极为奇妙的是哥

白尼服从于传统的最

明确的表示就是同它

的决裂。《

哥白尼革命》

极为奇妙的是哥

白尼服从于传统的最

明确的表示就是同它

的决裂。《

哥白尼革命》

库恩 ( 美国 ) Thomas S. Kuhn

1922~1996

科学革命

Nicholaus Copernicus, 1473-1543

哥白尼

Charles Darwin, 1809 -1882

达尔文

Sigmund Freud, 1856-1939

弗洛伊德

第 3 讲

哥白尼革命The Copernican Revolution

毕达哥拉斯Pythagoras (ca 560–ca 480 B

C)

• Cosmos （宇宙） • 一个和谐而有规律的体系

• 天文学首先是追求宇宙的和谐，而不是狭义地去拟合观测。

柏拉图Plato (428 ～ 348 BC)

• 同心球模型

月、日、水、金、火、木、土

月、日、水、金、火、木、土

柏拉图的《蒂迈欧》 Timaeus

• 为什么天体进行圆周运动？

• 柏拉图的论证• 柏拉图的论证

• 宇宙的本质是和谐的

• 和谐的体系是绝对完美的

• 绝对完美的轨道是圆形

• 天体都按照圆形轨道绕地球运行

• 柏拉图同心球模型的缺点• 柏拉图同心球模型的缺点

• 个别异常现象的存在，并不说明和谐这一理性的原则错了。• 个别异常现象的存在，并不说明和谐这一理性的原则错了。

拯救现象

• 行星似乎没有按照圆形的轨道运动• 行星似乎没有按照圆形的轨道运动

欧多克斯Eudoxus （ 409 ～ 356 B

C)

同心球模型

concentric spheres

• 同心球模型：太阳

外层天球， 24 小时旋转一周

第 2 层天球，每年旋转一周

第 3 层天球，太阳附缀其上，每年旋转一周太阳运动轨迹

亚里士多德Aristotle (384-322 BC)

• 亚里士多德的宇宙观

• 地球是一个球• 地球是一个球

• 北极星高度• 大海上的帆船

• 月食

白道

月全食

月偏食

半影月食

月亮的路线

月全食

月偏食

半影月食

亚里士多德Aristotle (384-322 BC)

• 地球是宇宙的中心，绝对静止不动• 地球是宇宙的中心，绝对静止不动

• 所有天体必须按照匀速的圆周运动• 所有天体必须按照匀速的圆周运动

• 恒星的视差

• Uniform Circular Motion

• 自由落体

月亮 地球 金星 太阳 火星

水晶球模型 crystalline spheres

月、水、金、日、火、木、土

月、水、金、日、火、木、土

• 同心球 - 水晶球模型

• 优点• 日月运行的快慢• 行星的顺行与逆行

• 日月运行的快慢• 行星的顺行与逆行

• 缺点

• 行星的亮度变化• 行星到地球的距离不变

• 行星的亮度变化• 行星到地球的距离不变

月、日、水、金、火、木、土

月、日、水、金、火、木、土

阿波隆尼Apollonius of Perga(260 ～ 220 BC)

• 阿波隆尼的本轮均论模

型P

本轮

均轮

C

地球

亮

暗

亮

希帕恰斯Hipparchus公元前 2 世纪

E

S’

B

A

S

O

EC D

• 希帕恰斯

• 偏心圆模型：太阳

托勒密Ptolemy (ca 100 - ca 170)

• 大汇编• 至大论• 天文学大成

• The Greatest• Hunayn ibn Ishaq, 850AD

• Almagest • Alexandria, 150AD

• 托勒密的《天文学大

成》

•

约公元一百五十年完成

阿拉伯文版《天文学大成》 ( 九世纪初 )

拉丁文版《天文学大成》

托勒密的地心说宇宙模

型

Epicycle

本轮

P 行星

E 地球

C

Deferent

均轮

• 阿波隆尼的本轮—

均论模型

P

本轮

•

托勒密的本轮—

均轮模型

地球 E O E’

C

Equant 对应点

均轮

P

地球 对应点 E O E’

C A•

本轮之上的本轮

• 托勒密本轮—均轮模型的问题

• 亚里士多德的原则

• 匀速的圆周运动• Uniform Circular Motion

• 匀速的圆周运动• Uniform Circular Motion

• 本轮的圆心绕对应点 (Equant) 运动

• 角速度均匀，线速度不均匀• 角速度均匀，线速度不均匀

E

O

E’

