克卜勒準確預測火星運行軌跡,同時代中國的欽天監在做什麼?

2021-01-22 理工男說歷史人文

在宗教統治社會意識形態的歷史中,宗教和教會掌握意識形態的最高決定權。所有反對教會的思想都會遭到排擠和打壓。在公元1600年間,哥白尼的日心說已經被廣為接受,當時世界最傑出的天文學家都會用一個等速正元的模型去解釋太陽系天體的運動,很顯然現在稍有科學常識的我們都知道,行星的運動軌跡大部分都是橢圓形的。而當時的人們還都不清楚這一點,望遠鏡都沒有發明的年代,很難用肉眼去準確的觀測天體的運動速度及準確位置。

而1600年的中國還是明朝萬曆皇帝執政期間,皇帝15年不上朝,社會經濟發展空前繁榮,各行各業都湧現英才。當時中國天文方面的人才都集中在欽天監,欽天監的主要任務是核准曆法,牌匾書「觀象授時」,主要任務是根據星象變化判斷節氣,修正時間。同時為了依附權利,要根據星象判斷天意何為?而欽天監在「土木堡之變」中更是起到了不可抹殺的推波助瀾的作用,害的當朝皇帝「朱祁鎮」被遊牧民族俘虜。小編並不相信中國歷史上流傳的機關陰陽之學,可根據過去預知未來(因為從哲學上看,過去的事無論多麼有規律,都不能夠預測未來。這也就是為什麼無論多麼先進的計算機系統都不會在股票市場上長期穩定的獲利)。而此時西方的哲學則是從自己觀察到的現象,加上一些現有的數學工具,結合起來去分析和預測未來天體的運行規律,雖然這背後的動機是為了解釋上帝的用意。

這個時代西方的科技水平,尤其是數學水平和幾何學已經一定程度領先東方。但東西方意識形態都處於比較初級的階段,東方是皇權為主,西方是神權為主。這個時期西方的亞里斯多德關於天體運行的地心說逐漸被日心說取代,而這一切發現以及改變的的最初動力是源於科學家們對上帝的無限憧憬與嚮往,就像欽天監的大臣只為皇權服務一樣,西方的天文學家只為上帝服務。有興趣的同學可以參考之前前一篇小編寫亞里斯多德西方世界觀的文章。西方無形「水、土、氣、火、以太」中「以太」這種元素是在亞里斯多德的哲學體系中具有神性的,一定要做正圓等速運動,才能符合人對神性的預期。而哥白尼的「日心說」也並不是正確的天體運行模型。哥白尼之所以堅信「日心說」是因為他相信光明代表了神性、代表了上帝,而作為神的象徵的太陽才應該是宇宙的中心。他實際上是在用科學和數學的手段去證明自己對神旨的判斷是否正確。

克卜勒在這個時代屬於西方天文學家(都為上帝和教會服務)中比較特別的一類,他具有很好的天文學和數學功底,對上帝和《聖經》深信不疑。克卜勒發現自己對火星軌跡的觀測結果,用之前亞里斯多德或者哥白尼的理論都無法解釋。而此時就需要新的工具和理論去解釋他觀測到的現象,他是一個對上帝創世的邏輯有著強烈好奇心的科學家,他既能夠堅定信仰,同時又不能被經文中的細節所綁架,比如聖經中說地球是中心,他就不認為如此,而且他在和教會溝通的信件中也表達出這樣的意思,我相信上帝,相信聖經的正確,但是沒必要拘泥於每個字都符合事實,他主張在某些細節上根據事實作出的修正更能夠讓我們理解神的旨意。結果教會竟然同意了,還資助他繼續研究。然後就有了著名的克卜勒定律,以橢圓形軌道和變速運動去解釋行星的繞行規律。最一開始是將模型用在火星上得到了準確的預測,用在其他行星也得到了同樣的準確預測,於是這套理論逐漸廣為人知。後來,伽利略使用他發明的望遠鏡觀測天梯運行規律,很多證據徹底否定了「地心說」,該學說與聖經違背,因此連帶克卜勒的理論,一同被教會列為禁書。但智慧的大門一旦開啟,就無法重新閉合。天文學從此作為開始逐漸走進了牛頓的時代。

參考同時期的中國,人們在皇權的統治之下,並沒有多少人去研究數學和天文學,一切以皇帝的意思為準。皇帝不上朝,內閣也能讓整個國家運轉良好。但在比明朝早一千年的南北朝時期祖衝之(公元429)就記錄了各天體的運行規律,並準確記錄了火星、木星等天體的運行周期,而且他算出了圓周率。勾股定理等基本的數學和幾何規律也已經被中國人發現,但為什麼中國就沒有誕生一個能夠逐漸進步的理論體系呢?這值得我們深思。小編認為原因出在權利核心性質的差異中,西方的神權有經文這樣固定模式的解讀,那麼所有人都有自己的理解,只要別違反根本教義就能得到支持;相比之下東方皇權,沒有一個固定的解讀模式,只能以皇帝一個人的意願為準。皇帝自然不想知道火星怎麼運行的,他對天體是不是等速運行也沒有興趣,反正又不能讓他多活兩年,取而代之還是煉丹、找長生不老的方式來的實際,但是天文學並不能給他答案。而西方教會認為對於宗教核心觀念的理解,如果能夠用天文科學和數學去加以解釋和印證,將更有助於對精英階層的神權統治,恰好促進了科學的發展。

