科学史十五讲第07讲天文学革命.ppt

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第第7讲：

讲：

近代科学革命之天文学革命近代科学革命之天文学革命近代科学的革命是从一个传统的领近代科学的革命是从一个传统的领域域天文学中发起的，要充分理天文学中发起的，要充分理解这场天文学革命的特点及其对科解这场天文学革命的特点及其对科学进步的影响，需要从革命的对象学进步的影响，需要从革命的对象古希腊天文学说起。

古希腊天文学说起。

7.1古希腊天文学的核心课题古希腊天文学的核心课题柏拉图主义柏拉图主义nn古希腊天文学与哲学有密切的关系，尤其古希腊天文学与哲学有密切的关系，尤其是柏拉图的哲学。

是柏拉图的哲学。

nn在柏拉图哲学的影响下，天文学家的主要在柏拉图哲学的影响下，天文学家的主要工作是用各种匀速圆周运动的组合来解释工作是用各种匀速圆周运动的组合来解释天体视运动天体视运动的不规则性。

的不规则性。

nn这个课题有时也被称作这个课题有时也被称作“拯救现象拯救现象”。

希腊人的课题：

解释行星希腊人的课题：

解释行星的不规则视运动的不规则视运动nn天体既然是完美的，行天体既然是完美的，行星的不规则视运动则需星的不规则视运动则需要得到解释。

要得到解释。

同心球同心球理论理论nn欧多克斯（欧多克斯（欧多克斯（欧多克斯（EudoxusEudoxusEudoxusEudoxus，约，约，约，约409-356BC409-356BC409-356BC409-356BC）在柏拉图的原在柏拉图的原在柏拉图的原在柏拉图的原则指导下提出了则指导下提出了则指导下提出了则指导下提出了同心球同心球同心球同心球理论。

他一共设置了理论。

他一共设置了理论。

他一共设置了理论。

他一共设置了27272727个同个同个同个同心球：

恒星一个，五颗行星每颗四个，太阳和月亮心球：

恒星一个，五颗行星每颗四个，太阳和月亮心球：

恒星一个，五颗行星每颗四个，太阳和月亮心球：

恒星一个，五颗行星每颗四个，太阳和月亮各占三个。

但该理论未能各占三个。

但该理论未能各占三个。

但该理论未能各占三个。

但该理论未能“拯救拯救拯救拯救”所有现象。

所有现象。

所有现象。

所有现象。

本轮和均轮本轮和均轮nn本轮和均轮是更本轮和均轮是更为巧妙的发明，为巧妙的发明，用它们可以从数用它们可以从数学上解释行星的学上解释行星的各种运动各种运动状态：

状态：

留、逆行等。

留、逆行等。

托勒密托勒密PtolemyPtolemy约约100-170AD100-170ADnn是是托勒密托勒密在他在他的的至大论至大论（约约145AD）145AD）中中完成了柏拉图完成了柏拉图提出的任务。

提出的任务。

至大论至大论的地静观点的地静观点nn至大论至大论开篇就强调：

不能把地球看开篇就强调：

不能把地球看作是运动着的星体。

作是运动着的星体。

nn托勒密论证道：

如果地球从西向东旋转，托勒密论证道：

如果地球从西向东旋转，应该可以看到地球上所有的东西向西移应该可以看到地球上所有的东西向西移动，而不应与地球紧紧相随。

动，而不应与地球紧紧相随。

nn这个反驳在以后的许多个世纪里不断地这个反驳在以后的许多个世纪里不断地被提出来反对地动说。

这是站在亚里斯被提出来反对地动说。

这是站在亚里斯多德错误的多德错误的“惯性定律惯性定律”基础上。

直到基础上。

直到伽利略提出他的惯性定律之后，这条反伽利略提出他的惯性定律之后，这条反对地动说的论据才被反驳回去。

对地动说的论据才被反驳回去。

至大论至大论各卷内容各卷内容nn第一卷和第二卷为数学准备。

第一卷和第二卷为数学准备。

nn第三卷论述第三卷论述太阳的运动太阳的运动。

使用。

使用偏心圆偏心圆运动运动的模型，用来解释四季长短不一。

的模型，用来解释四季长短不一。

nn第四、第五卷讨论第四、第五卷讨论月球运动月球运动。

nn第六卷描述第六卷描述日食和月食日食和月食。

nn第七、第八卷给出了包括有第七、第八卷给出了包括有10221022颗颗恒星的恒星的星表星表，给出了每颗星的黄经和黄纬及亮度。

，给出了每颗星的黄经和黄纬及亮度。

nn第九到第十三论述了第九到第十三论述了五颗行星的五颗行星的运动运动。

托勒密的独创：

对点（托勒密的独创：

对点（EquantPoint）nn为解释火星、木星为解释火星、木星为解释火星、木星为解释火星、木星和土星的运动，托和土星的运动，托和土星的运动，托和土星的运动，托勒密引入了一个地勒密引入了一个地勒密引入了一个地勒密引入了一个地球的球的球的球的“镜象镜象镜象镜象”对点，对点，对点，对点，设定设定设定设定CC相对于相对于相对于相对于EE在圆在圆在圆在圆周上做匀速运动，周上做匀速运动，周上做匀速运动，周上做匀速运动，则相对圆心则相对圆心则相对圆心则相对圆心MM做非做非做非做非匀速运动。

