簡介哥白尼的“日心說”

簡介哥白尼的“日心說”“地心說”在15世紀之前占據(jù)著天文學的絕對統(tǒng)治地位，但也難以遮掩日心說的曙光。跟“地心說”一樣，最早提出“日心說”的人并不是家喻戶曉的哥白尼，而是古希臘最偉大的天文學家、數(shù)學家阿里斯塔克斯。早在公元前3世紀，古希臘學者阿里斯塔克（Aristarchus，公元前320—前250）就提出“太陽位于宇宙中心，地球則圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)”。阿基米德（Archimedes，公元前287—前212）也認為太陽是宇宙的中心，并給出相應(yīng)論證。阿里斯塔克斯是人類歷史上有記載的首位提倡日心說的天文學者。他將太陽而不是地球放置在整個已知宇宙的中心，認為太陽與固定的恒星不會運動，而地球繞著太陽運動。不幸的是，由于阿里斯塔克斯的宇宙觀和日心說理論遠遠超出了當時人類的認知理念，因而在當時并未得到公眾的承認，甚至還險些被人以褻瀆神明罪起訴。直到1800多年后從地心說到日心說的偉大轉(zhuǎn)折應(yīng)歸功于哥白尼，其《天體運行論》拉開了近代天文學序幕，極大推進了近現(xiàn)代科學的發(fā)展。1473年，哥白尼出生在當時屬波蘭王國普魯士行省的小城托倫。雖然任職于教會，并到意大利學習神學，但哥白尼自幼對天空充滿了好奇，曾私下學習天文學。據(jù)記載其第一次天文觀測是在1497年3月9日。最初他試圖通過天文觀察來理解和詮釋托勒密地心說理論。1513年3月31日，他在所任職教堂建成了一座小型天文觀測臺，并設(shè)計出3架較為精密的天文儀器。突破主觀直覺臆想，用觀察數(shù)據(jù)和科學事實來說話，這是揭示真理的第一步。在當時，天文學采用的是托勒密的地心說體系。在這個體系中，由于托勒密提出了本輪和均輪的復(fù)合，因此它可以預(yù)測日食、月食，也可以解釋一些現(xiàn)象。但是，隨著天文觀測技術(shù)的進步，通過大量天文觀察數(shù)據(jù)和一些天文現(xiàn)象，哥白尼開始質(zhì)疑亞里士多德宇宙論，而據(jù)托勒密宇宙模型也無法對一些天文現(xiàn)象給出合理解釋。人們發(fā)現(xiàn)在托勒密的宇宙模型中，需要在行星軌道上附加太多本輪來調(diào)整軌道的周期，以適應(yīng)觀測的結(jié)果（在文藝復(fù)興時期，托勒密提出的本輪和均輪數(shù)目就達到了一百多個）。若是繼續(xù)修補托勒密的地心說模型，只會讓宇宙結(jié)構(gòu)學說更加繁雜。是否古希臘先賢的天文理論有誤？地球是運動的還是靜止的？宇宙中心在哪里？當他嘗試著把太陽確定為宇宙中心，大量天文現(xiàn)象都能得到合理的科學解釋，而且宇宙模型也變得簡潔起來，再也不需要那么多所謂的本輪和均輪?？茖W是追求完美的，宇宙也不例外！故他打破了傳統(tǒng)天文學理論，而聲稱：宇宙中心實際上應(yīng)是太陽，地球根本不是宇宙中心。我們?nèi)祟惥幼〉牡厍颡q如其他任何行星一樣，都在圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)。后在大量天文數(shù)據(jù)支撐下，哥白尼構(gòu)造出日心說宇宙模型。但這樣的觀點在當時是萬萬不敢提出的，因為上帝是在位于宇宙中心的地球上創(chuàng)造了人類，如果說太陽是宇宙的中心，那無疑會被認為是異端邪說。不過，哥白尼并未因外界的壓力而放棄科學探索。1506年，在回國任教后不久，他就開始著手寫作自己的天文學說著作《天體運行論》1512年，哥白尼還把他任職地的城堡西北角的箭樓修建為自己的小型天文臺，用自己研制的簡陋儀器來進行天文觀測和計算。并于1514年完成了其第一部天文學著作手稿。為讓教會職員理解其新天文學思想，他將此書稿呈獻給教皇保羅三世，后者當時也未提出異議。1533年哥白尼曾在羅馬做了一系列演講，提出了其日心說理論，當時也未遭到教會的反對。因擔心其天文學思想與宗教教義相悖，哥白尼遲遲沒有出版其著作。1543年《天體運行論》出版，該書直到1616年，才被教會宣布為禁書。他的觀念是：太陽靜止地位于宇宙的中心，地球和行星都在圍繞太陽做圓周運動。他指出、人類生存的地球只是圍繞太陽的一顆普通行星，地球每天自轉(zhuǎn)一周，由此形成天穹的旋轉(zhuǎn)，而月球則在圓形軌道上繞地球轉(zhuǎn)動。此外，太陽在天球上的周年運動是地球繞太陽公轉(zhuǎn)運動的結(jié)果，地球上人們觀測到的行星的倒退或者靠近現(xiàn)象都是地球和行星共同繞日運動產(chǎn)生的結(jié)果。當然，完整的日心體系在哥白尼1543年出版的《天體運行論》中得到了詳細闡述，被認為是現(xiàn)代天文學的起步點。《天體運行論》中天體運動必須滿足七個條件：并不存在一個所有天體軌道或天體的共同的中心。地球并不是宇宙的中心，它只是引力中心和月球軌道的中心。宇宙中的所有天體都繞太陽運轉(zhuǎn)，宇宙的中心就在太陽附近。同天穹的高度相比，地球到太陽的距離是微不足道的。人們在天空中看到的任何運動，都是地球自身的運動引起的。人們看到的太陽運動的一切現(xiàn)象，都不是太陽本身運動產(chǎn)生的，而是地球運動引起的，地球同時進行著幾種運動在地軸上的周日自轉(zhuǎn)運動，環(huán)繞太陽的周年運動，用以解釋二分歲差的地軸的回轉(zhuǎn)運動。人們看到的行星向前和向后的運動，是由于地球運動引起的，地球的運動足以解釋人們在空中見到的各種現(xiàn)象。大地是運動的，對古代人來說，這一觀點是難以接受的。此外，“日心說”指出行星圍繞太陽做圓周運動，但行星運動的觀測結(jié)果并非完全符合圓周這一結(jié)論因此，在哥白尼的《天體運行論》出版后半個多世紀里，日心說仍然很少受到關(guān)注，支持者更是寥寥。在托勒密“地心說”處于天文學統(tǒng)治地位的社會大背景下，在沒有天文望遠鏡的裸眼時代，哥白尼能夠提出日心說理論，實屬是一個偉大的天文學創(chuàng)舉。然而，他并未全盤否定地心說，甚至還可以說他忠實于亞里士多德天體運動統(tǒng)一圓周運動理想，正是在地心說基礎(chǔ)上，才提出了日心說理論。如地球既然是個球形，故其自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)運動也應(yīng)是圓運動。若承認地球的圓運動，則周日運動亦應(yīng)如此等。其創(chuàng)新之處就在于，行星不規(guī)則運動再也不必應(yīng)用數(shù)目繁多的本、均輪相關(guān)體系來說明。直到1609年，伽利略使用剛發(fā)明的望遠鏡觀測木星時發(fā)現(xiàn)