如何证明地球是圆的

栏目:地理 来源:北京声音网 时间:2019-12-11
如何证明地球是圆的

作者:长颈鹿啊

来源:中科院地质地球所(ID:dizhidiqiusuo

古代各个民族对我们所生存的地球的认识都是不一样的。中国古人认为天圆地方,古埃及人认为地球就是个盘子,漂浮在海洋之上,古印度的想象更加光怪陆离,他们认为地球是驮在大象背上的。

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那么,谁是第一个提出地球是圆的人呢?

生活于公元前6世纪的古希腊数学家毕达哥拉斯(Pythagoras)从球形是最完美几何体的观点出发,认为大地是球形的。另外,毕达哥拉斯还制定了天体圆周运动的数学法则,提出了太阳、月亮和行星做圆周运动的思想。地球沿着一个球面围绕着空间一个固定点处的“中央火”转动,另一侧有一个“对地星”与之平衡。这种思想对后世的哥白尼的“日心说”理论有着重要的影响。

毕达哥拉斯在公元前6世纪就提出了大地是圆球形的这种观点,并提出了相应的猜想和推理,这无疑是空前绝后的。但是毕达哥拉斯只是提出了这种观点,并没有给出强烈的依据来让所有人都接受它,而这个过程其实非常长。

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毕达哥拉斯之后,演绎推理大师柏拉图进一步完善了大地球形说的观点,他认为对称的形式是完美的属性之一,人类所居住的地方也应该是对称的,上下对称,左右对称,各种对称,只能是球形了。

真正对“球形大地说”从科学上给出有力证明的是古希腊最博学的人亚里士多德,他通过许多自己的观测和发现证明了这一点。比如越往北走,就会看到北极星离地面最高,越往南走,就会看到北极星离地面最低,如果地面是平的,就不会有这种情况。

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在此之后,古希腊的诸多学者在亚里士多德的基础上对地球进行了各种数据上的测量,托勒密的《地理学指南》更是震惊世界。

即使是这样,让一个普通人从他平时所生活的环境中推理出地球是圆的这种观点还是比较难的。直到15世纪初,麦哲伦完成了从两个不同方向进行的环球航行时,才真正以实践证明了大地球形说的正确。现代卫星的发射和航空事业的发展进一步证实了地球是圆的。

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然而,即便人类花了这么多年验证过无数遍的,还是有这么一群人,他们坚信地球长这样:

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我们姑且称之为“现代地平说运动”(modern flat earth movement),“地平者”们坚信,地球是球体是一个惊天谎言,它应该平得像张大煎饼,现代地平说运动的祖师爷是一个叫Samuel Rowbotham的英国作家,现代地平说的思想大部分是从他身上传出来的。他所著的书《天文学探究:地球不是球体》(Zetetic Astronomy: Earth Not a Globe)的书是现代地平论者的“圣经”,Rowbotham认为,地球应该长得像一个很平很扁的碗,陆地和海洋都“盛”在这个碗里,在这个平碗的中心位置,是北极,其他所有大陆都围绕着它,而南极则不是一个大陆,而是一堵164英尺高的冰墙,在平碗的最外面一圈,相当于是碗沿。南极冰墙的存在是为了防止海水流出去。

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但是这种假设有很多事情说不通,比如为什么同一时间有的地方是黑夜,有的地方是白天呢?地平者认为,太阳和月亮一样大,并且它们到地球的距离也是一样的,并且根本不是科学家声称的1.49亿公里,而是只有4000公里!所以这个长得和月亮一样小的太阳,在地球上照射时的样子是这样的:

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(太阳就像一个手电筒,只有在它之下的区域才能被照亮,没被照到的地方就是黑夜)

按照这种脑洞,四季变化也能这么解释:太阳在蓝色大饼上的盘旋半径,是会随着时间的变化而变化的。他在书里设计出这么一张图,最中心的亮黄色圈是太阳在夏至日的运行路线,中间是太阳在昼夜平分点(也就是春分和秋分时)的路线,最外面是冬至日的运行路线。

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至于万有引力,现代地平论者根本不相信万有引力,“重力”这个概念根本不存在。那么物体为什么会往下掉?“因为物体就是会往下掉。”地平说学会官网上如此写道。甚至在他们学派内部,还衍生出了“有罩派”和“无罩派”,有罩派们相信有一个像玻璃罩的东西将地球上的大气全部罩住,不让其散发出去。

到现在,“地平说”已经发展成一个不可证伪的东西。任何人们给出的科学证据,都会被地平论者认为是虚假的,政府和科学家联手蒙骗民众长达500年。NASA是一个骗纳税人钱的组织,所有的照片都是p的。重力学等科学理论都是伪造的概念。哪怕是有人在高空飞机上看到地球弧线,学会也说,连所有飞机的窗玻璃都是经过处理的,故意制造视觉错觉。

“所有证明地球是球形的信息,都是完全不认识的人做了我们完全不知道的实验得出的。我们为什么要相信别人告诉我们的一切?”学会官网上说。

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关于地平说还有很多假说言论,对这方面感兴趣的读者可以自行了解有关“国际地平说学会”(international flat earth society)的网站。

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这似乎彻头彻尾是个谬论,一群阴谋论者的狂欢而已,但这也引发了我们的思考。地平论支持者,凯尔特人后卫,凯里·欧文在一次电视采访中说到,“我不是支持地平说,只是想要人们有不同看法。”