匀速运动。

匀速运动。

匀速运动。

nn牺牲了自古希腊以牺牲了自古希腊以牺牲了自古希腊以牺牲了自古希腊以来一直坚持的信念：

来一直坚持的信念：

来一直坚持的信念：

来一直坚持的信念：

行星作完美的匀速行星作完美的匀速行星作完美的匀速行星作完美的匀速圆周运动。

圆周运动。

圆周运动。

圆周运动。

n至大论至大论提供了一套预推日、月提供了一套预推日、月和五大行星在天空中精确位置的几和五大行星在天空中精确位置的几何模型。

它的成就达到了人们几个何模型。

它的成就达到了人们几个世纪以来努力的顶点。

世纪以来努力的顶点。

n但是它自身带有的缺陷（对点、月但是它自身带有的缺陷（对点、月亮视大小、变化、日地连线）也一亮视大小、变化、日地连线）也一直成为天文学家议论的对象。

最后直成为天文学家议论的对象。

最后由哥白尼提出的日心体系成功地消由哥白尼提出的日心体系成功地消除了这些缺陷。

除了这些缺陷。

7.2哥白尼和他的哥白尼和他的天体运行论天体运行论尼古拉尼古拉哥白尼哥白尼NicolasCopernicusnn14731473年年年年22月月月月1919日生于波兰日生于波兰日生于波兰日生于波兰托伦的一个富商之家。

托伦的一个富商之家。

托伦的一个富商之家。

托伦的一个富商之家。

nn14961496年起在意大利留学。

年起在意大利留学。

年起在意大利留学。

年起在意大利留学。

在波洛尼亚大学期间，与该在波洛尼亚大学期间，与该在波洛尼亚大学期间，与该在波洛尼亚大学期间，与该校天文学教授迪校天文学教授迪校天文学教授迪校天文学教授迪诺瓦拉诺瓦拉诺瓦拉诺瓦拉（deNovaradeNovara）有密切的）有密切的）有密切的）有密切的接触，后者正是在自然哲学接触，后者正是在自然哲学接触，后者正是在自然哲学接触，后者正是在自然哲学中复兴毕达哥拉斯思想的领中复兴毕达哥拉斯思想的领中复兴毕达哥拉斯思想的领中复兴毕达哥拉斯思想的领袖。

袖。

袖。

袖。

批评托勒密学说批评托勒密学说nn当时学者们讨论当时学者们讨论当时学者们讨论当时学者们讨论托勒密学托勒密学托勒密学托勒密学nn说说说说的错误和改进它的可能性。

的错误和改进它的可能性。

的错误和改进它的可能性。

的错误和改进它的可能性。

nn越来越多的越来越多的越来越多的越来越多的本轮本轮本轮本轮、对点的设置大大背离了毕达哥拉、对点的设置大大背离了毕达哥拉、对点的设置大大背离了毕达哥拉、对点的设置大大背离了毕达哥拉斯派的柏拉图主义所追求的数学上的简单性和完美斯派的柏拉图主义所追求的数学上的简单性和完美斯派的柏拉图主义所追求的数学上的简单性和完美斯派的柏拉图主义所追求的数学上的简单性和完美性以及对匀速圆周运动的要求。

性以及对匀速圆周运动的要求。

性以及对匀速圆周运动的要求。

性以及对匀速圆周运动的要求。

nn哥白尼在思想上倾向于毕达哥拉斯派，认为天体应哥白尼在思想上倾向于毕达哥拉斯派，认为天体应哥白尼在思想上倾向于毕达哥拉斯派，认为天体应哥白尼在思想上倾向于毕达哥拉斯派，认为天体应该有简单完美的运动，也应该有简单完美的数学描该有简单完美的运动，也应该有简单完美的数学描该有简单完美的运动，也应该有简单完美的数学描该有简单完美的运动，也应该有简单完美的数学描述。

