托勒密系统
克劳狄乌斯·托勒密(约公元100-170年)在其著作《天文学大成》中完善了地心说,利用本轮(在轨道上叠加小圆)来解释行星的视逆行现象。它在数学上很复杂但确实有效——天文学家使用托勒密的表格进行预测长达1400年。
哥白尼的提议(1543年)
尼古拉·哥白尼花费数十年时间默默发展他的日心说,并在临终时出版了《天体运行论》。他将太阳移至中心,将地球置于行星轨道上。他的模型并不比托勒密的更准确——它仍使用圆形轨道且需要本轮——但在概念上具有革命性,并减少了数学上的复杂性。
开普勒的修正(1609-1619年)
约翰内斯·开普勒发现行星轨道是椭圆而非圆形,太阳位于其中一个焦点上。他的三大定律使得日心天文学在无需本轮的情况下,比托勒密系统准确得多。此时,该模型不仅在概念上更简洁,而且在经验上也更优越。
伽利略的证据(1610-1632年)
伽利略的望远镜观测锁定了胜局:木星的卫星(有4个天体绕着非地球物体旋转)、金星的盈亏(证明金星绕太阳旋转)以及太阳黑子(太阳在旋转)。他的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(1632年)以一种毁灭性的方式为哥白尼辩护,以至于宗教裁判所将他软禁。
牛顿的综合(1687年)
艾萨克·牛顿的《自然哲学的数学原理》解释了为什么行星会按照开普勒描述的那样运动:万有引力。每个质量都以一种与其质量乘积成正比、与其距离平方成反比的力相互吸引。开普勒的定律可以从牛顿的定律中导出。哥白尼革命彻底完成了。
常见问题
什么是哥白尼革命?
哥白尼革命是大约在1543年至1687年间,太阳系模型从以地球为中心(地心说)向以太阳为中心(日心说)的转变。它始于哥白尼的提议,通过开普勒的椭圆轨道和伽利略的望远镜观测得到推进,最终由牛顿的引力理论完成。
为什么教会反对日心说?
教会的反对部分出于神学原因(地球的中心位置似乎符合人类尊严和圣经),部分出于亚里士多德主义(既定的物理学要求地球静止)。这场冲突的政治因素多于宗教因素——许多神职人员在私下里接受日心说。伽利略挑衅的风格加速了他与宗教裁判所的对立。
日心说被普遍接受花了多长时间?
哥白尼于1543年发表了著作,但在科学界被普遍接受大约花了150年。开普勒的定律(1609-1619年)使其在天文学上优越;伽利略的观测(1610年)提供了视觉证据;牛顿的万有引力(1687年)提供了物理学解释。大众的抵触情绪持续的时间更长。