C

• 托勒密模型本轮中心 C 在均轮上绕对应点 E’ 以相同的角速度运动

• 托勒密模型本轮中心 C 在均轮上绕对应点 E’ 以相同的角速度运动

• 图斯 (al-Tusi) 模型本轮中心 C 在圆 A 上匀速运动，点 A 在圆 O 上匀速运动

• 图斯 (al-Tusi) 模型本轮中心 C 在圆 A 上匀速运动，点 A 在圆 O 上匀速运动

P

E

O’

CA

O

E’

• 图斯 (al-Tusi) 的发明 图斯双圆 （ Tusi Couple ）

• 沙蒂尔（al-S

hatir

）的水星模

型

• 沙蒂尔（al-S

hatir

）的行星模

型

• 托勒密体系

• 行星逆行的原因• 行星逆行的原因

• 优点

• 第一次为所有天体运动提供了系统、完 整、详尽、定量的解释。

• 第一次为所有天体运动提供了系统、完 整、详尽、定量的解释。

• 缺点

• 外行星本轮上的 向径• 外行星本轮上的 向径

哥白尼Nicholaus Copernicus

(1473-1543)

哥白尼 生平

日心说的提 出受阿利斯塔克的启发

• 《论日月的大小和距离》

• 阿利斯塔克（前三世

纪）

哥白尼的日心说• 所有天球都 围绕太阳旋转

• 地球绕它的 轴自转

• 地球旋转的轨道是 黄道 /黄道带

• 地球与太阳的距离 比地球与恒星的距离小 得多• 行星的逆行是相对运动的 结果

• 哥白尼的《天体运行

论》

•

一五四三年初版

• 哥白尼《天体运行论》手稿

• 哥白尼的宇宙模型

• 哥白尼的宇宙模

型

• 哥白尼日心说 解决的问题

• 行星逆行的原因• 行星逆行的原因

• 外行星本轮上的 向径• 外行星本轮上的 向径

P

本轮

均轮

地球

对应点

圆心

C 行星的逆行

火星的视运动

E

P

C

平太

阳的方向

S

外行星在本轮上的向径与

地球指向平太阳的方向平行

外行星在本轮上的向径与

地球指向平太阳的方向平行

C

P

E

日星距离

E

C

P

日地距离

日地距离

E

C

P

S S

E

P

S

E

P

日星距离

伽利略Galileo Galilei (1564-1642)

• 地心说的 否定

• 金星 位相的改变

• 旧的现象的 解释：行星运动

• 木卫的发现

• 新的现象的 预测

金星的位相

太阳

金星

地球

• 地心说模型中的金

星托勒密的宇宙 太阳

金星

地球

本轮 圆心

金星的 5种位相 (1610 年伽利略）

1910 年 9 月 27 日 1910 年 6 月 10 日 1927 年 10 月 24 日

1919 年 9 月 25 日 1964 年 6 月 19 日

• 日心说的问题 I

• 系统本 身并没有简化• 精度也没有提高

• 系统本 身并没有简化• 精度也没有提高

哥白尼模型与托勒密模型

• 日心说的问题 II

• 亚里士多德的质 疑：如果地球不在宇宙的中心，什么使得事物做圆周运动？

• 地球自转： 自由落体• 地球自转： 自由落体

• 地球公转： 恒星的视差• 地球公转： 恒星的视差

•贝赛尔 （ 17

84-1846 ） • Friedrich Wilhelm Bessel恒星

视差

太阳 AB

• 1838 年

• 天鹅座 61的周年视差0.31”

• 同心球—水晶球体系• 欧多克斯：拯救现象

• 本轮—均轮体系• 阿波隆尼：行星亮度• 希帕恰斯：偏心圆• 托勒密：天文大成• 图斯：捍卫亚里士多德教义

• 日心说• 哥白尼：行星运动的 解释• 伽利略：地心说的 否定• 牛顿：日心说的 胜利

极为奇妙的是哥白尼服从于传统的最明确的表示就是同它的决裂 。

极为奇妙的是哥白尼服从于传统的最明确的表示就是同它的决裂 。

库恩 Thomas S. Kuhn (1922~1996)

现实世界的构造应该符合人类的美学理 想

现实世界的构造应该符合人类的美学理 想

简单、和谐

The End