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日心說
來源:互聯網

日心說,也稱太陽中心說。認為太陽處于宇宙的中心,地球和其它行星都繞太陽運動的學說。古希臘天文學家阿里斯塔克斯在公元前三世紀已提出這種看法,但未得到進一步發展。后來克羅狄斯·托勒密的地心學說在宗教的推廣下,在歐洲占有統治地位,直到16世紀,哥白尼重新提出了太陽是宇宙中心的天文學說,并創立了 日心說的體系。

哥白尼的日心說是在阿里斯塔克日心說的基礎上,吸收了托勒密的地心說相關行星運動軌道的內容,解決了地心說存在的行星留和逆行的問題,創立了他的日心說體系,其內容包括以下幾個要點:1、太陽而非地球宇宙的中心;2、五大行星與地球一起沿圓形軌道、勻速環繞太陽公轉;3、月球是沿圓形軌道圍繞地球運行;4、地球每天自轉一周;5、恒星像行星一樣運動。

尼古拉·哥白尼的“日心說”打破了“地心說”對宇宙對宇宙科學學說的統治,雖然他的學說將太陽視為宇宙的中心,認為行星的運動軌道是圓的,具有一定的局限性,但他的學說卻開始了人類對宇宙的探索,帶動了科學的發展。也可以說哥白尼的“日心說”開啟了一場革命,這場革命從科學,到宗教,到思想的各個方面,給人類社會帶來巨大的影響。

定義

日心說,也稱太陽中心說。認為太陽處于宇宙的中心,地球和其它行星都繞太陽運動的學說。古希臘天文學家阿里斯塔克在公元前三世紀提出了這種看法。但后來托勒密的地心學說在宗教的推廣下占有統治地位,日心說逐步銷聲匿跡,直到16世紀,哥白尼重新提出了日心說,并對日心說進行了系統的闡述。這個學說闡述了地球是一顆普通的行星,否定了地心說,在科學發展史和文化發展史都上具有劃時代的意義。

歷史背景

社會背景

中世紀后期,歐亞世界有了一個不尋常的重大發展。一方面,伊斯蘭教帝國和儒家帝國閉關自守,愈來愈僵化;另一方面,歐亞大陸西端正經歷一場空前的、徹底的變革。西歐人在經歷了近千年的宗教統治之后,在各個方面都幾乎發生了一場深遠的變化,出現了一種充滿活力的、擴張主義的新型文明——現代文明,它與歐亞大陸其余地區、與全球其余地區的傳統的、以農業為基礎的文明有著本質差別,從而開始了我們現在所說的現代化進程。文藝復興運動正是這場運動開始的號角,尼古拉·哥白尼就是處于這場運動開始的時代。

學說背景

在漫長的中世紀時代,歐洲人的思想被基督教所控制,任何質疑宗教思想的學說,都有可能被質疑為是對宗教的褻瀆,從而招致殺身之禍。地心說本是古希臘關于宇宙學說中的一個學說,但由于其被基督教所接受,成為了宗教思想中關于宇宙的學說,也就成為了有關真理的學說,對此學說的任何質疑,也就是對宗教信仰的質疑。

與日心說相對,地心說就是認為地球是宇宙中心的學說,該學說認為地球處于宇宙中心不動,太陽、月球、行星恒星都繞地球轉動。最初由歐多克斯和亞里士多德提出,公元2世紀由克羅狄斯·托勒密進一步發展。托勒密(Claudius Ptolemaeus,約90—168),生平資料極少,可以肯定的是他是埃及血統的希臘人,生活在亞歷山大城,又被稱為“亞歷山大港的托勒密”,是古代西方偉大的天文學家。

托勒密是一個多產的科學家,其著作流傳至今的有14卷,其中著名的有:《天文學大成》《地理》《光學》,尤其是前二者,在千年歲月里都是西方人的“科學圣經”。其地心說在16世紀尼古拉·哥白尼的日心說創立之前,一直處于統治地位,并長期為教會利用。

克羅狄斯·托勒密的地心說主要有以下觀點:1、地球處于宇宙的中心,而且靜止不動;2、每個行星都在本輪上勻速運動,本輪的圓心在均輪上運動;3、所有恒星都居于“恒星天”,恒星天就像屋頂、殼體,恒星都牢牢地粘在這層殼上。