在哥白尼看来，托勒密体系在这一点上不述。

在哥白尼看来，托勒密体系在这一点上不述。

在哥白尼看来，托勒密体系在这一点上不述。

在哥白尼看来，托勒密体系在这一点上不“合合合合格格格格”。

把宇宙的中心移到太阳上去把宇宙的中心移到太阳上去nn1530年左右哥白尼将他的学说写成概论：

年左右哥白尼将他的学说写成概论：

关于天体运动假说的要释关于天体运动假说的要释，以手稿的，以手稿的形式在欧洲学者间广泛流传。

形式在欧洲学者间广泛流传。

nn在在要释要释绪论中哥白尼说：

绪论中哥白尼说：

“托勒密的托勒密的理论，虽然与数值计算相符，但也带来不理论，虽然与数值计算相符，但也带来不少疑问。

的确，这种理论是不充足的，少疑问。

的确，这种理论是不充足的，天体既不是沿着载运它的轨道，也不天体既不是沿着载运它的轨道，也不绕着它自身的中心在作等速运动。

因此，绕着它自身的中心在作等速运动。

因此，这样的理论，既不够完善，也不完全合理。

这样的理论，既不够完善，也不完全合理。

”要释要释绪论摘引绪论摘引nn“我我注意到了这一点，于是就常常想，能注意到了这一点，于是就常常想，能不能找到这些圆的一种更合理的组合，用不能找到这些圆的一种更合理的组合，用它可以解释一切明显的不均匀性，并且如它可以解释一切明显的不均匀性，并且如同同完美运动原理完美运动原理所要求的，每个运动本身所要求的，每个运动本身都是均匀的。

当我致力于这个无疑是很困都是均匀的。

当我致力于这个无疑是很困难的而且几乎是无法解决的课题之后，我难的而且几乎是无法解决的课题之后，我终于想到了只要能符合某些我们称之为公终于想到了只要能符合某些我们称之为公理的要求，就可以用理的要求，就可以用比以前少的天球和更比以前少的天球和更简便的组合简便的组合来做到这一点。

来做到这一点。

”天体运行论天体运行论nn直到哥白尼去世的直到哥白尼去世的直到哥白尼去世的直到哥白尼去世的15431543年，他的学说全年，他的学说全年，他的学说全年，他的学说全貌才得以出版。

初版貌才得以出版。

初版貌才得以出版。

初版貌才得以出版。

初版名名名名称称称称托伦的尼古拉托伦的尼古拉托伦的尼古拉托伦的尼古拉哥哥哥哥白尼白尼白尼白尼论天球之转动（共论天球之转动（共论天球之转动（共论天球之转动（共六卷）六卷）六卷）六卷）后来后来后来后来一般简称一般简称一般简称一般简称为为为为天体运行论天体运行论天体运行论天体运行论nnONTHEONTHEREVOLUTIONSREVOLUTIONS革新内容革新内容nn哥白尼学说的革新哥白尼学说的革新哥白尼学说的革新哥白尼学说的革新内容主要在内容主要在内容主要在内容主要在天体天体天体天体运行论运行论运行论运行论的第一卷的第一卷的第一卷的第一卷中得到描述。

中得到描述。

中得到描述。

中得到描述。

nn哥白尼描绘了他的哥白尼描绘了他的哥白尼描绘了他的哥白尼描绘了他的宇宙图景宇宙图景宇宙图景宇宙图景：

太阳位：

太阳位：

太阳位：

太阳位于宇宙的中心，水于宇宙的中心，水于宇宙的中心，水于宇宙的中心，水星、金星、地球带星、金星、地球带星、金星、地球带星、金星、地球带着月亮、火星、木着月亮、火星、木着月亮、火星、木着月亮、火星、木星和土星依次绕着星和土星依次绕着星和土星依次绕着星和土星依次绕着太阳运行，最外围太阳运行，最外围太阳运行，最外围太阳运行，最外围是静止的恒星天层。

是静止的恒星天层。

是静止的恒星天层。

是静止的恒星天层。

对比：

托勒密体系与哥白尼体系对对比：

托勒密体系与哥白尼体系对外行星视运动的解释外行星视运动的解释影响如何？

影响如何？

nn天体运行论天体运行论初版中有一篇未署名的初版中有一篇未署名的序言，声称该书只是提供了一种解释行序言，声称该书只是提供了一种解释行星运动的数学方法。

星运动的数学方法。

nn后来弄明白此非哥白尼原意，由路德派后来弄明白此非哥白尼原意，由路德派教士奥西安德擅自加入。

教士奥西安德擅自加入。

nn把哥白尼体系看成是一种数学模型，还把哥白尼体系看成是一种数学模型，还是一种宇宙的真实图景，这将直接影响是一种宇宙的真实图景，这将直接影响教会对教会对天体运行论天体运行论的态度。

的态度。

“合理合理”的责