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古人怎样知道大地是球形的

已有 6634 次阅读 2019-7-3 11:11 |个人分类:物理学|系统分类:科普集锦

    在还是孩童的时候,每个人都想过这样的问题,天有多大,地又有多大,大地的尽头又是什么。但一般不会问大地是什么形状,因为按照我们的日常经验,大地毫无疑问是平的。

      远古的人们,认为天圆地方,大地是平的,而天是圆的,如同一口巨大的锅倒扣在大地上面。天和地交接处,就是天边,就是大地的尽头。至于大地下面是什么,有的人说下面是水,有的人说是一头乌龟,乌龟驮着大地,乌龟的下面是什么,是另一头乌龟……

东汉的张衡,发明地动仪的那个张衡,提出浑天说。后人加以发展,形成了一个浑天学派。按照他们的观点,大地是一个半球形,漂浮在水面上,地面是平的,水面下的部分是个半球。日月星辰绕着大地旋转,它们有时在天上,有时穿过水面,在水下继续绕着大地运行。这和我们的日常经验一致,因为我们早上看到太阳仿佛从海上升起,傍晚太阳又落向远方。古人还写下了不少此类现象的诗歌,“海上生明月”,“长河落日圆”。

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现在我们都知道大地是圆的,这是课本上的答案。如果让我们自己论证地球是圆的,我们行吗?不允许用地球仪,卫星上拍的地球照片这类证据,我们要和古人站在同一水平上,使用日常经验来论证大地的形状。我想我们绝大多数人做不到,我们之所以知道答案,是因为科学家告诉我们,而不是我们比古人聪明。

古希腊有个哲学家叫毕达哥拉斯。他也是个数学家,证明了毕达哥拉斯定理,即我们说的勾股定理。毕达哥拉斯相信圆形是最完美的图形,天上的日月星辰都做圆周运动,我们居住的大地也是一个圆球。毕达哥拉斯虽然认为大地是球形,但他没有提出具体的证据。

亚里士多德首先用具体的证据论证了大地为什么是球形的。亚里士多德生活在公元前四世纪,那段时间中国还处于战国时代。这么久远的年代就发现了地球的形状,令人叹服。

亚里士多德注意到,在海边看到一艘帆船逐渐远去,先看到船身消失,再看到高处的桅帆消失,而不是看到整艘船逐渐缩成一个小不点最后看不见。而当帆船从远处向你驶来,你会先看到桅帆,再看到船身。

他还指出,如果在晚上长途跋涉,一直从北向南或从南向北走,会看见有的星星从前方地平线升起,而身后有的星星逐渐消失在地平线上。

亚里士多德的另一个证据是地球影子的形状。我们能从一个事物的影子反推这事物的形状,但我们能看到地球的影子吗?亚里士多德说能。

月食的时候,月亮上出现阴影,阴影逐渐变大,看上去月亮越来越小。月亮的边缘是弧形的。在月食的后期,月亮又逐渐从阴影中出来。以前曾传说月食是因为天狗把月亮吞下去了,人们敲锣打鼓,把天狗吓跑,月亮才重见天日。亚里士多德认为,月亮本身不发光,因为太阳光我们才看到月亮。当地球处于太阳和月亮之间,它的影子落到月亮上,月食就发生了。因为地球是圆的,它的影子也是圆的,所以月亮的边缘是弧形的。

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    大地是球形的,在当时的人们看来存在着难以回答的问题,地球的的另一边是什么?我们为什么不会从地球上掉下去?即使地球很大,局部看来是平的,但如果一直往前走,总有一天会掉下万丈深渊,但这样的事情从来没有发生过。这些问题,直到两千年后牛顿提出引力定律后才得到了解决。

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亚里士多德只是在理论上论证了地球是圆的,当时技术上还没有能力进行验证。很多年以后,葡萄牙的麦哲伦完成了环球航行,验证了大地确实是球形的。


 参考资料:

汪诘,《星空的琴弦》

   

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