今天小編分享的科學經驗:你說地球是圓的,證據呢?,歡迎閱讀。
引子
大家都知道,地球是圓的!
然而細想一下,我們會發現這個 " 常識 ",好像是老師家長教給我們的……
如果多問一句:你說地球是圓的,證據呢?
相信很多朋友肯定得琢磨半天才能說出一兩個。
其實,哪怕到了現在,我們還是常常不自覺地把大地當成一個平面,不能十分自如地使用 " 大地是個球體 " 這一常識。比如,在面對中美直飛航線時,往往還是會聽到 " 為什麼不直穿太平洋,非要跑阿拉斯加繞一圈?" 的疑問。
取道阿拉斯加的中美直飛航線
那麼,今天我們就來了解一下,人類在自我學習不斷進步的過程中,是怎樣颠覆地平的直覺、了解地球的本質、并把這個知識轉化為常識的吧!
被順利接受的地圓說
也許大家會覺得," 地球 " 這個概念在歷史上出現得比較晚,起碼要在那些偉大的航海家繞地球航行一周之後。不過實際上,球形大地的見解在兩千多年前就已經有了,并且廣為流傳。只是最近三百多年,人們才正确地理解這個球體的成因。
早在公元前 6 世紀到前 4 世紀,畢達哥拉斯和柏拉圖就陸續指出,大地是個球形,柏拉圖的弟子亞裡士多德更是明确地給出了 3 個觀測證據:
證據一:在埃及看得到的南方天空某些星星,在希臘看不到。而如果大地是個平面,那麼平面上方的天體就應該整個平面都能瞧見。
證據二:從海上駛來的帆船,總是先露出桅杆頂部,最後才露出船身。而如果大地是個平面,桅杆和船身就應該總在平面上方,而不會消失在地平線下。
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證據三:月食時,投在月面上的地影總是圓形。我們知道月食可以發生在各個時段,甚至帶食而出或者帶食而沒。不同時間發生的月食,太陽照射大地的角度不同。假如大地是個平面,那就只會在某個照射角度才呈現圓形地影,而在其他角度,地影理應是極扁橢圓甚至幾乎一條線。
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當然,前兩條證據是有抬杠空間的。如果大地不是個完全的平面,而是中間球形凸起一塊,那麼也會出現亞裡士多德看到的現象。但這個模型就不好解釋局部彎曲的大地為何不讓人感到傾斜不适,不像亞裡士多德在下文中給出的設定那麼在理。另外,如果全世界普遍連續地觀察到這種球形凸起一塊,那麼這個世界豈不還是卷成了一個球?所以這個杠杠着杠着就把自己杠沒了。
相比前兩個,第三号證據則相當堅實有力。公元前 3 世紀,另一位哲人阿利斯塔克甚至通過測量月食時地影遮蓋月球的時長,估算出地球直徑約莫是月球的 3 倍(實際值 3.6 倍)。
定量的測算還有:公元前 3 世紀,厄拉多塞通過測量亞歷山大港和賽伊尼(現在的阿斯旺)的太陽仰角差異(7 °),認定兩地南北距離是地球周長的 7/360。由此,他得到地球周長為 39060~40320 千米,和實際值(40075 千米)相比,達到了令人驚嘆的精度。
哲人們說得有理有據,再加上他們的社會影響力夠大(亞裡士多德又是亞歷山大大帝的老師),使希臘乃至歐洲很久以前就自然地接受了球形大地的觀念。
不過,古人的問題又來了——既然地球是球形,那地球另一邊的海水不會流向天空嗎?另一邊的人倒着走路不難受嗎?
對于這些,大家并未十分質疑,因為亞裡士多德老師對世界有一條重要設定:地球位于宇宙中心,而組成世界的土元素和水元素,天然具有向宇宙中心聚集的趨勢。這個似是而非的引力理論雖然(我們現在知道)不對,但是當時講得通啊。
只是這樣一來,地圓說和地心說就捆綁起來了。公元 2 世紀,托勒密整理出地心說的宇宙模型,描述日月行星乃至所有恒星圍繞地球的運動。在中世紀,這一模型因為和基督教神學中大地的特殊地位不謀而合,而被羅馬教廷奉為正統。和地心說相互扶持的地圓說,在西方世界得到廣泛推行。
對地圓說的實證
好的,那我們就相信地球是圓的這件事吧,但能不能親自環球旅行體驗一下呢?
