日心說的合理之處（日心說其實也並不那麼準確）

2023-04-13 18:08:59

網友提問：地心說真的大錯特錯嗎？太陽是否處於「中心」（即地球繞太陽旋轉）僅僅是一個任意的參考系決定，和地球在中心的說法一樣不靠譜嗎？

物理學家：當你在這個瘋狂的大世界裡漫步，你完全沒有辦法去懷疑，你腳下的土地，並不是絕對靜止的，它還有著其他的運動（儘管事實的確如此）。思考一下，當你抬頭仰望天空，看到天上的東西轉過，為什麼不假定它們是移動的而我們是靜止的呢？從這一層面想，地心說是言之有理的。

圖解：託勒密的宇宙體系圖

但是很快有很多物理現象將這個理論戳破。例如，傅科擺（常被叫做「大擺」）擺動的時候，仿佛地球在它們下面轉動一樣，而且轉動方式和天空中所有物體轉動的方式一致。（這並不是一個巧合）

圖解：在巴黎先賢祠的傅科擺。

證明日心說（太陽在太陽系中心的觀點）比地心說（地球在太陽系中心的觀點）合理的經典方法是觀察其它行星的運動。哥白尼就是這樣做的；他指出如果以地球為中心，那麼其它天體的運動看起來是雜亂無章的，但是以太陽為中心的話，行星（包括地球）的運動是簡單的橢圓。他最初的觀點是對「奧卡姆剃刀」的應用：越簡單越好，所以太陽一定在中心。

圖解：可能存在無必要的複雜解釋。例如，可以將矮精靈拉布列康加入任何解釋中，但是奧卡姆剃刀阻止了這樣的添加，除非它有必要。

奧卡姆剃刀是一個檢測特例假設的特殊理論，但它不是科學。知道了這些，就能理解哥白尼是多麼的正確，多麼令人印象深刻了。幸運的是，大約在哥白尼一個半世紀後，牛頓提出並解決了這個世紀難題。牛頓物理學說的遠不止「哇塞，橢圓形超級好看」；它準確地描述了：為什麼所有的軌道都以一套非常簡單的引力和運動定律來運行。牛頓物理學甚至有了更多突破，它不僅僅描述了行星的運動，還解釋了為什麼我們不能直接注意到我們自己的運動。

圖解：《天體運行論》中哥白尼的宇宙觀。

如果我們仍然假定地球在宇宙中是靜止的，物理學家將花費近幾個世紀去拼命嘗試著解釋：是什麼拉著太陽（以及其它行星）轉這麼大的圓圈。我們需要一股額外的神秘力量來解釋為什麼太陽系的質心不是靜止的（或者勻速運動），而是每天從頭頂掠過。

接下來的是一系列牛頓理論。

位置和速率都是完全主觀的，但是加速度是客觀的。其物理含義在於無論怎麼測量，都沒有絕對的方法說出你在哪裡，或者你運動的速度有多快。當然，你可以環顧四周看到其它的東西經過，但即使這樣，你也是在測量你們的相對速度（相對於你來說，所看到的物體的速度）。所以假想一下，如果你在一個巨大的球體上在太空中飛行，你永遠無法得知你的速度。然而，加速度很簡單就能測量。

圖解：不管你在哪裡或者你如何移動，物理定律都是完全相同的。因此，沒有一個實驗可以告訴你你的「真實」位置或者速度。然而，加速度改變了一些事情。這就是為什麼你可以在一個地方以相同的方式雜耍（左上），一個不同的地方（右上），甚至一個不同的速度（左下），但是當加速度時，你不能變戲法（右下），或者你必須以不同的方式雜耍。

從地球上乍一看，似乎是沒有辦法區分地球是在運動還是靜止的。如果地球是靜止的，我們無話可說；如果地球是運動的，我們也不得而知。但我們不僅僅知道了地球是運動的，而且知道地球以橢圓形軌道運動著，這個運動碰巧需要加速度。當你加速或者減速時，你感受到的推力和你轉彎或旋轉時感受到的推力，有著同一個來源：加速度。

圖解：月球繞地球運行，地球也繞月球運行，搖擺不定.

如果地球被「定在太空裡」並且從來不加速，那麼我們將只有一個月亮和太陽潮汐。如果地球不運動，那麼月球引力將把海洋吸引向它但不會湧回。但是地球確實在運動，月球質量太大了，所以，即使地球不會移動太多，但還是要繞一個小圓運動來平衡月球的大圓。月球繞的大圓能產生足夠大的離心力來平衡地球對它的引力（這就是軌道），並且同時，地球轉的小圓也平衡了月球對我們的引力。

圖解：如果地球被定止在天空，那麼月球的引力將導致一天只有一個潮汐，即海洋被拉向它。我們可以經歷兩次是因為地球和月球圍繞著同一個點(紅點)彼此運行。地球背面的擺動意味著遠處的水被「拋向外」。

這種基本事件也發生在地球和太陽之間。越接近太陽的天體在軌道上運行速度越快，而越遠離太陽的天體在軌道上運行速度越慢。但地球必須以一整塊運動。面朝太陽的那一面距離約4000英裡(約4000公裡)，如果它在略低的軌道上運行，那麼它的運行速度會慢一些。結果，太陽的引力在地球的「正午區域」略勝一籌，因而我們有了高潮（海浪吸引向太陽）。地球遠離太陽的一面要比同在該距離軌道上的天體運動得要快，所以它向外推的速度比正常的要快一點，這樣，我們在午夜見到了另一次高潮。這些被稱作「日潮」，我們平時很少注意到，因為它只有「月潮」（常規潮汐）一半的強度。也就是說，日潮真的很重要，只有地球圍繞著太陽轉才會有日潮的存在。

長話短說：如果說地球是靜止的（地心說），那麼我們不得不想出一堆奇奇怪怪的理由來解釋為什麼牛頓法則在地面上完美適用，但在太空中失效了；還有我們將每天只有一次日潮和月潮。如果地球是運動的（而且是繞著太陽轉動），那麼牛頓定律將可以暢通無阻地使用，我們每天也將會有一次日潮和兩次月潮。

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. The Physicist- askamathematician

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