人的性格很难改变,因此人与人的相处的最佳之道就应该是:互相适应。
——坤鹏论
第十二卷第八章(4)
学到这里,坤鹏论认为,这一部分对于天体运动的论述还是有些难懂,
今天就让我们再将视野放长远,从古希腊天文学开端来理解欧多克索斯的理论。
在古典时期,其他民族的宇宙论都是神话宇宙论,
也就是将天象及其变化看成是神的行为。
古典之前的希腊人和其他各民族一样,有自己色彩斑斓的星空神话。
但是,从米利都学派开始,一种理性宇宙论出现了。
所谓理性宇宙论,实质就是发现了星空自身的逻辑,这个逻辑不依诸神更不以人类的意志为转移。
也正是由此为标志,古希腊人将天文学打造成为了科学。
这个理性宇宙论的创建历程大致是这样的:
首先是西方哲学第一人的泰勒斯最早把大地看成是一个浮在水上的扁平圆盘,
后来,阿那克西曼德则将大地想象成一个鼓。
阿那克西曼德虽然没有提出“地球”概念,但他却已经提出了“天球”概念,从而完成了一个重大的逻辑飞跃:让“地鼓”居于圆球宇宙的中央。
不仅如此,他还提出,由于地鼓居于宇宙的中心,因而是不运动的,因为它离天球上每一个天体都保持相同的距离,所以没有任何理由往任何一个地方运动。
居于圆形天球中央的“地鼓”逻辑上应该也是一个球,否则不能满足天球整体上的“球对称”。
这一逻辑步骤在毕达哥拉斯学派那里彻底完成,
该学派拥有了完整的天球-地球的两球宇宙模型。
即:以两球宇宙论为基本框架,预设月上天属于恒定不变的领域,天界唯一的运动是均匀圆周运动。
天球-地球模型被称为两球宇宙模型,是希腊理性宇宙论的基础。
天球的概念代表了天界稳定不变的思想。
我们知道,科学的第一预设是,在表面上多样、复杂、变化的现象背后,有一个单一、简单、恒定的东西(也就是第一原理、第一原因)起支配作用。
这个天球就是古希腊天文学成为科学的典型标志之一。
柏拉图在其《蒂迈欧篇》中提出了以地球为中心的同心球壳结构的宇宙模式,
他认为,地球是宇宙的中心,其他各个天体处于不同的球壳上,
这些球壳离地球由近到远,依次是:月亮、太阳、金星、水星、木星、土星、恒星。
各同心圆之间由正多面体联结在一起。
天体需遵循匀速圆周运动,这一准则在柏拉图之后就成为了天文学家建立宇宙模型、解释行星运动时必须考虑的前提。
但也有学者认为,这个准则是柏拉图继承自毕达哥拉斯学派,
据公元1世纪的学者杰米纽斯记述,毕达哥拉斯学派对日月五星的运动首先进行了研究,认为太阳,月亮,及五大行星的运动是匀速圆周运动,运动方向和宇宙的周日运动相反。
另外,根据柏拉图的著作,至少有两项天文学发现可以归在他名下 :
第一:他区分了天体有两种类型的运动,一种是恒星天球的运动,这是所有天体都存在的运动;另一种是日月五星沿黄道的倾斜运动,这种运动与第一种的运动相反。
第二:是他发现金星和水星的运动速度和太阳相当,三者沿黄道带运动一周的时间都是一年。
- 小知识:黄道和黄道带
- 黄道是指地球上的人观察太阳于一年内在恒星间所走的视路径。
- 也就是说,黄道即是地球绕太阳公转的轨道。
- 由于地球绕着太阳公转,一年正好公转一圈,回到原位,地球如此“走”过的路线就叫 “黄道”。
- 黄道两侧各九度以内的环形区域称为“黄道带”,共宽十八度。
- 这个环形区域涵盖了太阳系所有(八大)行星、月球、太阳与多数小行星所经过的区域。
- 它描述了日月行星在天球上的运动路径。
- 大约在公元前5世纪,古巴比伦人首先使用了“黄道带”这一概念。