1522 年 9 月 6 日,一艘名叫維多利亞号的克拉克帆船回到西班牙桑盧卡爾。三年前它從這裡出發時,屬于一支遠洋艦隊,艦隊共有五艘船,旗艦船長名叫費爾南多 · 麥哲倫。
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麥哲倫艦隊從西班牙出發,穿過大西洋,在南美洲東南岸摸索一年,終于從麥哲倫海峽進入太平洋(兩個名字,一個是紀念麥哲倫的,一個是麥哲倫本人取的),向西橫跨太平洋到達關島。幾經輾轉,從帝汶啟程穿越印度洋,又繞過好望角回到大西洋,最終回到起點西班牙。此時的艦隊只剩下維多利亞号和 18 名船員,麥哲倫也在途中的菲律賓宿務被殺。
跑個題,大家可能會為麥哲倫未能親自完成環球航行感到惋惜,其實他年輕時走舊航線去過東南亞,所以,當他從太平洋方向過來故地重遊時,就他本人的一生來說,已經環抱了一次地球。
地圓說的好夥伴忽然挂了
麥哲倫船隊環球航行的壯舉毫無疑問地實證了大地是個球形,然而這時,一向和地圓說捆綁的地心說卻出了問題:
1543 年,哥白尼的《天體運行論》出版。
1610 年,伽利略發現了木星的四顆衛星,挑戰了 " 一切天體都圍繞地球運行 " 的地心說體系。
1618 年,開普勒發表了他的第三條也是最後一條行星運動定律,徹底摧毀了托勒密的地心宇宙模型。
我們回望這段歷史,就會說:嗯,亞裡士多德老師說 " 土元素往宇宙中心聚集 ",而地球不是宇宙中心,那就需要有個新理論來重新解釋地球形狀了。
好在新理論出現得很快。1687 年,牛頓發表《自然哲學的數學原理》,提出了萬有引力定律。它不但能解釋地球的形狀,更能定量地解釋太陽系所有天體的運行。地球形狀終于得到比 " 土元素向宇宙中心聚集 " 更好懂、更令人放心的解釋。
現代地平說
盡管地球形狀已經真的成為一個常識,但所謂一樣米養百樣人,還是有些人,非得相信大地是個平面或者近似平面。
不過我們要謹慎區分這種現代地平說和古代地平說,因為後者是因為知識基礎與交通工具的缺乏,不得不依賴直覺。而前者,據我們有限的觀察,似乎是因為 " 太聰明 "。現代地平論者常常自比《楚門的世界》,認為球形大地的圖文、工具、知識,都是政府、科學界、包括身邊的大眾商量好了一起來蒙騙他們的大陰謀。
因為基本思路和使用術語的巨大隔閡,與現代地平說對話幾乎是不可能的,但我們從觀察中感覺到,他們不是不讀書,而是讀得很靈活,會從非常有限的知識集裡 " 提煉 "、" 轉化 " 可以用來支持地平說的只言片語。
試舉一例:比如我們說,假如大地是平的,那麼引力在世界邊緣就會指向圓心,那兒的平地實際上是懸崖,人們不得不側身貼地才能行走。但現代地平說有兩種方法可以破解我們的诘難。
方法一:大地圓盤旋轉起來,就把指向中心的引力化解了。至于這個 " 大地盤子 " 各處引力是否相等,靠邊的地方轉起來會不會把人 " 甩飛 ",那就得裝聾作啞交給别的奇談怪論去處理了。
方法二:萬有引力并不存在,實際上整個大地圓盤一直在向上勻加速運動,給人一種引力的錯覺。
注意這一種解釋多少還有點 " 上等級 ",它基本上就是愛因斯坦推導廣義相對論的思想實驗!在這個思想實驗裡,愛因斯坦假設有一架正在加速向上運行的電梯,電梯是全封閉的,這時裡面的人将無法區分引力場和加速度。不過,思想實驗就是思想實驗,當你要問他們大地是被什麼拽着產生加速度的時候,那又得聽到一堆胡扯了。
此外,現代的地平論者還會列舉一大堆照片以及所謂的 " 實驗 " 來告訴你,地球是平的,NASA 是騙人的,人造地球衛星是假的,這裡不再贅述。感興趣又有時間的朋友們可以搜索了看一看,再對照相應的科學解釋,你就會發現,那些照片證據,往往是攝影及光學加上肉眼誤差造成的誤解,而那些所謂的實驗,則往往精度或者實驗設計本身多有瑕疵。
對地球形狀的誤讀
在批判地平說的同時,我們也要警惕對地球形狀的誤讀,因為比起明顯的謬論來,似是而非的 " 知識 " 更容易污染認知。
很普遍的一個誤讀,可能來自于我們自己的小學地理老師:地球是個形狀不規則的橢圓。大家都聽過這句話吧?老師這句話本身并沒有錯,但如果老師不再多說兩句,我們的心裡就很可能浮現一顆蟠桃,并拿着這顆蟠桃去評判衛星照片的真偽。
實際上,這個 " 橢圓 "(嚴格說是橢球)非常接近正圓,南北和東西的直徑差異只有千分之三。就是說一個直徑一米的球矮了三毫米," 不規則 " 也是類似差異,肉眼實際上是看不出來的。所以當我們看到地球照片是漂漂亮亮一個圓球的時候,不要從這個角度懷疑它的真實性。
另一類誤讀,是把科學研究中的表達示意說成幾何形狀。相信許多人看到過下面這張圖片,并被配文 " 地球實際長這樣!原來我們被騙了這麼多年 "。其實,這個是地球的重力場分布圖,并且減掉了相同基數,放大了差異。
雖然現在 " 地球是圓的 " 早已成為小學生都知道的常識,但是當我們從科學史的尺度來看我們認識地球的過程,卻會發現這一點都不簡單,更不理所當然。回顧整個過程,我們可以看到人類是如何不斷提出假設來解釋我們的世界,又是如何根據觀測以及實驗的結果不斷地推翻舊假設、提出新假設,最終不斷逼近事實的。
最後提醒大家,對于現代的地平說愛好者,可千萬别跟他們争論,至于原因麼,可以看看下面這篇:
策劃制作
作者丨曲炯 科普創作者
審核丨韓文标 中國科學院上海天文台 研究員
策劃丨丁崝
責編丨丁崝 崔瀛昊
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