地心說真的是大錯特錯嗎?科學家們為什麼認為地心說是錯誤的?

2020-12-04 天文在線
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網友提問：地心說真的大錯特錯嗎？太陽是否處於「中心」（即地球繞太陽旋轉）僅僅是一個任意的參考系決定，和地球在中心的說法一樣不靠譜嗎？

物理學家：當你在這個瘋狂的大世界裡漫步，你完全沒有辦法去懷疑，你腳下的土地，並不是絕對靜止的，它還有著其他的運動（儘管事實的確如此）。思考一下，當你抬頭仰望天空，看到天上的東西轉過，為什麼不假定它們是移動的而我們是靜止的呢？從這一層面想，地心說是言之有理的。

圖解：託勒密的宇宙體系圖

但是很快有很多物理現象將這個理論戳破。例如，傅科擺（常被叫做「大擺」）擺動的時候，仿佛地球在它們下面轉動一樣，而且轉動方式和天空中所有物體轉動的方式一致。（這並不是一個巧合）

圖解：在巴黎先賢祠的傅科擺。

證明日心說（太陽在太陽系中心的觀點）比地心說（地球在太陽系中心的觀點）合理的經典方法是觀察其它行星的運動。哥白尼就是這樣做的；他指出如果以地球為中心，那麼其它天體的運動看起來是雜亂無章的，但是以太陽為中心的話，行星（包括地球）的運動是簡單的橢圓。他最初的觀點是對「奧卡姆剃刀」的應用：越簡單越好，所以太陽一定在中心。

圖解：可能存在無必要的複雜解釋。例如，可以將矮精靈拉布列康加入任何解釋中，但是奧卡姆剃刀阻止了這樣的添加，除非它有必要。

奧卡姆剃刀是一個檢測特例假設的特殊理論，但它不是科學。知道了這些，就能理解哥白尼是多麼的正確，多麼令人印象深刻了。幸運的是，大約在哥白尼一個半世紀後，牛頓提出並解決了這個世紀難題。牛頓物理學說的遠不止「哇塞，橢圓形超級好看」；它準確地描述了：為什麼所有的軌道都以一套非常簡單的引力和運動定律來運行。牛頓物理學甚至有了更多突破，它不僅僅描述了行星的運動，還解釋了為什麼我們不能直接注意到我們自己的運動。

圖解：《天體運行論》中哥白尼的宇宙觀。

如果我們仍然假定地球在宇宙中是靜止的，物理學家將花費近幾個世紀去拼命嘗試著解釋：是什麼拉著太陽（以及其它行星）轉這麼大的圓圈。我們需要一股額外的神秘力量來解釋為什麼太陽系的質心不是靜止的（或者勻速運動），而是每天從頭頂掠過。

接下來的是一系列牛頓理論。

位置和速率都是完全主觀的，但是加速度是客觀的。其物理含義在於無論怎麼測量，都沒有絕對的方法說出你在哪裡，或者你運動的速度有多快。當然，你可以環顧四周看到其它的東西經過，但即使這樣，你也是在測量你們的相對速度（相對於你來說，所看到的物體的速度）。所以假想一下，如果你在一個巨大的球體上在太空中飛行，你永遠無法得知你的速度。然而，加速度很簡單就能測量。

圖解：不管你在哪裡或者你如何移動，物理定律都是完全相同的。因此，沒有一個實驗可以告訴你你的「真實」位置或者速度。然而，加速度改變了一些事情。這就是為什麼你可以在一個地方以相同的方式雜耍（左上），一個不同的地方（右上），甚至一個不同的速度（左下），但是當加速度時，你不能變戲法（右下），或者你必須以不同的方式雜耍。

從地球上乍一看，似乎是沒有辦法區分地球是在運動還是靜止的。如果地球是靜止的，我們無話可說；如果地球是運動的，我們也不得而知。但我們不僅僅知道了地球是運動的，而且知道地球以橢圓形軌道運動著，這個運動碰巧需要加速度。當你加速或者減速時，你感受到的推力和你轉彎或旋轉時感受到的推力，有著同一個來源：加速度。

圖解：月球繞地球運行，地球也繞月球運行，搖擺不定.

