托勒密与地心说89

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1、托勒密与地心说托勒密与地心说 “地心说地心说”的集大成者的集大成者克罗狄斯克罗狄斯托勒密（公元托勒密（公元9090年年168168年）生于埃及，父母都年）生于埃及，父母都 是希腊人。公元是希腊人。公元127127年，年， 年轻的托勒密被送到亚历山大去求学年轻的托勒密被送到亚历山大去求学 。在那里，他阅读了不少的书籍，并且学会了天文测量和大地。在那里，他阅读了不少的书籍，并且学会了天文测量和大地 测量。他曾长期住在亚历山大城，直到测量。他曾长期住在亚历山大城，直到151151年。有关他的生平年。有关他的生平 ，史书上少有记载。，史书上少有记载。 在古老的宇宙观中，人们把天看成是一个盖子，地是一块

2、平板在古老的宇宙观中，人们把天看成是一个盖子，地是一块平板 ，平板就由柱子支撑着。，平板就由柱子支撑着。 在公元前四到三世纪，对于天体的运动，希腊人有两种不同的在公元前四到三世纪，对于天体的运动，希腊人有两种不同的 看法：一种以欧多克斯为代表，他从几何的角度解释天体的运看法：一种以欧多克斯为代表，他从几何的角度解释天体的运 动，把天上复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动；动，把天上复杂的周期现象，分解为若干个简单的周期运动； 他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个他又给每一种简单的周期运动指定一个圆周轨道，或者是一个 球形的壳层，他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆

3、球形的壳层，他认为天体都在以地球为中心的圆周上做匀速圆 周运动，并且用二十七个球层来解释天体的运动，到了亚里士周运动，并且用二十七个球层来解释天体的运动，到了亚里士 多德时，又将球层增加到五十六个。多德时，又将球层增加到五十六个。另一种以阿利斯塔克为代表，他认为地球每天在自己的轴上自另一种以阿利斯塔克为代表，他认为地球每天在自己的轴上自 转，每年沿圆周轨道饶日一周，太阳和恒星都是不动的，而行转，每年沿圆周轨道饶日一周，太阳和恒星都是不动的，而行 星则以太阳为中心沿圆周运动。但阿利斯塔克的见解当时没有星则以太阳为中心沿圆周运动。但阿利斯塔克的见解当时没有 人表示理解或接受，因为这与人们肉眼看到的

4、表观景象不同。人表示理解或接受，因为这与人们肉眼看到的表观景象不同。 托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即托勒密于公元二世纪，提出了自己的宇宙结构学说，即“地心地心 说说”。其实，地心说是亚里士多德的首创，他认为宇宙的运动。其实，地心说是亚里士多德的首创，他认为宇宙的运动 是由上帝推动的。他说，宇宙是一个有限的球体，分为天地两是由上帝推动的。他说，宇宙是一个有限的球体，分为天地两 层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落层，地球位于宇宙中心，所以日月围绕地球运行，物体总是落 向地面。地球之外有向地面。地球之外有9 9个等距天层，由里到外的排列次序是：个等距天层，由里到

5、外的排列次序是： 月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天 、恒星天和原动力天，此外空无一物。各个天层自己不会动，、恒星天和原动力天，此外空无一物。各个天层自己不会动， 上帝推动了恒星天层，恒星天层才带动了所有的天层运动。人上帝推动了恒星天层，恒星天层才带动了所有的天层运动。人 居住的地球，静静地屹立在宇宙的中心。托勒密全面继承了亚居住的地球，静静地屹立在宇宙的中心。托勒密全面继承了亚 里士多德的地心说，并利用前人积累和他自己长期观测得到的里士多德的地心说，并利用前人积累和他自己长期观测得到的 数据，写成了数据，写成了8 8卷

6、本的伟大论。在书中，他把亚里士多德卷本的伟大论。在书中，他把亚里士多德 的的9 9层天扩大为层天扩大为1111层，把原动力天改为晶莹天，又往外添加了层，把原动力天改为晶莹天，又往外添加了 最高天和净火天。最高天和净火天。托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周上运动，而每个圆托勒密设想，各行星都绕着一个较小的圆周上运动，而每个圆 的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆 叫叫“均轮均轮”，每个小圆叫，每个小圆叫“本轮本轮”。同时假设地球并不恰好在。同时假设地球并不恰好在 均轮的中心，而偏开一定的距离，均轮是一些偏心圆；日月行均轮