學說建設

學說創建

托勒密的地心說雖然從視覺上符合地球人的感覺,即地球是靜止不動的,所有的天體都是圍繞地球運動。從人的視覺上來說,地心說符合人的視覺觀察結果,但從科學觀察上,地心說存在一個嚴重的無法自洽的行星運動留和逆行的問題。地球上的人在觀察行星時,大部分時間行星在天球上自西向東運行,這與太陽在周年視方向一致,稱作順行;行星小部分時間在天體上自東向西運行,這與太陽在周年視方向相反,稱作逆行;由順行轉為逆行,或由逆行轉為順行時,行星在天球上的位置短時間不動,稱為留。

行星運動留和逆行的問題,是地心說無法給出正確解釋的問題,也是一個地心說難以自洽的問題。雖然如此,中世紀是一個沒有理性、只有信仰的世紀,那時的科學家,研究科學與宣傳科學都要冒極大的風險,甚至有殺頭危險,因此,地心說的這個問題也就一直被擱置。但作為具有科學精神的尼古拉·哥白尼,必須面對和解決這個問題,作為神甫的哥白尼又不希望宗教的宇宙理論中有如此重大缺陷。因此,哥白尼認為,雖然克羅狄斯·托勒密的地心說存在著問題,但其學說幾何架構非常完美,只需要將太陽安放在宇宙的中心,將地球作為一個行星,這樣就能解決地心說存在的無法解說行星留和逆行的問題。

學說內容

日心說最早提出者是古希臘哥白尼天文學家阿里斯塔克斯,大概出生于公元前310年古希臘的薩摩斯島。關于他的情況現在所知極少,他認為太陽是宇宙的中心,它是寂然不動的,地球圍繞太陽運動,同時地球還繞自己的軸運動。地球每年繞太陽轉一圈,同時每天又繞自己的軸轉一圈,這就是年與天產生的原因。

哥白尼的日心說利用了阿里斯塔克斯學說的觀點,同時吸收了克羅狄斯·托勒密地心說中關于行星運動軌道的相關內容,其內容包括以下幾個要點:一、太陽而非地球宇宙的中心。二、金、木、水、火、土五大行星與地球一起環繞太陽公轉,它們繞太陽公轉的軌道是圓形的,速度也是均勻的。三、月球是圍繞地球運行的,運行在以地球為圓心的圓形軌道上。四、地球每天自轉一周,日月星辰每天的東升西落并非是它們繞地球轉動,而是地球自轉所造成的,天空本身是靜止不動的。五、恒星像行星一樣是運動的,看上去不動,只是因為距離太遙遠,比地球與太陽的距離遠得多,因為太遠,人類無法觀察它們的運行。

學說局限

尼古拉·哥白尼的日心說雖然比克羅狄斯·托勒密地心說要前進了一大步,然而也有明顯的錯誤:一是將太陽視為宇宙的中心,實際上,太陽只是太陽系的中心天體,不是宇宙中心;二是認為行星的軌道是圓形的,也是勻速的,實際上行星軌道是橢圓的,運動也不是勻速的;三是認為宇宙如同一個球形晶體,恒星處于最外層的恒星層。他之所以這樣認為,是因為哥白尼像托勒密一樣,認為“一切形狀中球是最完美的”,同時它也是“一切形狀中容積最大的,最宜于包羅一切事物”。

發表過程

哥白尼日心說發表的過程分為兩個時期,第一個時期是哥白尼首先把日心說寫成匿名的小冊子,《淺說關于天體運動的假設》,簡稱《要釋》(Commentariolus),于1514年后在專業天文學家中間流傳。1540年,德國年輕的天文學家,也是尼古拉·哥白尼門徒的雷蒂庫斯(Rheticus)看到哥白尼的文稿,并做了一個摘要先行發行,書目叫做《摘要》(Narratio prima)。哥白尼在他的觀點事實上已經公開之后,在朋友的勸說下,同意出版其著作,1543年,《天體運行論 影響世界歷史進程的書》在哥白尼臨終前得以問世,哥白尼的日心說正式誕生。