如果地球被「定在太空裡」並且從來不加速，那麼我們將只有一個月亮和太陽潮汐。如果地球不運動，那麼月球引力將把海洋吸引向它但不會湧回。但是地球確實在運動，月球質量太大了，所以，即使地球不會移動太多，但還是要繞一個小圓運動來平衡月球的大圓。月球繞的大圓能產生足夠大的離心力來平衡地球對它的引力（這就是軌道），並且同時，地球轉的小圓也平衡了月球對我們的引力。

圖解：如果地球被定止在天空，那麼月球的引力將導致一天只有一個潮汐，即海洋被拉向它。我們可以經歷兩次是因為地球和月球圍繞著同一個點(紅點)彼此運行。地球背面的擺動意味著遠處的水被「拋向外」。

這種基本事件也發生在地球和太陽之間。越接近太陽的天體在軌道上運行速度越快，而越遠離太陽的天體在軌道上運行速度越慢。但地球必須以一整塊運動。面朝太陽的那一面距離約4000英裡(約4000公裡)，如果它在略低的軌道上運行，那麼它的運行速度會慢一些。結果，太陽的引力在地球的「正午區域」略勝一籌，因而我們有了高潮（海浪吸引向太陽）。地球遠離太陽的一面要比同在該距離軌道上的天體運動得要快，所以它向外推的速度比正常的要快一點，這樣，我們在午夜見到了另一次高潮。這些被稱作「日潮」，我們平時很少注意到，因為它只有「月潮」（常規潮汐）一半的強度。也就是說，日潮真的很重要，只有地球圍繞著太陽轉才會有日潮的存在。

長話短說：如果說地球是靜止的（地心說），那麼我們不得不想出一堆奇奇怪怪的理由來解釋為什麼牛頓法則在地面上完美適用，但在太空中失效了；還有我們將每天只有一次日潮和月潮。如果地球是運動的（而且是繞著太陽轉動），那麼牛頓定律將可以暢通無阻地使用，我們每天也將會有一次日潮和兩次月潮。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. The Physicist- askamathematician