7、的中心，而偏开一定的距离，均轮是一些偏心圆；日月行 星除作上述轨道运行外，还与众恒星一起，每天绕地球转动一星除作上述轨道运行外，还与众恒星一起，每天绕地球转动一 周。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却较为完满周。托勒密这个不反映宇宙实际结构的数学图景，却较为完满 的解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用的解释了当时观测到的行星运动情况，并取得了航海上的实用 价值，从而被人们广为信奉。价值，从而被人们广为信奉。 托勒密的天体模型之所以能够流行千年，是有它的优点和历史托勒密的天体模型之所以能够流行千年，是有它的优点和历史 原因的。它的主要特点是：原因的。它的主要特点是： 1

8、1 绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉绕着某一中心的匀角速运动，符合当时占主导思想的柏拉 图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被接受。图的假设，也适合于亚里士多德的物理学，易于被接受。2 2 用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置，用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置， 与实际相差很小，相比以前的体系有所改进，还能解释行星的与实际相差很小，相比以前的体系有所改进，还能解释行星的 亮度变化。亮度变化。3 3 地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的假地球不动的说法，对当时人们的生活是令人安慰的假 设，也符合基督教信仰。设，也符合基督教信仰。在当时的历史条件

9、下，托勒密提出的行星体系学说，是具有进在当时的历史条件下，托勒密提出的行星体系学说，是具有进 步意义的。首先，它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球步意义的。首先，它肯定了大地是一个悬空着的没有支柱的球 体。其次，从恒星天体上区分出行星和日月是离我们较近的一体。其次，从恒星天体上区分出行星和日月是离我们较近的一 群天体，这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。群天体，这是把太阳系从众星中识别出来的关键性一步。托勒密本人声称他的体系并不具有物理的真实性，而托勒密本人声称他的体系并不具有物理的真实性，而 只是一个计算天体位置的数学方案。至于教会利用和维护地心只是一个计算天体位置的数学方案。至于教

10、会利用和维护地心 说，那是托勒密死后一千多年的事情了。教会之所以维护地心说，那是托勒密死后一千多年的事情了。教会之所以维护地心 说，只是想歪曲它以证明教义中描绘的天堂人间地狱的图象，说，只是想歪曲它以证明教义中描绘的天堂人间地狱的图象， 如果编纂教义时流行着别的什么学说，说不定教会也会加以利如果编纂教义时流行着别的什么学说，说不定教会也会加以利 用的。所以，托勒密的宇宙学说同宗教本来并没有什么必然的用的。所以，托勒密的宇宙学说同宗教本来并没有什么必然的 联系。联系。 上知天文、下识地理的托勒密上知天文、下识地理的托勒密除了在天文学方面的造诣，除了在天文学方面的造诣， 托勒密在地理学上也做出了出

11、托勒密在地理学上也做出了出 色的成就。他认为，地理学色的成就。他认为，地理学 的研究对象应为整个地球，主要研的研究对象应为整个地球，主要研 究其形状、大小、经纬度的测定以及地图投影的方法等。他制究其形状、大小、经纬度的测定以及地图投影的方法等。他制 造了测量经纬度用的类似浑天仪的仪器（星盘）和后来驰名欧造了测量经纬度用的类似浑天仪的仪器（星盘）和后来驰名欧 洲的角距测量仪。托勒密有地理学著作八卷，其中六卷都是用洲的角距测量仪。托勒密有地理学著作八卷，其中六卷都是用 经纬度标明的地点位置表。经纬度标明的地点位置表。他的多数地点位置好象都是根据他的本初子午线和用弧度来表现他的多数地点位置好象都是根