《天體運行論》共分六卷,第一卷叫《宇宙概觀》,是全書的精華。《宇宙概觀》用哲學的語言來分析天文學,因此,沒有多少學術術語和科學公式,明白易懂,關于日心說的論述就集中在這一卷中。第二卷主要討論地球的三種運動,即公轉、自轉和赤緯運動及其所引起的一系列現象,例如晝夜交替、四季循環等。第三卷主要用數學的方法來描述地球的運行,包括歲差現象。第四卷專門討論月球。第五、第六卷討論的都是行星的運動,它在本書中占了最大的篇幅。

學說發展

日心說的應用

尼古拉·哥白尼去世后,日心說在天文學家漸漸傳播開來。天文學家因霍爾德(Erasmus Reinhold)根據哥白尼的原理計算得到一套天文表,即通常普魯士表,并于1551年發表。普魯士表代表哥白尼著作直接引出的一項實際成果,根據這套天文表,1582年,權威當局終于實現了歷法改革,制定出一套一直沿用至今的格列高利歷。

日心說的推廣

哥白尼的《天體運行論 影響世界歷史進程的書》出版之后,由于出版商加了一個序言,表明“日心說”只是為了制訂星表而作的一個假設,書中論述的“日心說”未必是真實的情形,甚至未必有可能是那樣,它只是提供了一種比較方便的有助于天文學家進行更精確計算的數學工具。因此,在哥白尼死后,“日心說”并未遭到教會的抵制。

數十年后,意大利哲學家布魯諾(Giordano Bruno,1548—1600)開始大力傳播尼古拉·哥白尼的日心說,在西方社會引起了巨大的反響。由于該理論明顯違反了基督教千年以來的許多信條,觸動了基督教的理論根基,令教會感到了莫大的威脅,因而,教會立即起來反對哥白尼及其日心說,對于它的支持者和推廣者也大加迫害。1592年,教會逮捕了布魯諾,囚禁了8年,由于他拒不放棄日心說,最后被處以殘酷的火刑。1600年2月7日在羅馬的鮮花廣場被活活燒死。布魯諾的主要著作有《論原因、本原和一》《論無限、宇宙和眾多世界》《驅逐趾高氣揚的野獸》等。

伽利略·伽利萊(Galileo,1564-1642)是科學革命過程中以及近代科學史上的一位關鍵人物,他在科學史上享有崇高的聲望和極其重要的地位。伽利略改進了望遠鏡,作出了許多天文發現,并對運動和自由落體進行過深入的研究。伽利略曾經在他1613年出版的《關于太陽黑子的書信》一書中,支持尼古拉·哥白尼的日心說,并斷言他的觀測已經“證實了”哥白尼的《天體運行論 影響世界歷史進程的書》。后來,伽利略又在《關于兩大世界體系的對話》一書中,全面地闡述了對哥白尼學說的支持,以及對亞里士多德——克羅狄斯·托勒密傳統天文學自然哲學的反對。伽利略·伽利萊因支持哥白尼的日心說,后遭到了教會的迫害,《對話》一書被禁止銷售,并被押解到羅馬審判,最終在軟禁中度過了余生。《天體運行論》和《對話》都被教會認定為禁書。

日心說的發展

哥白尼之后,為天文學的最新進展做出最大貢獻的是第谷·布拉赫約翰尼斯·開普勒、伽利略、艾薩克·牛頓。布魯諾提出宇宙無限且無中心的見解;開普勒明確指出行星軌道是橢圓的,太陽位于橢圓的一個焦點上,從而解決了行星運動速度不均勻的問題。他們的努力使得天文學產生了質的突變,從此,天文學牢牢奠基于科學觀察以及基于科學觀察基礎上的科學理論,再也沒有所謂什么是宇宙中心之類的臆想。

第谷.布拉赫

雖然哥白尼的日心說解決了托勒密地心說中關于行星留和逆行的問題,但在解決恒星的問題上,依然難以給出完美的解釋。1588年,丹麥天文學家第谷.布拉赫(Tycho Brahe,1546—1601)提出了自己的體系,修正了哥白尼的日心說。在第谷的體系中,地球依然靜止于宇宙的中心,各個行星都環繞太陽運行,而太陽則環繞地球運行。第谷體系成功地說明了行星留和逆行的問題,排除了運動地球導致的荒謬,保持了宇宙的傳統大小,拋棄了水晶天球,但他把地球又拉回了地心說的位置。

