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给世界的答案 ——发现现代科学

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发现现代科学

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希腊天文学

在古代世界,最富成果的科学分支是天文学。原因之一是天文现象比地面现象更简单。古人并不清楚,从古至今,地球和其他行星都在引力这一单一作用力的影响下,在近圆形轨道上以基本恒定的速度围绕太阳运行,同时围绕自转轴以基本恒定的速度自转。这一规律同样适用于绕地球运行的月球。其结果是,从地球上看,太阳、月球和行星均以规则、可预见的方式运动,这为高精度研究提供了可能性,而这一可能性已经实现。

古代天文学的另一特点在于它的实用性,这是古代物理学通常不具备的特点。天文学的应用将在第六章中进行讨论。

第七章的主要内容为:测量太阳、月球和地球的大小,以及日地距离和地月距离。这项成就虽有缺陷,但仍可被视为希腊化时期科学的丰碑。第八章将探讨行星视运动问题,该问题在中世纪天文学家中依然备受关注,并最终导致现代科学的诞生。

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天文学的应用

早在上古时代,想必人们已常常将天空用作指南针、时钟和日历。不难注意到,太阳每天都在几乎相同的方向升起。白天,人们可通过太阳在空中的高度判断距夜幕降临还有多久。而一年中最长的白天一过,炎热的日子便尾随而至 。

我们知道,在历史上,星星很早就被用于类似的目的。公元前3000年,埃及人已经知道,每当天狼星偕日同升(天狼星在这一天的破晓前首次出现在地平线附近,在此之前无法在夜间观测到,在此之后则逐渐从黎明提前到夜间出现),便意味着农业中的重要事件——始于6月的尼罗河汛期——开始了。公元前6世纪以前,荷马在其作品中,将阿喀琉斯比作夏末高悬空中的天狼星:“那颗星,在秋天显露/布满繁星的夜空,它的光芒格外夺目/‘俄里翁的猎犬’,是人们对它的称呼/闪耀的群星中,这一颗最为耀眼/人们却视其为凶险,憎恶它的出现/只因它将滚滚热浪,带向苦难人间。”不久之后,诗人赫西俄德在长诗《工作与时日》(Works and Days)中告诉农民,葡萄藤最好在大角星与日共升时修剪,而当昴宿星团集体出现在地平线时(在这一天的破晓前星团首次出现在地平线附近,在此之前无法在夜间观测到,在此之后则逐渐从黎明提前到夜间出现),则应当开始收割。人们遵循赫西俄德的教诲,制定出被称为“paramegmata”的日历,记录了可见星辰每天的升落。古人没有其他共享方式确定日期,因此该日历在希腊城邦得到了广泛应用。

在许多早期文明中,由于没有现代城市灯光的干扰,观测者们在夜观星空时能够清楚地看到,除少数情况之外(后文会谈到),恒星之间的相对位置总是固定不变的。正因如此,各大星座长期保持原状,日复一日,年复一年。但“固定”着繁星的整个苍穹,看起来每晚都自东向西围绕正北的某一点旋转,这一点因此被称为“北天极”。按照现代理论,这是地轴通过北极的外延与天球面的交点。

根据这一观察,水手们很早就学会在夜间航行时借助星星确定方向。据荷马讲述,奥德修斯(Odysseus)在返回伊萨卡的途中,被仙女卡吕普索(Calypso)困在其位于西地中海的岛上。最后在宙斯的命令下,卡吕普索送奥德修斯上路。她告诫奥德修斯:“大熊亦称作北斗星……务必在其右侧航行。”大熊自然指大熊星座,即现代所说的北斗七星。大熊星座靠近北天极。因此,在地中海的纬度上看来,大熊座从不落下(如荷马所说,“永不沉入大海,亦不浸入洋流”),大致总在北方。航行时只要保持大熊星座在左侧,奥德修斯就能持续向东航行,抵达伊萨卡。

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