2019年6月9日 星期日

科學史彙整(1)挑戰權威的尼古拉·哥白尼(Mikołaj Kopernik)

                我們看見太陽每天東升西落,同學們認為這是太陽繞地球旋轉?還是地球繞太陽旋轉呢?以前的人們和大多數的我們一樣,都是站在地面以肉眼觀察到的現象為依據來解釋天體的運行,因此多半認為是太陽繞地球轉動。這種以地球為宇宙中心的看法就是「地心說」,它是由西元2世紀非洲一個叫托勒密的天文學家所提出,他集結了古希臘眾多的科學書籍以及星體觀察記錄,再加上自己的觀察後,歸納出星體的運動現象,設計出了世界上第一個行星體系運行軌道模型。
尼古拉·哥白尼(Mikołaj Kopernik)

托勒密對「地心說」模型的理解是:


(1)所有星體在各自的同心圓軌道繞著地球轉動,這種象徵著運動週期變化的同心圓,稱為「均輪」(實線的圓),而地球不在各均輪的圓心上。

(2)水星、金星、火星、木星和土星這些位置變化較大的行星,以及月球,則不僅是單純的在各自的均輪上移動,而是移動在一個稱為「本輪」(虛線的圓)的圓形軌道上,各自的本輪的中心則延著各自的均輪上移動。

這一套行星體系運行軌道模型(地心說)搭配著當時基督教本來就認為上帝造人,並把人放置在宇宙的中心,太陽、月亮和數不盡的星辰都圍繞著人來轉的教義相似,因此支配整個歐洲天文界接近1400年之久。隨著時間的演進,天文學家發現有許多天文現象是托勒密的地心說所無法解釋的,例如:更為精確但又複雜的行星位置。為了解釋新發現的現象,信奉地心說的人們嘗試修改地心說的結構,但仍不能滿意地計算出行星的準確位置,此時,地心說的理論逐漸暴露出許多盲點。
西元16世紀,波蘭天文學家哥白尼,他深信亞里斯多德曾提出的:「宇宙的結構與各個組成為真實對稱、簡單及完美」,因此對於托勒密地心說裡面繁瑣的本輪、均輪感到懷疑,於是立志提出一個更合理的解釋。在初步分析托勒密體系中的行星運動後,發現每個行星都有一日一周、一年一周、歲差等3種共同的周期運動,於是他懷疑這三者現象如果都改為太陽為宇宙中心的結構,則可簡化托勒密體系中許多的繁雜結果。


為了證實自己的想法,他經過近40年的研究,在分析過去的大量資料和自己長期觀測的基礎上,於1543年出版的《天體運行論》中,沿用了托勒密的「均輪」(實線的圓)與「本輪」(虛線的圓)的概念,提出了日心說:地球並不是宇宙的中心,而是一顆普通行星,太陽才是宇宙的中心。

哥白尼對「日心說」模型的理解是:

(1)地球不是宇宙的中心,而只是月球軌道的中心。

(2)宇宙的中心在太陽附近,包括地球在內的行星都環繞著太陽轉動。

(3)日地距離和眾星所在的高度相比是微不足道的。

(4)每天看到的天頂周期性地轉動,是由於地球繞其自轉軸每天旋轉一周所造成的。

(5)每年看到的太陽在天球的周期性運動,並不是太陽本身在動,而是地球繞著太陽公轉所造成的。

(6)目視到的行星順行和逆行的現象,是地球和行星共同繞著太陽運動的結果。
雖然當時哥白尼提出的學說也很符合觀測數據,然而日心說有幾點是令人非常難以接受的:

(1)地球如果繞著太陽飛奔,地表的一切東西都會被甩掉,為何地球上的東西沒有掉在宇宙中呢?

(2)如果地球在轉動,為何人類感覺不到?

(3)如果地球在轉動,那往上丟一塊石頭的話,石頭為何會掉回原地?

這些質疑都令哥白尼無法回答,因此即使在日心說提出經過57年,到了1600年,仍然只有少數認真的天文學家放棄地球靜止不動的想法,但大多數科學家仍然偏好比較符合常識的地心說。一直到了1609年,伽利略自己製作了天文望遠鏡,並觀測到一些可以反駁地心說的天文現象後,日心說才開始引起人們的關注。

接著克卜勒以橢圓軌道取代圓形軌道修正了哥白尼的日心說;牛頓發現了萬有引力,日心說才正式取代了地心說,成為了現今的正統世界觀。因此,作為挑戰托勒密、衝擊基督教神學的宇宙觀,有力地削弱教會權威,將科學從神學中解放出來,哥白尼當之無愧。

參考文獻

一點資訊(2017)。真實的哥白尼革命。201969日取自 https://reurl.cc/Vo7l6

丹尼爾森(Dennis Danielson)葛藍尼(Christopher M. Graney)翻譯/甘錫安(2014)。科學家也反對哥白尼?科學人雜誌,201969日取自    http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=2330

維基百科(2019)。尼古拉哥白尼。201969日取自 https://reurl.cc/DpY26

鄭秉漢(2015)。天文學的一段歷史。未出版之原始資料。

釋仁(2019)。哥白尼:地球是圍繞太陽轉的。201969日取自 https://reurl.cc/aDRzQ

哥白尼圖片引用維基百科https://reurl.cc/DpY26

托勒密的地心說結構圖片1引用 http://sllii.com/read/56695465/

托勒密的地心說結構圖片2引用 https://zi.media/@yidianzixun/post/vvoGBP

哥白尼的日心說結構圖片引用 https://zi.media/@yidianzixun/post/vvoGBP



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