引子
大家都知道,地球是圆的!
(相关资料图)
然而细想一下,我们会发现这个“常识”,好像是老师家长教给我们的……
如果多问一句:你说地球是圆的,证据呢?
相信很多朋友肯定得琢磨半天才能说出一两个。
其实,哪怕到了现在,我们还是常常不自觉地把大地当成一个平面,不能十分自如地使用“大地是个球体”这一常识。
比如,在面对中美直飞航线时,往往还是会听到“为什么不直穿太平洋,非要跑阿拉斯加绕一圈?”的疑问。
取道阿拉斯加的中美直飞航线
那么,今天我们就来了解一下,人类在自我学习不断进步的过程中,是怎样颠覆地平的直觉、了解地球的本质、并把这个知识转化为常识的吧!
被顺利接受的地圆说
也许大家会觉得,“地球”这个概念在历史上出现得比较晚,起码要在那些伟大的航海家绕地球航行一周之后。不过实际上,球形大地的见解在两千多年前就已经有了,并且广为流传。只是最近三百多年,人们才正确地理解这个球体的成因。
早在公元前 6 世纪到前 4 世纪,毕达哥拉斯和柏拉图就陆续指出,大地是个球形,柏拉图的弟子亚里士多德更是明确地给出了 3 个观测证据:
证据一:在埃及看得到的南方天空某些星星,在希腊看不到。
如果大地是个平面,那么平面上方的天体就应该整个平面都能瞧见。
证据二:从海上驶来的帆船,总是先露出桅杆顶部,最后才露出船身。
如果大地是个平面,桅杆和船身就应该总在平面上方,而不会消失在地平线下。
证据三:月食时,投在月面上的地影总是圆形。
我们知道月食可以发生在各个时段,甚至带食而出或者带食而没。不同时间发生的月食,太阳照射大地的角度不同。
假如大地是个平面,那就只会在某个照射角度才呈现圆形地影,而在其他角度,地影理应是极扁椭圆甚至几乎一条线。
当然,前两条证据是有抬杠空间的。如果大地不是个完全的平面,而是中间球形凸起一块,那么也会出现亚里士多德看到的现象。
但这个模型就不好解释局部弯曲的大地为何不让人感到倾斜不适,不像亚里士多德在下文中给出的设定那么在理。
另外,如果全世界普遍连续地观察到这种球形凸起一块,那么这个世界岂不还是卷成了一个球?所以这个杠杠着杠着就把自己杠没了。
相比前两个,第三号证据则相当坚实有力。公元前 3 世纪,另一位哲人阿利斯塔克甚至通过测量月食时地影遮盖月球的时长,估算出地球直径约莫是月球的 3 倍(实际值 3.6 倍)。
定量的测算还有:公元前 3 世纪,厄拉多塞通过测量亚历山大港和赛伊尼(现在的阿斯旺)的太阳仰角差异(7°),认定两地南北距离是地球周长的 7/360。由此,他得到地球周长为 39060~40320 千米,和实际值(40075 千米)相比,达到了令人惊叹的精度。
哲人们说得有理有据,再加上他们的社会影响力够大(亚里士多德又是亚历山大大帝的老师),使希腊乃至欧洲很久以前就自然地接受了球形大地的观念。
不过,古人的问题又来了——既然地球是球形,那地球另一边的海水不会流向天空吗?另一边的人倒着走路不难受吗?
对于这些,大家并未十分质疑,因为亚里士多德老师对世界有一条重要设定:地球位于宇宙中心,而组成世界的土元素和水元素,天然具有向宇宙中心聚集的趋势。
这个似是而非的引力理论虽然(我们现在知道)不对,但是当时讲得通啊。
只是这样一来,地圆说和地心说就捆绑起来了。公元 2 世纪,托勒密整理出地心说的宇宙模型,描述日月行星乃至所有恒星围绕地球的运动。
在中世纪,这一模型因为和基督教神学中大地的特殊地位不谋而合,而被罗马教廷奉为正统。和地心说相互扶持的地圆说,在西方世界得到广泛推行。
对地圆说的实证
好的,那我们就相信地球是圆的这件事吧,但能不能亲自环球旅行体验一下呢?