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  • 有沒有可能宇宙存在著古代人認為的地心說文明?
    先來說下「地心說」的內容：地心說認為地球是宇宙的中心（太陽系的中心），靜止不動，從地球向外依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星，在各自的軌道上繞地球運轉。地心說是世界上第一個行星體系模型。儘管「地心說」把地球當作宇宙中心是錯誤的，但是如果把它放大到整個宇宙（在人類現有技術條件下只能判斷出地心說在太陽系是錯誤的），很難說有沒有其他天體的中心是文明地帶。按照「地心說」理論模型，宇宙是否存在一種文明體系？——文明社會所處的星球周圍是從多星體圍繞其公轉的行星。
  • 地心說很科學,日心說不全對
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    他們會舉出「地心說」的例子，說歷史上地心說是佔據了思想界1500多年的理論體系，還不是被更新的日心說「推翻」了嗎？這樣推導下去，今天所有的科學知識，或者科學理論，在明天也許就像當年的「地心說」一樣，被「未來科學」所推翻。比如，科學界不是堅決不承認特異功能、巫術醫學、易術玄學嗎？說不定未來這些東西就成為了新科學，從而取代今天的所有科學。
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    關於日心說，地心說，我們小時候的教材，科普書籍，傳遞給我們的觀念，幾乎都是這樣——先進正確的日心說，推翻了錯誤落後的地心說，提出者哥白尼引發了天文學的革命，從此掀開了近代科學的革命云云。託勒密的地心說，其實就是一種以地球為參照系的宇宙模型。而哥白尼的日心說，就是一種以太陽為參照系的宇宙模型。這裡頭，沒有誰對誰錯，就是參考系不同罷了。地心說認為，天上的行星，會圍繞地球做勻速圓周運動，這叫均輪。然後，行星自身又圍繞一個圓心做勻速圓周運動，這叫本輪。在人類的觀測技術比較落後的古希臘，中世紀早期，地心說跟觀測數據是非常吻合的。
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    今天小編想為大家科普的天文知識就是地心說以及日心說。地心說顧名思義就是說宇宙是以地球為 中心從而延伸的空間體。地心說的最初設想也是由於人類在地球上生活，所有的物體在拋向天空後都會落入地球上，這也是地心說最根本的來源。古時由於科技的不發達，人們並不能了解宇宙中行星的運轉以及天體的位置，以至於就是以地球為中心，以地球為大。
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  • 從科學的含義來看,託勒密的地心說是科學的嗎?
    關於這個問題其實是一個很有趣的問題，我們可以直接給出答案：地心說是科學！那至於什麼這麼說，其實這要從科學本身說起。科學是什麼？如果我們都搞不清楚科學是什麼，其實我們也就無法判斷一個理論是不是科學。那科學到底是什麼呢？
  • 為什麼1300多年沒人質疑地心說,只因他解釋的太有道理
    只知道他出生於2000年前左右,是地心說的集大成者,可能有人會問,在2000年前的古代,幾乎所有人都認為,地球是世界的中心,那麼地心說的提出,就相當於我們把一些,科學常識整理成冊而已,有什麼值得讚揚的,何況地心說還是當時,無法驗證的偽科學,真正的大佬難道不該是,哥白尼那種不懼強權,打破固有思想的科學引路人嗎,先別急著,想要了解託勒密有多牛,就必須要知道,'地心說
  • 萬有理論需破除「地心說」
    然而，在早期人類觀念裡，「地心說」才是正統，存在了一兩千年。而且，翻閱歷史，我們發現，不論是什麼民族，或多或少都有「地心說」的影子，這個我們不難理解，古人抬頭看天，發現太陽、月亮、星星都在圍著我們在旋轉，加上人類唯我獨尊的基因，古人得到「地心說」的結論理所當然。現代人抬頭看到的和古人差別不大，但現代人大腦中明白太陽才是太陽系的中心，所以看到星星圍著我們轉才不會引起錯亂的意識。
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    網友提問：地心說真的錯了嗎？只由某一任意的參照系決定的太陽位於「中心」(即地球圍繞太陽運行)的說法，是不是和地球位於「中心」的說法一樣不真實？既然如此，當你抬頭仰望天空，看到旋轉的東西時，為什麼不假設它們在移動而你卻坐著不動呢？從表面上看，地心說是有意義的。但有許多物理現象很快就會證明這種說法存在漏洞。
  • 天文學發展的三個階段:地心說、日心說、大爆炸說
    一、地心說眾所周知，地心說最早是由古希臘學者歐多克斯提出的，之後經過學者亞里斯多德、託勒密對其進一步發展逐漸得以建立和完善。地心說在古代西方長期處於興盛的地位。託勒密認為，地球在宇宙中心處於靜止不動的狀態。
  • 從地心說,到日心說,人類的內心戲都經歷了什麼?
    圖1  地心說的宇宙構成 哥白尼之前，科學家就開始用一些工具比如六分儀來測量星星的位置。很快就發現，地心說很難正確地預測行星的位置，於是開始在原來的模型上做修正（圖2），因此有了本輪和均輪之說。簡單地說，就是行星圍繞地球運動，這個運動的軌跡是均輪。同時行星還繞著均輪上的一個點做圓周運動，這個運動的軌跡叫本輪。
  • 日心說與地心說
    他在書中結合大量觀察結果與嚴密的數學運算，提出地球圍繞太陽做公轉運動的理論，史稱「日心說」。　　在中世紀的歐洲，人們普遍被告知：太陽圍繞地球旋轉。而哥白尼的發現，打破了「地心說」這一觀念的禁錮。　　最終，歷史證明了一切。
  • 地心說被推翻、日心說被確立,對當時的歐洲產生了怎樣的影響?
    他首先想到的辦法是修改地心說，為了使實際遷就理論，主觀的隨意增加了本輪的數目，圓上加圓，弄得地心體系越來越複雜。由此，哥白尼認為應該從根本上把託勒密的這個千瘡百孔的地心體系加以改造。"　　與此同時，哥白尼還違背了身為一名科學家的基本守則，在自己的學術觀點上加入了許多主觀色彩。但即便如此，仍有許多天文學家願意在哥白尼的日心說的基礎上繼續加以驗證，這才是最為難得的。
  • 《人類的本性》(四)二 「地心說」與「日心說」王大訓
    霍金在《時間簡史》中談及託勒密的宇宙模型及其與宗教的關係時認為：「它被基督教接納為與《聖經》相一致的宇宙圖象。這是因為它具有巨大的優點，即在固定恆星天球之外為天堂和地獄留下了很多地方。」在這樣的宇宙模型中，隨處隨時可以安排上帝的角色。而這，正是其能夠為基督教神學所接納，而與神學一道統治歐洲思想界長達一千多年的緣由。