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那么,在没有亲眼见过确凿证据的情况下,我们为什么相信多数人说的“事实”就是真的事实。如果我们没有见过确凿的证据,如何证明多数人宣称的“事实”是真的事实呢?这涉及到一个概念——习得性偏见,人们倾向于相信“反复听到的事情”,并坚信不疑。这是深刻根植在人类基因中的认知方式。本质上是将“认知”的成本转嫁给他人,而自己只需要根据这些习得性的“偏见”来做出判断,这是一个兼顾了“效率”和“准确性”的做法。所以,其实学者式的思考方式本质上“反人类”,这就是理性思维出现得那么晚的原因之一。我们没有那么多奢侈的时间去“证明每一个常识”。更何况,不断质疑的成本太高了。

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我们需要更多的想法和想象力,这是人类的最大优势之一。我们也需要使用理性思维去客观认知事物,看清事物本质。

如果没有卫星和航空器等高科技手段,只在地球表面使用“低科技”,我们如何证明地球是圆的呢?

【环球航行】

1519-1521 年,麦哲伦率领的一支船队完成了人类历史上第一次环球旅行,这是地球是个球的有力证据。但问题是,这真的能证明地球是个球吗?举个例子,一只蚂蚁在一个巨大的物体上面朝一个方向爬行,一段时间后回到了原点,这样我们就能证明蚂蚁是在一个球上爬行吗?

这涉及到拓扑学的知识,我们暂且不讨论“莫比乌斯环”这种高级的东西,蚂蚁所爬行的物体,也可能是下面这玩意,并且有两种路线能实现回到原点。

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【远观航船】

当一艘船驶向地平线时,它不会变得越来越小,直到它不再可见为止。相反,船体似乎先下沉到地平线以下,然后是桅杆。当船只从海上返回时,顺序相反:首先是桅杆,然后是船体,从地平线上升起。

这种方法有漏洞吗?是有的,如果地球具有一个奇特的形状,它在不同地点的引力方向和大小也会有出人意料的变化,比如说如果地球是一个平面,只有住在平面中心的人才会感觉到引力垂直指向地面,其他地区的引力是倾斜的。

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这样液体的海洋总是会适应引力的方向来改变自己的形状,因此海水会聚集在平面的中心,形成一个类似冠状的形状。

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因此,在海上观察从远方驶来的帆船只能证明海洋表面是弯曲的。

【棍棒和阴影】

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太阳光线(黄亮线)照射在两根间隔一定距离的棍子(白线)上,如果地球是平的,两根棍子产生的阴影是相同的长度,如果地球是个球,棍子投下的影子长度会不一样,埃拉托色尼(公元前276-194年)利用这个原理相当准确地计算了地球的周长。

然而事实真的是这样吗?我们设想一个极端的例子,如果地球是平的,一根棍子竖在太阳正下方,太阳底下的棍子是没有影子的,而远处的棍子能产生影子,因此这种方法也是不可靠的。

【观星】

这一观察最初由亚里士多德(公元前384-322年)提出的,他说:“从埃及和塞浦路斯看得到的星星,在北方地区看不到。”这种现象只有人类从圆形表面观察恒星时才能得到解释。

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【登高观树】

因此我们还能用类似的方法,如下图,如果地球是圆的,高处的人能看到树的更多细节。

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【月食】

亚里士多德(他对地球的球形性质做了大量的观察)注意到,在月蚀期间(当地球的轨道将它直接放在太阳和月球之间,在此过程中产生了阴影),月球表面的阴影是圆的。这个阴影是行星的,它是关于地球球形形状的一个很好的线索。

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上面是月食的连续视图。你可以看到地球的影子掠过月球表面,而影子的形状是弯曲的,因为地球是球形的。由于地球是旋转的(“傅科摆”实验是一个明确的证明),它在每一次月食中产生的一致的椭圆阴影证明地球不仅是圆的,而且绝对完全是球形的。

【类比行星】

地球和其他行星不同,这是事实。毕竟,我们有生命,我们还没有发现任何其他有生命的行星。然而,所有的行星都有某些特性,如果所有的行星都表现出某种特性,或者表现出某种一样的特性(特别是这些行星在不同的地方或者是在不同的环境下被创造出来),那么我们的行星就是相同的,这是很有道理的。

换句话说:如果有那么多在不同地点、不同环境下被创造出来的行星显示出相同的性质,那么我们自己的行星很可能也具有相同的性质。我们所有的观察都表明其他行星是球形的(既然我们知道它们是如何被创造出来的,那么很明显它们为什么会形成这种形状)。除非我们有一个很好的理由去思考其他可能性(但是我们真的没有其他理由),我们的星球很可能是一样的。

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1610年,伽利略观察到木星的卫星围绕它旋转。他把它们描述成围绕一个更大的行星运行的小行星——这一描述(和观察)让教会很难接受,因为它挑战了一个地球中心模型,在这个模型中,所有的东西都应该围绕地球旋转。这一观测结果还表明,行星(木星、海王星和后来的金星也被观测到)都是球形的,而且都绕着太阳公转。

一个平坦的行星(我们的或任何其他的行星)将是如此不可思议的观测结果,以至于它将几乎与我们所知道的所有行星的形成和行为相违背。它不仅会改变我们所知道的关于行星形成的一切,还会改变恒星形成的一切(我们的太阳必须有完全不同的行为才能适应平坦地球理论),以及我们所知道的太空速度和运动(比如行星的轨道和重力的影响)。简而言之,我们不只是在怀疑我们的地球是球形的。

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