1522 年 9 月 6 日,一艘名叫维多利亚号的克拉克帆船回到西班牙桑卢卡尔。
三年前它从这里出发时,属于一支远洋舰队,舰队共有五艘船,旗舰船长名叫费尔南多·麦哲伦。
麦哲伦舰队从西班牙出发,穿过大西洋,在南美洲东南岸摸索一年,终于从麦哲伦海峡进入太平洋(两个名字,一个是纪念麦哲伦的,一个是麦哲伦本人取的),向西横跨太平洋到达关岛。
几经辗转,从帝汶启程穿越印度洋,又绕过好望角回到大西洋,最终回到起点西班牙。
此时的舰队只剩下维多利亚号和 18 名船员,麦哲伦也在途中的菲律宾宿务被杀。
跑个题,大家可能会为麦哲伦未能亲自完成环球航行感到惋惜,其实他年轻时走旧航线去过东南亚,所以,当他从太平洋方向过来故地重游时,就他本人的一生来说,已经环抱了一次地球。
地圆说的好伙伴忽然挂了
麦哲伦船队环球航行的壮举毫无疑问地实证了大地是个球形,然而这时,一向和地圆说捆绑的地心说却出了问题:
1543 年,哥白尼的《天体运行论》出版。
1610 年,伽利略发现了木星的四颗卫星,挑战了“一切天体都围绕地球运行”的地心说体系。
1618 年,开普勒发表了他的第三条也是最后一条行星运动定律,彻底摧毁了托勒密的地心宇宙模型。
我们回望这段历史,就会说:嗯,亚里士多德老师说“土元素往宇宙中心聚集”,而地球不是宇宙中心,那就需要有个新理论来重新解释地球形状了。
好在新理论出现得很快。
1687 年,牛顿发表《自然哲学的数学原理》,提出了万有引力定律。它不但能解释地球的形状,更能定量地解释太阳系所有天体的运行。
地球形状终于得到比“土元素向宇宙中心聚集”更好懂、更令人放心的解释。
现代地平说
尽管地球形状已经真的成为一个常识,但所谓一样米养百样人,还是有些人,非得相信大地是个平面或者近似平面。
不过我们要谨慎区分这种现代地平说和古代地平说,因为后者是因为知识基础与交通工具的缺乏,不得不依赖直觉。而前者,据我们有限的观察,似乎是因为“太聪明”。
现代地平论者常常自比《楚门的世界》,认为球形大地的图文、工具、知识,都是政府、科学界、包括身边的大众商量好了一起来蒙骗他们的大阴谋。
因为基本思路和使用术语的巨大隔阂,与现代地平说对话几乎是不可能的,但我们从观察中感觉到,他们不是不读书,而是读得很灵活,会从非常有限的知识集里“提炼”、“转化”可以用来支持地平说的只言片语。
试举一例:
比如我们说,假如大地是平的,那么引力在世界边缘就会指向圆心,那儿的平地实际上是悬崖,人们不得不侧身贴地才能行走。
但现代地平说有两种方法可以破解我们的诘难。
方法一:大地圆盘旋转起来,就把指向中心的引力化解了。
至于这个“大地盘子”各处引力是否相等,靠边的地方转起来会不会把人“甩飞”,那就得装聋作哑交给别的奇谈怪论去处理了。
方法二:万有引力并不存在,实际上整个大地圆盘一直在向上匀加速运动,给人一种引力的错觉。
注意这一种解释多少还有点“上档次”,它基本上就是爱因斯坦推导广义相对论的思想实验!
在这个思想实验里,爱因斯坦假设有一架正在加速向上运行的电梯,电梯是全封闭的,这时里面的人将无法区分引力场和加速度。
不过,思想实验就是思想实验,当你要问他们大地是被什么拽着产生加速度的时候,那又得听到一堆胡扯了。
此外,现代的地平论者还会列举一大堆照片以及所谓的“实验”来告诉你,地球是平的,NASA 是骗人的,人造地球卫星是假的,这里不再赘述。
感兴趣又有时间的朋友们可以搜索了看一看,再对照相应的科学解释,你就会发现,那些照片证据,往往是摄影及光学加上肉眼误差造成的误解,而那些所谓的实验,则往往精度或者实验设计本身多有瑕疵。
对地球形状的误读
在批判地平说的同时,我们也要警惕对地球形状的误读,因为比起明显的谬论来,似是而非的“知识”更容易污染认知。
很普遍的一个误读,可能来自于我们自己的小学地理老师:地球是个形状不规则的椭圆。大家都听过这句话吧?
老师这句话本身并没有错,但如果老师不再多说两句,我们的心里就很可能浮现一颗蟠桃,并拿着这颗蟠桃去评判卫星照片的真伪。
实际上,这个“椭圆”(严格说是椭球)非常接近正圆,南北和东西的直径差异只有千分之三。就是说一个直径一米的球矮了三毫米,“不规则”也是类似差异,肉眼实际上是看不出来的。
所以当我们看到地球照片是漂漂亮亮一个圆球的时候,不要从这个角度怀疑它的真实性。
另一类误读,是把科学研究中的表达示意说成几何形状。
相信许多人看到过下面这张图片,并被配文“地球实际长这样!
原来我们被骗了这么多年”。其实,这个是地球的重力场分布图,并且减掉了相同基数,放大了差异。
虽然现在“地球是圆的”早已成为小学生都知道的常识,但是当我们从科学史的尺度来看我们认识地球的过程,却会发现这一点都不简单,更不理所当然。
回顾整个过程,我们可以看到人类是如何不断提出假设来解释我们的世界,又是如何根据观测以及实验的结果不断地推翻旧假设、提出新假设,最终不断逼近事实的。
最后提醒大家,对于现代的地平说爱好者,可千万别跟他们争论,至于原因么,可以看看这篇。
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