尼想用“现代”（16世纪的）技术来改进托勒密的测量结果，以期取消一些小轨道。在长达近20年的时间里，哥白尼不辞辛劳日夜测量行星的位置，但其测量获得的结果仍然与托勒密的天体运行模式没有多少差别。哥白尼想知道在另一个哥白尼想知道在另一个运行着的行星上观察这运行着的行星上观察这些行星的运行情况会是些行星的运行情况会是什么样的。基于这种设什么样的。基于这种设想，哥白尼萌发了一个想，哥白尼萌发了一个念头：假如地球在运行念头：假如地球在运行中，那么这些行星的运中，那么这些行星的运行看上去会是什么情况行看上去会是什么情
22、况呢？这一设想在他脑海呢？这一设想在他脑海里变得清晰起来了。里变得清晰起来了。经过20年的观测，哥白尼发现唯独太阳的周年变化不明显。这意味着地球和太阳的距离始终没有改变。如果地球不是宇宙的中心，那么宇宙的中心就是太阳。他立刻想到如果把太阳放在宇宙的中心位置，那么地球就该绕着太阳运行。这样他就可以取消所有这样他就可以取消所有的小圆轨道模式，直接的小圆轨道模式，直接让所有的已知行星围绕让所有的已知行星围绕太阳作圆周运动。太阳作圆周运动。然而，人们是否能接受然而，人们是否能接受哥白尼提出的新的宇宙哥白尼提出的新的宇宙模式呢？全世界的人模式呢？全世界的人尤其是权力极大的天尤其是权力极大的天主教会是否相
23、信太阳是主教会是否相信太阳是宇宙中心这一说法呢？宇宙中心这一说法呢？由于害怕教会的惩罚，哥白尼在世时不敢公开他的发现。1543年，这一发现才公诸天下。即使在那个时候，哥白尼的发现还不断受到教会、大学等机构与天文学家的蔑视和嘲笑。终于，在60年后，约翰尼斯开普勒和伽利略伽利雷证明了哥白尼是正确的。伽利略的论证伽利略是通过数学逻辑相信哥白尼，同时，伽利略发明了天文望远镜，一定程度证明了哥白尼的正确。但是，在罗马宗教事务所组织的学术讨论中，伽利略没有战胜自己的对手，导致了最后的悲剧：当时“地球绕太阳”和“太阳绕地球”都有科学证据，而伽利略学说的破绽之一，是科学家探测不到“斗转星移”（Stellar Parallax）的现象。十六世纪时天文学家泰高巴希（Tycho Brahe）以当时最精密的仪器，去探测是否有“斗转星移”，可是看来群星的相对位置和距离好像没有改变，因此地球转动之说不被接纳。但是，伽利略指导数学原则的价值。他始终相信日心说。对时代的意义哥白尼的学说是人类对宇宙认识的革命，它使人们的整个世界观都发生了重大变化。哥白尼的日心宇宙体系既然是时代的产物，它就不能不受到时代的限制。哥白尼的科学成就，是他所处时代的产物，又转过来推动了时代的发展。从哥白尼时代起，脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。
