托斯密是生于公元初的古希臘的天文學家。他通過對當時已知的五顆行星長期系統的天文觀測,根據古希臘著名哲學家柏拉圖提出的“天上的星星做勻速圓周運動”的思想,在他的巨著《天文學大成》中,描繪了一幅壯麗的宇宙圖景。
托勒密認為,宇宙的中心是地球,太陽、月亮和其他天體都繞着地球在不同的天球上運動。他把每一天球稱為一重天,最低的一重天是月亮天,其次是水星天、金星天,太陽居于第四重天上,從第五重天到第七重天依次是火星天、木星天和土星天,第八重天是恒星天,全部恒星像寶石一樣鑲嵌在這重天上。在恒星天上,還有一重最高天,稱為“原動天”,這是神靈居住的天堂。各個天球都繞着地球轉動,地球坐落在宇宙中心,巋然不動。這就是托勒密著名的“地球中心說"(簡稱“地心說"),又稱為“九重天模型”。為了解釋某些天文現象,托勒密又設想行星在天球上運動時,是在一個較小的圓周上做勻速圓周運動,其圓心在以地球為中心的一個大圓上做勻速圓周運動。各個圓周重重疊疊,十分複雜。
托勒密“ 地球中心說"示意圖
可貴的是,托勒密用他的“地球中心說”巧妙地選擇圓的大小、相互間的夾角和運動速度,能較好地解釋日食、月食等天文現象。由于“地球中心說”迎合了人們作為宇宙之主位居中央,住在一個穩固的星球上的願望,因此很容易被人們接受。後來,他的學說就被宗教所利用,延續了長達1300多年,直到16世紀才受到哥白尼嚴峻的的挑戰!哥白尼是波蘭天文學家,1473年2月19日生于波蘭維斯拉杜河畔托倫城的一個商人家庭,讀中學時他就表現出對天文學的愛好。1491年,哥白尼進人克拉科夫大學後,跟随當時著名的天文文學家沃伊切赫教授,學習天文學的理論和使用天文文學儀器進行觀測的方法。畢業後,他又到意大利去留學,繼續學習天文學。1503年,他從意大利留學回到波蘭後,在山區的一個教堂裡物任牧師,兼做醫生。哥白尼在處理宗教事務和行醫之餘,傾心于附天文現象的觀察與研究。他利用任職牧師的有利條件,把教堂的塔樓改建成一個簡易的天文台,還自制了一些觀測儀器。對天體的觀察是非常辛苦的。在哥白尼居住的地方,隻有在深秋和嚴冬,天氣晴朗,無雨少雲,才是天文觀測的大好時節。每年的這個時候,他總是不畏嚴寒,在他那個沒有屋頂的塔樓裡,通宵達旦地觀測。他除了需要克服觀測條件上的種種困難外,還要頂住當時人們的偏見和冷嘲熱諷。有些居心叵測的人,得知哥白尼想通過觀測檢驗“地心說”的真僞,就當衆挖苦他:“大家來看哪!連傻子也看得出太陽在動,地球不動,哥白尼竟豈有此理,硬說太陽不動,地球在動。”哥白尼非常坦然,他說:“天體的運動絲毫也不會為這些笨蛋的嘲弄或尊敬而受到影響。”哥白尼有一句名言:“現象引導天文學家。”他要通過觀測到的宇宙現象來解答他所提出問題,從而創立一個新的學說。慶幸的是,哥白尼的想法也得到許多朋友的支持,包括當初是弗洛恩堡教堂修土的鐵德曼等,這些朋友都非常了解哥白尼并支持他的科學研究工作。
為了對觀察數據進行分析、研究,必須精通數學,當時的天文學家幾乎都是數學家。哥白尼在長期的、反複的觀測基礎上,進行了艱苦卓絕的計算,終于找出了托勒密“地心說”矛盾百出的根本原因——把地球自身固有的運動強加到行星上去了。因此,托勒密體系需要用上多達80多個小圓、大圓才能說明行星的運動,把宇宙體系人為地弄得過于複雜化了,使人頭暈目眩。據說,後來有一個國王(阿爾勞斯十世)針對托勒密的“地心說”曾發過一個幽默的牢騷:“假如上帝當初創世時向我請教的話,系統就不會那麼複雜了。”哥白尼通過觀察後發現,如果把太陽作為宇宙的中心,從地球繞太陽運動的觀點出發,把其他行星的運動跟地球運動聯系起來考慮,就可以既方便、又很好地解釋觀測到的各種天文現象。于是,哥白尼就提出了新的“日心說”體系,即太陽系模型。