- 他们把整个天空想象成一个大球,星体分布在球的表面,这就是所谓的“天球”。
- “黄道”是太阳在“天球”上运动的轨迹,黄道两侧的区域就是“黄道带”。
- 古巴比伦人还按照星座的名称,把“黄道带”分为12个区域,这就是“黄道12宫”。
不过,两球宇宙论宇宙论框架下必然会导致两个问题的出现:
一是,不规则运动的行星;
二是,行星亮度变化的问题。
首先说第一个问题,欧多克索斯给出了:
匀速圆周运动的叠加模拟行星的不规则视运动的拯救方案。
为此,他修改了老师柏拉图的观点。
他认为,所有的行星都处在同一个天球上运动,
这个天球半径最大,它围绕着通过地心的轴线每日旋转一周,
其他的天体则有许多同心天球结合。
太阳、月亮各有3个,行星各有4个,
把每个天球用想象的轴线和邻近的球体联系起来,
这些轴线可以选取不同的方向,各个球绕轴线旋转的速度也可以任意选择。
这样,把27个天球经过组合以后,就可以解释当时所观测到的天象。
简言之,欧多克索斯的方案就是:
让行星固定在一个天球上匀速转动,
但是,这个天球的直径并不静止,而是固定在另外一个天球上,
并且两个天球的直径成一定的角度。
当两个天球同时匀速转动的时候,行星就同时参与了两个不同的匀速圆周运动。
两个运动叠加的结果是,行星走一个“8”字形的路径。
欧多克索斯就这样解释了逆行现象。
行星参与的所有天球运动都有一个共同的球心,不同天球的区别只是在于它们的轴不同。
欧多克索斯为诸恒星准备了1个天球,为太阳和月亮各准备了3个天球,其他5个行星各准备了4个天球。
他的宇宙体系由总共27个天球组成。
太阳和月亮既有周日西向运动,又有沿黄道的东向运动,所以需要两个天球。
月亮运动不时地偏离黄道,还需要一个球来模拟,所以共3个天球。
太阳运动不可能偏离黄道(因为黄道就是根据太阳运动来定义的),所以并不需要第3个天球。
欧多克索斯有可能是想模拟一下太阳黄道运动的忽快忽慢特征,新加了第3个球。
5个行星和日月一样,既有周日西向运动,又有黄道东向运动,故需要两个天球。
此外,它们的逆行运动需要两个有轴向差异的天球来联合模拟,所以每个行星需要4个天球来模拟。
不夸张地说,欧多克索斯的宇宙体系已经具备了现代科学的两大要素:
第一,拥有一个数学模型,通过它可以解释也可以预测;
第二,解释和预测都可以用观测来检验,并且还可以通过检验来调整模型。
所以,后世认为,他的天文学是第一个真正意义上的科学理论,代表着真正的科学天文学的起源。
对于第二个问题,即为什么行星亮度不同,不管是后来的卡里普斯,还是亚里士多德,他们都还是在欧多克索斯的同心球模型上进行修补和改良,依然无法解释此问题。
一直到了希腊化时期的天文学家那里,他们创造了本轮-均轮模型。
其基本方案是,行星所在的天球称为本轮,本轮的中心置于另外一个称为均轮的天球之上。
当行星同时参与两个天球的转动时,它离宇宙中心的距离会发生变化,这就解释了行星亮度的变化。
本轮-均轮模型在希腊化天文学家托勒密手里发展成了一个博大精深的天文学体系,成为古代世界最伟大的天文学体系。
托勒密体系比同心球模型更加复杂,但其工作框架仍然是希腊古典时代发展出来的天球-地球宇宙论。
通过天球的正圆运动及其组合来解释行星运动的做法,一直延续到哥白尼,直到开普勒才被打破。
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