12、据他的本初子午线和用弧度来表现 的平纬圈之间的距离来计算的，因为他的经度没有一个是从天文的平纬圈之间的距离来计算的，因为他的经度没有一个是从天文 学上测定的，只有少数纬度是这样测定的。托勒密采用了波昔东学上测定的，只有少数纬度是这样测定的。托勒密采用了波昔东 尼斯测定的地球周长的较小数值，这就使得他所有用弧度表现的尼斯测定的地球周长的较小数值，这就使得他所有用弧度表现的 陆向距离都夸大了，因为他把每一弧度的距离定为五百希腊里，陆向距离都夸大了，因为他把每一弧度的距离定为五百希腊里， 而不是六百希腊里。这样一来，从欧洲到亚洲横贯大西洋的洋面而不是六百希腊里。这样一来，从欧洲到亚洲横贯大西洋的洋面

13、 距离，看上去就比埃拉托斯特尼的计算值小得多，这项计算最后距离，看上去就比埃拉托斯特尼的计算值小得多，这项计算最后 还导致了哥伦布从西面驶往亚洲的企图。托勒密对世界情况比他还导致了哥伦布从西面驶往亚洲的企图。托勒密对世界情况比他 的前辈熟悉的多，埃拉托斯特尼的地图东面只到印度的恒河为止的前辈熟悉的多，埃拉托斯特尼的地图东面只到印度的恒河为止 ，但是托勒密知道有马来半岛和，但是托勒密知道有马来半岛和“蚕丝之国蚕丝之国”，即中国。，即中国。在数学方面，他用圆周运动组合解释了天体视动，这在在数学方面，他用圆周运动组合解释了天体视动，这在 当时被认为是绝对准确的。他还论证了四边形的特性，即有名的当时被

14、认为是绝对准确的。他还论证了四边形的特性，即有名的 托勒密定理。他对光学也作过研究，认为光线在折射时入射角与托勒密定理。他对光学也作过研究，认为光线在折射时入射角与 折射角成正比关系。折射角成正比关系。 重要的著作重要的著作托勒密著有四本重要著作：天文学大成（托勒密著有四本重要著作：天文学大成（AlmagestAlmagest）、）、 地理学地理学(Geography)(Geography)、天、天 文集文集(Tetrabiblos)(Tetrabiblos)和光学和光学 (Optics)(Optics)。天文学大成天文学大成500500年的希腊天文学和宇宙学思想的顶年的希腊天文学和宇宙学思想

15、的顶 峰峰统治了天文界长达统治了天文界长达13 13 个世纪。这样一本知识上参差交错个世纪。这样一本知识上参差交错 且复杂的著作，不是单独一个人所能完成的。托勒密依靠了他且复杂的著作，不是单独一个人所能完成的。托勒密依靠了他 的先驱者，特别是喜帕恰斯，这一点是无须掩盖的。他面对的的先驱者，特别是喜帕恰斯，这一点是无须掩盖的。他面对的 基本问题是：在假设宇宙是以地球为中心的、以及所有天体以基本问题是：在假设宇宙是以地球为中心的、以及所有天体以 均匀的速度按完全圆形的轨道饶转的前提下，试图解释天体的均匀的速度按完全圆形的轨道饶转的前提下，试图解释天体的 运动。因为实际天体以变速度按椭圆轨道饶地球以

16、外的中心运运动。因为实际天体以变速度按椭圆轨道饶地球以外的中心运 动，为了维护原来的基本假设，就要考虑某些非常复杂的几何动，为了维护原来的基本假设，就要考虑某些非常复杂的几何 形状。托勒密使用了形状。托勒密使用了3 3种复杂的原始设想：本轮、偏心圆和均轮种复杂的原始设想：本轮、偏心圆和均轮 。他能对火星、金星和水星等等的轨道分别给出合理的描述，。他能对火星、金星和水星等等的轨道分别给出合理的描述， 但是如果把它们放在一个模型中，那么它们的尺度和周期将发但是如果把它们放在一个模型中，那么它们的尺度和周期将发 生冲突。然而，无论这个体系存在着怎样的缺点，它还是流行生冲突。然而，无论这个体系存在着怎样的缺点，它还是流行 了了13001300年之久，直到年之久，直到1515世纪才被哥白尼推翻。世纪才被哥白尼推翻。在地理学一书中，托勒密充分地解释了怎样从数学上确定在地理学一书中，托勒密充分地解释了怎样从数学上确定 纬度和经度线。然而，没有一条经线是用天文学方