在哥白尼的太陽系模型中,太陽是宇宙的中心,所有天體(包括地球和當時已知的五顆行星)都繞太陽運轉。它們在宇宙中的位置按照離開太陽的距離從近到遠的排列依次是水星、金星、地球、火星、木星、土星,在土星外遙遠的天球上是恒星。在他的劃時代巨著《天體運行論》中,他用了一段非常美妙的、像-首散文詩一樣的文字,描寫着以太陽為中心的宇宙結構模型:“中央就是陽....太陽堪稱為宇宙之燈,宇宙之頭腦,宇宙之主宰”,“太陽坐在王位上統率着圍繞它旋轉的行星家族。地球有一個侍從——月亮......月亮是地球最親的親人”。
哥白尼還根據觀測資料,第一次算出了各個行星到太陽的距離,從而也是第一次給出了宇宙的大小尺度。尤其令人欽佩的是,在幾百年前,哥白尼僅憑極其簡單的儀器,通過肉眼觀察和計算,得到的數值跟現代的觀測值非常接近。例如,他得到的恒星年的時間為365天6小時9分40秒,僅比現代的精确值約多30秒;他得到的月球離地球的平均距離是地球半徑的60.30倍,跟現代值相比的誤差隻有0.05%。在望遠鏡發明以前,能達到這樣的精度程度,真是十分的了不起。後輩許多傑出的天文學家,參觀了哥白尼的觀察各現場後都非常欽佩!哥白尼的“日心說”體系雖然在1510年左右已初步形成了,并已完成了一篇重要論文,但他作為一個神職人員,深知自己理論将觸犯教義,并且非常清楚當時歐洲的教會勢力非常強大,因此他并沒有及時出版。此後,他一直不斷地進行觀測和分析,并從1515年起在原論文的基礎上開始撰寫巨著《天體運行論》,孜孜不倦地曆時28年,不斷仔細地、謹慎地修改他的書稿。後來,在他的一位年輕學生的努力下,這部巨著終于在1543年5月出版了。可惜,當這部巨著送到弗洛恩堡時,哥白尼已處于生命的彌留之際。他用無力的手抓住書本,欣慰地說:“我總算在臨終前推動了地球。”一個小時後,哥白尼就與世長辭了。在科學發達的今天,地球繞太陽運轉,已經是連小學生都知道的常識,但是在哥白尼生活的時代,它卻是自然科學和哲學思想上的一個尖端課題。哥白尼經過40年的艱苦探索,終于創立了“日心說"宇宙理論體系,邁出了人類認識宇宙曆程上最困難、也是最重要的一步。哥白尼的學說向自然科學與宗教神學這個最為敏感的問紀念哥白尼的塑像題大膽地發起了挑戰:“地球隻是太陽系一個普通行星,不是宇宙中心,更不處于上帝賜予的特殊寶座。”哥白尼把地球逐出宇宙中心,相當于擺脫了千餘年來教會的禁锢,極大地推動了歐洲文藝複興時期思想解放的浪潮,并波及自然科學的其他領域,自然科學從此開始大踏步地前進。因此,哥白尼的學說具有劃時代的深遠意義,人們對它作出了極高的評價。恩格斯把《天體運行論》一書稱為“自然科學的獨立宣言”,“給神學下了挑戰書”,稱頌哥白尼:“以他的理論來向自然事物方面的教會權威挑戰,從此自然科學便開始從神學中解放出來。”德國著名的詩人歌德說:“ 哥白尼地動說撼動人類意識之深,自古無一種創見,無一種發明,可與之相比——自古以來沒有這樣翻天覆地的把人類的意識颠倒過來”從科學意義上說,哥白尼的學說為研究行星運動開辟了一條新的途徑,直接啟發了開普勒發現行星運動的規律,進而也為牛頓引力理論奠定了基礎。
1959年2月19日,在哥白尼誕生480周年的時候,人們廣泛而隆重地展開各種紀念活動。哥白尼的不朽之作《天體運行論》的手稿,在他的母校克拉科夫大學展出。内容完整的《天體運行論》第一卷,也在這時候出版了。2005年,人們在哥白尼工作的教堂内尋獲到一名約70歲的男子遺骸。研究人員通過對面部的複原,發現跟哥白尼畫像很相似:随後,又通過對牙齒等部位進行DNA檢測,經與哥白尼藏書裡所關頭發加以比對,最終認定這具遺骸的真實身份。于是,20105國2日在波蘭弗洛恩堡大教堂舉行隆重的重新下葬儀式。黑色衣崗岩墓碑上裝飾着以太陽為中心的天體運行圖,标志着哥白尼的“日心說”模型。哥白尼受到到全人類進步人土的愛戴和敬仰。
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