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介绍:我是这么以为的,当然你也可以那么以为

地心说的科学含量

2017-06-19 18:05 余晟

图片摄于河北涞源


什么?地心说还有科学含量?有没有搞错?

地心说不是一种错误的理论,不但大错特错,还被顽固保守的教会所坚持吗?哥白尼、布鲁诺付出那么大代价,才逐渐推翻了地心说,建立了日心说的吗?谈到科学的时候,我们都知道,这正是科学早期的重要进步呢。

没错,日心说取代地心说,确实是科学早期的重大进步。但是,这等于地心说一无是处,与科学毫无关系。

我经常看到很多关于科学的争论,让我惊讶的是,很多接受了多年科学教育的人,在大张旗鼓地“反思”和“批判”科学,其言论中包含的科学含量还不如早已被推翻的地心说。不信,我们来看看早已被推翻的地心说是怎么回事。

谈到地心说,很多人认为,这是教会极力维护的一套学说,同时也知道,他来自天文学家托勒密。托勒密公元127年生于埃及,在他的著作《天文学大成》里,他提出了地心说的完整体系。地心说本身和基督教没有关系,反而和阿拉伯世界的关系更紧密。罗马帝国灭亡之后,欧洲进入了黑暗的中世纪,阿拉伯世界反而因为交流、包容、重视文明,生出了璀璨辉煌的文明,其中当然也包括《天文学大成》。在16世纪以前,欧洲所有的星历都必须依照它来制订,可见其重要性。至于它和教会之间的关系,无非是它被后世的教会所“采纳”而已。

这么看来,地心说并不是基于什么神圣的教义?那么,托勒密是怎么提出这一整套学说的呢?

古人通常认为“天圆地方”,地是一块板子,天是一个盖子罩在地上。托勒密怎么知道,“地球”(当时未必叫这个名字)不是一块平板,而是一个球体呢?

答案是观察和推理。托勒密设想,如果地是平板一块,那么太阳、月亮、星星每天升起和落下的时间应该是相同的,而不是“东西有别”。既然星体升起的时间和各地的距离大致成等比关系,唯一合理的推论就是,地的表面维持了同样的曲率,所以地面是球面。

托勒密继续假设,星体升起和落下的先后只与观测者在东西向有关,那么地面是否可能只是圆柱体,而不是球面?这仍然不可能,我们越靠北,南方的星星就见得越少;我们越靠南,北方的星星就见得越少。而且我们在航海时,无论往东西南北哪个方向看,远处的高山都是“一点点出现,犹如从海上升起”。也就是说,在东南西北四个方向上,地面的曲率应该是相同的,所以地面只能是球体。

到现在为止,推理看起来还是相当有道理的。按照这样的方式,托勒密继续论证了“地球在宇宙中心静止不动”的观点。

当时,大家已经知道地球与太阳的距离相当遥远。假设地球是绕太阳运动的,根据地球和太阳之间的距离,可以算出地球的运动速度大概是每小时11.2万公里。如果坐在每小时10公里前进的车上(当时当然不可能有公路和汽车),大家都知道是什么感觉,那么坐在每小时前进11.2万的地球上,怎么可能一点感觉也没有?

再说,一块大石头,我们推它,它会动,不推它,它就立刻停下来。地球这么大一个球体,让它运动起来得有非常大的力量,且不说它最初是哪里来的,起码我们看不到它一直存在。所以,逻辑的结论就是,地球没有动。

那么,地球会不会自转呢?答案是不会。按照(大多数人的)生活经验,我们在运动的车上向上抛出一个球,它应该落在我们后面。如果地球在高速旋转,我们向上抛出一个球,它也应该落在后面,而不会径直落在我们手里。

更重要的是,我们在地球上观察恒星,并没有发现视差。什么是视差?把你的手机掏出来立在桌上,左右摆动你的头,会发现手机和背景之间的关系有明显的变化。如果地球在高速旋转,我们能看到恒星的相对位置发生明显变化吗?限于当时的观测条件,大家观察不到变化。所以,要么是地球没有转动,要么是恒星距离我们太远太远。但后者明显是不可能的,因为当时大家对宇宙的想象相当有限,所以,逻辑的结论就是,地球没有在旋转。

关于地心说,我们就介绍这么多。虽然他的论证有些粗糙甚至原始,观察到的现象也与后世有很大差别(毕竟太早),但如果仔细分析托勒密的论证过程,会隐隐发现这论证与科学有很多共性:

第一,他用到了否证分析法。不是一根筋地强调“必须这样”,而是问问“如果不这样怎么办”,继而分析“如果不这样,则会那样”,但是“那样明显不可能”,因此“不可能不是那样”,所以结果“只能是这样”。

第二,在取得一点结论之后,他要不断扩展其周延,穷举可能性(哪怕看起来有些荒谬),然后根据已知事实不断验证各种可能,最终得到合理的结论。

第三,观点应当与能观测到的各种现象相符合,能解释各种现象,如果与现象冲突,那么观点是有问题的。

同样值得注意的是,托勒密论证地心说,并没有把古人或者名人的话奉为圭臬,也没有规定不可讨论的禁区,更没有刻意筛选甚至捏造证据。今天看来,能有这样的起源,其实是相当幸运的事情。

所以,即便后来地心说被日心说所否定,地心说的证明和日心说的否定,其方法论是相通的。大家观测到了更多更准确的现象,发现地心说已经无法解释,但是理论的演进和更替,却是有着共同的讨论基础的——既然你依照这些原则提出了地心说,在更多的事实面前,你也必须依照原则承认自己的错误。

理解了这些点,再来看现实中很多关于科学的争论,就会感觉滑天下之大稽。这些言论要么是自顾自地一路推导下去,犯了滑坡谬误也不自知;要么简单固执认定单一可能性,有意或无意忽略了其它的可能;要么只选取一个有利的小范围的现象,用各种伎俩或手段把可能发生矛盾的现象排除在外。

这样的言论,无论来自什么书本、什么人,无论他们顶着什么头衔、拿了多少荣誉,我们都需要知道,其中的“科学含量”甚至不如接近两千年前的托勒密,更不用说不断否认自己、不断进步的现代科学了。

这个道理,不只可以用来识别对科学的错误批判,还可以识破打着科学幌子为伪科学撑腰的各种言论。放眼四周,生活里这样言之凿凿的“科学”太多了。多到我经常想对人说:认真坐下来读点科学,读点科学史,哪怕只是读点托勒密的地心说,也可以给你节省很多时间了。

但是我又知道,这样的建议多半没有什么用。于是,我就写了这篇文章。


最后推荐一本书,John Gribbin的The Scientists。

很多年前李笑来老师推荐给我,让我受益匪浅,从科学家、科学史的角度一路读下来,对科学有了完全不同于教科书的理解,也从此认识了一众科学家、科学概念的英文写法,对后来看其它科学书籍帮助极大。

虽然它至今没有中文版,但下笔流畅、文字练达,也很适合作为英语学习的资料。


 
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