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基于恒星视差的论据

2020年7月3日  来源:世界观:现代人必须要懂的科学哲学和科学史 作者:(美)理查德·德威特 提供人:heidong86......

基于恒星视差的论据

在《至大论》序言的第6部分中,托勒密指出恒星的“角距离”总是保持不变,在接下来的一个小节中,他指出这个事实支持了“地球是静止的”这一观点。同样地,这也是“地球是静止的”这一观点的支持论据中,更令人信服的一个,但是理解起来需要花些力气。

当托勒密指出恒星角距离看起来保持不变时,他所指的就是我们所说的恒星视差。具体来说,托勒密的意思是我们无法观察到恒星视差,而这支持了“地球是静止的”这一观点。要理解托勒密的论证过程,让我们首先来理解视差。

视差是由于观察者的运动(而非物体本身的运动)造成的物体位置的明显偏移。举个例子,假设你在视线正前方一臂距离处竖直握着一支钢笔。保持这支钢笔静止,把你的头从左向右移动,注意钢笔和背景中其他物体的位置发生的偏移。这些物体位置的明显偏移当然是由于你的头在运动,而不是钢笔和背景中其他物体的任何运动。这是视差的一个例子,也就是说,物体位置的明显偏移是由于你的运动。

正如前面提到过的,当托勒密谈到恒星角距离在地球上任何位置都保持不变时,他所指的就是我们无法观察到恒星视差的事实。恒星视差就是由于我们的运动而造成的恒星位置的明显偏移。托勒密所要表达的是,如果地球在运动,不管是绕自身轴线旋转还是围绕太阳运转,那么我们应该观察到恒星视差。然而我们并没有观察到这个现象,所以地球一定没有在运动。

要更清楚地理解这一点,让我们假设地球绕自身轴线旋转。正如前面提到过的,地球周长大约为25000英里,所以如果地球绕自身轴线旋转,那么我们每小时要运动1000英里。假设我们晚上出门,仔细观察几颗恒星的位置,并把它们绘制出来。然后,过了几小时,我们再把同样几颗恒星的位置观察绘制出来。在这两次观察之间,我们已经运动了上千英里(如果地球沿自身轴线旋转的话),所以由于我们已经运动了上千英里,我们应该发现所观察的恒星位置出现了明显偏移(同样地,偏移发生在恒星之间的相对位置上)。也就是说,我们应该能看到恒星视差。但是,我们并没有观察到任何视差。因此,地球肯定没有绕自身轴线旋转,而这也是托勒密要表达的观点。

同样地,如果我们考虑地球围绕太阳运动的可能性,那么情形会变得更加夸张。如前所述,在托勒密的时代,人们并不能很好地估算出地球和太阳之间的距离,现在我们知道这个距离是将近100000000英里,而那时的人们只知道那应当是一个相当遥远的距离。把我们所知的地球与太阳之间距离的数据用在这个例子上,如果地球围绕太阳运转,那么当我们从自己此时所在的地球轨道上的这个点运动到地球轨道上与我们距离最远的那个点时,我们就运动了将近200000000英里。现在,请回忆一下前面视差的例子,也就是你举着钢笔、观察钢笔和其背景中其他物体位置的例子。在那个例子中,你的头只是移动了几英寸[3]就造成了明显可见的视差。所以,如果我们移动了200000000英里,似乎绝不可能观察不到恒星视差。然而,同样地,正如托勒密所指出的,我们确实没有观察到这样的视差,因此我们一定没有在运动。简言之,托勒密基于恒星视差的论据对“地球没有在运动”的观点来说,是一个强有力的、逻辑正确的又有经验为基础的论据。

应该明确的是,这同样是一个不证实推理过程,因此与通常的不证实推理过程一样,在这个论据的表面现象之下总是隐藏着各种各样的辅助假设。在继续阅读下面的内容之前,你可能会想暂停一下,看看自己是否可以找出这个论据中的关键辅助假设。

在这个论据中,关键的辅助假设与距离有关。你可能已经注意到了,在探讨视差的例子(比如你举着钢笔的例子)时,物体位置明显偏移的多少取决于物体与你之间的距离。具体来说,物体距离你越远,其位置的明显偏移就越少。所以,对我们没有观察到恒星视差的一个解释就是恒星与我们之间的距离超乎想象地远。但是,不要忘了如果地球围绕太阳运转,那么从我们自己此时所在的地球轨道上的位置到地球轨道上距离我们最远的那个点之间,距离是非常远的,将近200000000英里,这也是理解我们前人这个推理过程的一个重点。所以,当我们移动了如此之远的一段距离之后,而仍然没有观察到恒星视差,那么恒星应该是在一个遥远到难以置信的地方,我想表达的确实是一个难以置信的,或者说遥远到不可思议、几乎是无法想象的地方。

所以,这里所涉及的推理过程实际上更像是下面这样:如果地球在运动,如果恒星不是在一个遥远到几乎无法想象的地方,那么我们应该看到恒星视差;然而我们没有看到这样的视差,那么要么地球没有在运动,要么恒星在一个遥远到几乎无法想象的地方。

我们已经接近这一小节的尾声了,在这里,我想请你回忆一下在前一章中探讨过的一点,其与我们的前人对宇宙大小的观点有关。他们认为宇宙非常巨大,但那只是以他们自己的标准而言,与我们今天认识到的宇宙大小并不能相提并论。认为宇宙巨大到无法想象,这对你和我来说并没有问题,不过这是因为这个观点与你我从小到大所接触的世界观能够拼合在一起。然而,这个“宇宙巨大到无法想象”的观点却并不能很好地与亚里士多德世界观的观点拼图拼合在一起。因此,考虑到当时占主导地位的世界观,“宇宙巨大到无法想象”的概念实际上并不是一个可行的选项。因此,基于恒星视差的论据就成了“地球是静止的”这一观点的另一个有力论据。

现在我们真的到了这一小节的结尾,我想指出的最后一点是恒星视差最终被观察到了,那是在1838年,对恒星视差的第一次准确测量出现了,此时距离托勒密撰写《至大论》已经过去了将近1700年。事实上,对恒星视差的观察结果,目前已成为支持“地球围绕太阳运转”的观点最有力的经验证据。

托勒密

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