約翰尼斯.開普勒

1596年,德國天文學家約翰尼斯·開普勒(Johannes Kepler,1571—1630)出版了《宇宙的神秘》,公開支持哥白尼的觀點。

1609年,開普勒出版了《新天文學》,提出了他著名的行星運動三定律中的前兩條定律。一、各行星的軌道都是橢圓,太陽位于這些橢圓的一個焦點上。二、每顆行星在相等的時間里其軌道半徑所掃過的面積相等。開普勒的兩條定律引起了很大震動,第一條定律否定了行星的軌道是圓的,第二條定律否定行星的運動是勻速一致的。

1619年,約翰尼斯·開普勒出版了《宇宙諧和論》,提出了開普勒第三定律:一顆行星圍繞太陽運行一周所需要的時間的平方與它軌道的平均半徑的立方成正比,即t2∝r3。

開普勒之前的天文學家和物理學家,包括其中少數支持日心說的人,在談到天體的運動時,接受的全都是一種傳統的動力學行星作勻速圓周運動,運動的原因或說是來自行星天生的本性,或說是被水晶殼層所帶動。開普勒學說打破了這個傳統,否定了行星作勻速圓周運動的假想,但他的學說需要建立一種新的動力學體系來解釋行星運動的規律。約翰尼斯·開普勒雖然沒有完成這個任務,但卻給牛頓發現萬有引力定律打下了基礎,在牛頓發現萬有引力定律之后,開普勒的學說也得到的理論依據。

布拉得雷

布拉得雷(1693-1762)是英國天文學家,他對天文學最重要的貢獻是發現光行差。所謂光行差,就是當我們觀察某一個恒星時,所看到的它的方位——可以稱為視覺方位——與這顆星的實際位置之間的差異。光行差發現之后,發現恒星在某一時刻的視覺位置與它的真實位置有差異,那么,既然恒星是靜止的,而光線是直線傳播的,那么剩下的唯一可能原因就是地球在運動。布拉得雷通過恒星光行差的研究徹底證明了地心說是錯誤的。

牛頓

艾薩克·牛頓(1642-1727)的誕生代表了一個時代的結束和另一個時代的開始,他是科學歷史上最燦爛的明星。在《自然哲學的數學原理》一書中,牛頓向人們展示了日心太陽系的“現象”,在這個太陽系里所有作軌道運動的天體都遵從開普勒三定律,把行星和衛星保持在它們各自軌道三的那種力就是按照1/r2變化的吸引力。但牛頓在《原理》一書第二版的序言中,把人類居住的“太陽、行星、彗星系統”歸結于一個“智慧超群而且無處不在的上帝”。

牛頓之后

艾薩克·牛頓之后,由于科學的大門已被打開,天文學也開始了沒有止境的發展。早在18世紀,當時的天文學家就曾經提出銀河“島宇宙”的設想。到了19世紀,天文學家通過對星云的觀測,又猜想在銀河的外面還存在著許多的星系,共同構成了整個宇宙。到了20世紀20年代,美國天文學家愛德文·哈勃的發現證明了在銀河之外還有星系,而且宇宙在膨脹。20世紀40-50年代,移居美國的俄國物理學家伽莫夫及其同事,根據宇宙膨脹的假說,又提出了宇宙“大爆炸”理論。

影響及評價

影響

尼古拉·哥白尼是職業神學家,而非職業天文學家,它處于維護和完善克羅狄斯·托勒密宇宙學說的目的創立了日心說,卻從根本上推翻了雅威選定地球為宇宙中心的謬論,動搖了基督教的理論支柱,為科學擺脫神學的束縛和走上獨立發展的道路做了巨大貢獻,也為近代唯物主義哲學的誕生提供了可靠依據。哥白尼的《天體運動論》和安德雷亞斯·維薩里的《人體構造論》被認為是歐洲科學發展史上兩部同時吹響科學革命號角的兩部巨著。

