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。
日心說提出者哥白尼
這種說法,只能說給小學生聽,因為他們沒有系統地學過物理,也接受不了太複雜的事情。然而,只要你學過初中物理,只要你對託勒密的地心說,有最基本的了解,你就應該知道,這種說法並不正確。
地心說提出者託勒密
只要稍微學過物理,我們就知道,運動都是相對的。你是運動還是靜止,關鍵是你選哪一個物體作為參照系。比如你坐在車上,如果你選擇地面為參照系,那你就是運動的,如果你選擇車上的物體為參照系,你就是靜止的。
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。而且,地心說認為地球是圓的,這比起地平說,是非常巨大的進步。因此,在地心說剛剛誕生的時候,它是跟觀測高度吻合,正確先進的理論。
地心說
而提出日心說的哥白尼,他認為地球跟其他行星,圍繞太陽作圓形軌道運動,這其實是不對的。哥白尼提出的日心說,跟人們觀測到的數據,並不吻合。因此,在哥白尼最初提出日心說的四五十年裡頭,人們並不接受日心說。
直到六十年後,克卜勒用橢圓形軌道取代圓形軌道,日心說的數據才跟觀測高度吻合。再加上伽利略發明了天文望遠鏡,觀測到木星原來有四顆衛星,這為日心說提供了很有力的證據。哥白尼的日心說,才逐漸被人們接受。
克卜勒
既然地心說跟日心說,只是參照系不同而已,兩者的理論預測都跟觀測數據吻合,那為何日心說會取代地心說呢?關鍵,還是一個時間成本問題。
地心說那一套本輪均輪體系,計算起來非常麻煩。而且隨著人類觀測技術的進步,實際的觀測結果,跟地心說的理論預測,誤差越來越大,人們只能通過不斷地增加本輪來修正理論。
反觀日心說呢?每個行星就只有一個橢圓軌道,你要計算一顆行星的運行,只要計算一個橢圓軌道就行了,這比地心說可方便太多了。隨著時間推移,天文學家慢慢就都用日心說的橢圓軌道來計算,地心說就自然被日心說取代了。
這就好比牛頓力學跟相對論,我們都知道,相對論推翻了牛頓的絕對時空觀,是比牛頓力學更先進,更精確,更接近真理的理論。然而為何我們的初中高中教材,還要學牛頓三大定律,萬有引力公式這些牛頓力學知識呢?這是因為,我們的日常生活,是一種低速運動狀態,用牛頓定律計算,已經足夠精確了,而且牛頓定律,只需要用到初等數學知識就足夠了,不需要用到太多數學知識。
而相對論呢?要懂相對論的計算,就必須要懂黎曼幾何,微積分等一系列讓人頭大的高等數學。日常生活中的運動計算,我們根本不需要這麼高的精度,也沒有那麼多時間精力去學高數,所以我們的初高中物理,都是牛頓力學那一套。
牛頓三大定律
所以,科學理論,並不是簡單的是非對錯,而是要看理論計算跟實際觀測到底吻不吻合。如果吻合,哪怕這種理論有多違反人類的直覺跟生活經驗,科學家們都會承認這是正確的理論。比如相對論,量子力學,這些理論其實都挺違反人們的日常三觀的,但它們跟實驗高度吻合,所以科學家們都認了。如果理論計算與實驗不吻合,哪怕你的理論看上去有多完美和諧,大家都不認。
而如果有兩種理論,都跟觀測數據吻合,那麼,科學家們就會選擇更方便,更節省計算時間的理論。日心說能取代地心說,就是因為日心說計算更方便。相對論出現了,牛頓定律為何我們還要學,還是因為牛頓定律更方便,這就是一個時間成本問題,不是誰對誰錯的問題。
小孩子才分對錯,成年人只看利弊。
大人只看利弊
既然地心說也是科學理論,日心說並沒有推翻地心說,那為何我們講近代科學,都要從哥白尼的日心說講起?筆者認為,儘管哥白尼的日心說,並沒有推翻地心說,但他推翻了一種遠比地心說重要得多的錯誤認知觀念,那就是——人類的自我中心主義。
人總是喜歡以自我為中心,喜歡用自己的經驗,喜好來推斷他人,推斷世界。這種中心主義,如果放大到整個群體,就是人類總是喜歡以為,人是萬物之靈長,宇宙之中心。而地心說,就是這種自我中心主義的產物,它認為,地球是宇宙的中心,日月星辰都圍繞地球在旋轉。在中世紀,科學是神學的婢女,科學存在的目的,就是為了論證聖經,論證上帝的存在。地心說經過中世紀那些教士的努力,已經漸漸脫離了科學理論範疇,變成了跟人類的自我中心主義,跟宗教神學深度捆綁在一起的理論。
其實,不止老外是這樣,我們的老祖宗也是這樣。我們把國家的名字命名為中國,就是因為從古至今,我們的老祖宗,都認為我們處於天下的正中,是全天下最先進的文明,其他四周都是落後的蠻夷。直到一二次鴉片戰爭,大英帝國用堅船利炮狠狠教訓了清政府,清朝人才知道,原來我們不是世界的中央,原來蠻夷的槍械火炮這麼厲害,原來世界還有科技這種東西。
鴉片戰爭
老外把神學跟科學深度捆綁,而我們的老祖宗,同樣把自然現象跟儒學牢牢地綁在一起。古時候,如果有什麼地震之類的天災,皇帝就要下罪己詔,陳述自己的罪過,希望能得到老天爺的原諒,不要再降災禍給老百姓。今天人看來,這種做法簡直匪夷所思,自然災害跟皇帝的個人品德有一毛錢關係呀?但古人就是這樣想的,他們認為,人類就是宇宙自然萬物的中心,人的所作所為,都跟宇宙萬物,跟自然現象深深聯繫在一起。
漢武帝頒發輪臺罪己詔,這是中國歷史上第一份罪己詔
而近代科學革命,為何要從推翻人類的自我中心主義開始?這是因為,科學,就是一門研究自然界客觀規律的學科。什麼是客觀規律?就是一種獨立與人的意志之外,不以人的意志為轉移的規律。
所以,要學習科學,研究科學,首先要放下自我的偏執,放下自我中心主義。如果你認為自然現象,萬事萬物的規律,是跟人的思想、觀念、意志捆綁在一起的。如果你認為你的個人經驗,才是判斷是非對錯的標準。那你就不具備科學精神,你也許可以學到一些科學知識,但你無法跟其他真正學習科學,研究科學的人交流,也無法真正研究科學。
而哥白尼提出日心說,最大的意義也就是在這。他推翻了人類的自我中心主義,從此人類再也不是宇宙萬物的中心。日月星辰的運轉,自有其客觀規律,並不以人的意志為轉移。科學從此開始從神學中掙脫出來,擺脫了婢女的身份,逐漸成為了世界文明的主角。