從這個有趣的角度看,科技的啟蒙竟然是在神的光輝之下,這個結論讓人不禁感慨。

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  • 太陽系內天體的運行軌跡是什麼?克卜勒為什麼這麼偉大?
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  • 什麼是老黃曆?現在使用的老黃曆準確嗎?
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    不過不論是地心說還是日心說,都認為行星都是沿著圓形軌道運行,或是沿著若干圓形軌道(本輪、均輪)作複合運動的。由於觀察的精密,這種基於行星做圓運動的理論結果與觀察數據之間的誤差越來越大,於是這種複合的圓便愈多。再加上這些圓可以是偏心的,所以經過不斷修正,這種複合的圓愈多同實際觀測的誤差便愈小,其誤差甚至可以說還是相當精確的。但是由於圓用的愈多,太陽系的圖像便愈來愈複雜。
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  • 【科學科普】克卜勒三大定律
    第谷是望遠鏡發明以前的最後一位偉大的天文學家,克卜勒認為通過對第谷的記錄做仔細的數學分析,就可以確定哥白尼日心說、託勒密地心說和第谷提出的軌道學說,到底哪個是正確的。當時不論是地心說還是日心說,都認為行星是作勻速圓周運動的。
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    那麼,天體之間的運行又有什麼規律呢?他決定探究出其間的"奧秘"。開始,克卜勒把宇宙中的天體想像成一個幾何結構模型。於是,他反覆計算、分析,並以火星為對象,共進行了七十多次的計算,設計它的運行軌道,可是每次都與實際觀測的數據相差0.133度。"為什麼會出現這樣的問題呢?
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  • 科普:克卜勒第三定律的推導與萬有引力------微積分是個啥?(7)
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    天體的運行,一直以來以精炒準確著稱,但有時候,也會有些意想不到的意外出現。它們的背後究竟有著怎樣的規律呢?偉大的天文學家第谷以觀測見長,他證明了彗星現象是發生在天上的,而不是一種大氣現象。但是在地心說的模型中,各個行星是在一層又一 層看不見的所謂的天球上繞著地球在運動。
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    萬有引力定律和克卜勒定律。 由於太陽和地球之間有萬有引力的作用,所以導致了地球圍繞太陽作周期性運行,而萬有引力和地球公轉所產生的離心力之間處於平衡狀態,地球才得以穩定運行。 曾經也有科學家們認為行星的運行軌道是標準的圓形,但是隨著克卜勒對行星軌道的深入研究,這一說法才漏出了破綻。
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    圓總給人一種合理的感覺,這表現在很多事物的發展都與圓有關,例如行星的運動軌跡。根據記載,最早對太陽系進行模型建立的人是亞里斯多德,他同時也是第一個將行星軌道畫成圓形的人。之後很多天文學家和數學家都想知道行星的軌道為什麼是圓的,但又怎麼都想不明白,最後只能當作是理所當然了。之後哥白尼提出了日心說,同樣也建立了一套太陽系模型,在這套模型中行星軌跡同樣是圓的。
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    根據記載,這個天象儀不但運行精確,連何時會發生月蝕、日蝕都能加以預測。從克羅狄斯·託勒密的地心說到哥白尼的日心說,到第古·布拉赫作的天文觀測數據可能是望遠鏡發明之前最精確,再到伽利略發明出天文望遠鏡觀察到許多前所未知的天文現象,當然其中也不僅僅是這幾位科學家在研究觀察,但是都沒有用歸結出確切的星體運行的規律。
  • 克卜勒行星運動第一定律
    依據該學說,行星繞著圓形的軌道運行。哥白尼認為軌道應是「沒有缺憾的」,而圓形是最完美的形狀,所以他認為行星繞著太陽運行的軌道也是圓形的。這是一種沒有科學依據的主觀臆斷。過了66年,德國天文學家克卜勒經過研究,發現了哥白尼學說中的錯誤。1571年,克卜勒在威爾鎮出生,後來,他成功進入了斯柯達學院。
  • [趣味物理]克卜勒與克卜勒定律
    但克卜勒的興趣和注意力卻更多的放在改進和完善哥白尼的日心說上,在探討行星軌道性質的研究上。他發現第谷的觀測數據,與哥白尼體系、託勒密體系都不符合。他決心尋找這種不一致的原因和行星運行的真實軌道。  最初的研究從觀測與理論差異突出的火星著手。他運用傳統的勻速圓周運動加偏心圓來計算,均遭到失敗。
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    第一定律指出,行星圍繞太陽以橢圓軌道運行,並將太陽的位置描述為該橢圓中的焦點。第二定律指出,連接行星與太陽的假想線將在給定時間段內掃過一個大小相等的區域,無論在軌道中的哪個時間段落下。克卜勒後來繼續介紹另一項法律,這項法律將軌道的尺寸與完成軌道所需的時間聯繫起來。