評價

從哥白尼關于日心說論文的發表過程中可以發現,哥白尼本質上他是托勒密的后人,而不是約翰尼斯·開普勒艾薩克·牛頓的前輩;他是最后一代古代天文學家,而不是近代天文學家。但作為最后一代古代天文學家,他的日心說雖然不是一個完美的學說,卻帶來了天文學上的一次革命,從而帶來了科學發展史上的一次革命,更是成就了人類思想發展史的一次革命。自日心說誕生以后,“自然研究便開始從神學中解放出來”,“科學的發展從此便大踏步地前進”(《馬克思恩格斯選集》第2版第4卷第263頁)。

哥白尼簡介

尼古拉.哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473—1543)誕生于波蘭托倫城,出生于一個富有的商人家庭,父親是精明能干的商人和托倫城議會議員,母親是名門閨秀。外祖父、舅舅以及父親都參加過同東普魯十字騎士團的戰爭,并在戰爭中立下過不朽功勛。他的家族在波蘭具有很高的威望,甚至被譽為民族英雄。因此,哥白尼的童年生活幸福,而且受到了良好的教育。但在哥白尼十歲那年,父親、母親因病先后去世,哥白尼被其舅舅撫養。

尼古拉·哥白尼的舅舅烏卡什.瓦茲洛德是一個學識淵博的人,曾經在意大利留學,獲得博洛尼亞大學法學博士學位。瓦茲洛德是一個人文主義者,熱愛科學,同波蘭國內許多人文主義者有密切往來,他經常指導哥白尼天文學、法學、數學等學科的學習,豐富和充實哥白尼在學校學到的知識,哥白尼因此益發酷愛科學知識。

哥白尼十八歲時,在舅舅的安排下,來到波蘭首都克拉科夫,就讀克拉科夫雅蓋隆大學,并獲得醫學學位。在此期間,他認識了意大利革命家和著名詩人卡里瑪赫,從而受到他的人文思想的影響;他還認識了歐洲當時著名的數學家、天文學家、人文學家沃伊切赫.勃魯澤夫斯基,在他的教誨和指點下,尼古拉·哥白尼學到了許多天文學的理論知識,學會了使用天文儀器進行天文觀測,養成了嚴謹的治學方法和求實的科學精神。

1496年,哥白尼來到文藝復興的發源地意大利留學,先在博洛尼亞大學帕多瓦大學學習法律、醫學、神學,1503年,在費拉拉大學完成了宗教法的學習,獲得法學博士學位。在此期間,他居住在舅舅的好友、著名天文學家諾瓦拉教授家中,得到教授的幫助和指導,重讀了古希臘著名科學家的著作,通過長期的天文學理論研究和天文現象觀測之后,基本上弄清了地球的形狀和地球運動的問題,日心說的輪廓在其心中初步形成。

1503年,30歲的尼古拉·哥白尼回到波蘭,在弗龍堡布克天主教堂擔任神甫。大約1507年,哥白尼開始撰寫自己天文學論文,在哥白尼40歲時,論文終于完成。這篇論文就是《淺說關于天體運動的假設》,簡稱《要釋》(Commentariolus),于1514年后在專業天文學家中間流傳。1540年,德國年輕的天文學家,也是哥白尼門徒的雷蒂庫斯(Rheticus)看到哥白尼的文稿,并做了一個摘要先行發行,書目叫做《摘要》(Narratio prima)。

1533年,尼古拉·哥白尼終于完成了他的不朽巨著《天體運行論 影響世界歷史進程的書》,然而,他遲遲不敢公開發行,直到1539年,才在朋友的勸說下同意發表。1543年5月24日,即哥白尼去世的那一天,《天體運行論》終于收到出版商的樣書,這就標志著天文學革命的劃時代巨著《天體運動論》正式誕生。

哥白尼不僅僅是一位天文學家,他多才多藝,堪稱那個時代杰出人物的代表,除天文學之外,他還是一位保衛祖國的勇士,得到國王的嘉獎,他在數學、醫學、法學、貨幣經濟理論都有建樹,是“劣幣驅逐良幣定律”的提出者,他還精通多種語言和繪畫技術,具有深厚的語言文學功底。

參考資料 >

日心說.辭海.2023-06-09

..2023-06-08

地心說.辭海.2023-06-09

布魯諾.辭海.2023-06-12

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