alexacn 发表于 2023-8-23 12:22:40

古人为什么没能从月球身上推理出地球也可能是个球体?

古人为什么没能从月球身上推理出地球也可能是个球体?

JCRen.net 发表于 2023-8-23 12:23:06

在这个问题下有不少回答秉持知乎精神从「是不是」的角度反驳了题主的提问。确实这类上来就问为什么的,找反例是最直接的破解方式。不过我感觉有时候正面回答一下这些个为什么也无妨。
首先要指出 @赵泠 列举反例时出现的一些值得商榷的地方。古代中国较早出现的三种宇宙论中,盖天说与浑天说关于大地形状的描述,特别是成书于两汉时的文献(如《周髀》、《浑天仪注》、《灵宪》)并没有言之凿凿地指出大地为球形或者是半球形。相反,从相关文献上下文理解,不论是盖天说还是浑天说,都倾向把大地看作平面。
论述盖天说的早期代表作品是《周髀》,唐以后称《周髀算经》。《周髀算经》在默认天地是平行平面的前提下,以对正午周髀影长的观察,构建了盖天宇宙模型。《周髀算经》中盖天宇宙由“天”和“地”两部分组成,天在上,地在下,天地的总体形状是相互平行的平面,地面在中央处有一名为「极下璇玑」的突出。

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《周髀》中的盖天说宇宙模型(局部)

而早期论述浑天说的经典之作当属《浑天仪注》和《灵宪》,一般而言这两份文献都被认为出自东汉著名学者张衡之手。在浑天说宇宙模型中,天的形状是圆球状,天与地的位置关系是天大地小,天包地外。《浑天仪注》 中,浑天说中的天地结构被比作鸡蛋壳与蛋黄的关系,这个类比也长期被视为浑天说持地圆观点的关键证据。但联系上下文可以发现,此处的鸡蛋比喻主要是为了说明天地位置关系。从 《灵宪》 中给出的数据可知,此时的浑天说认为天和地的大小相近,若浑天说认为大地的形状是球形,那么「孤居于内」的球形大地就没办法将天空中的二十八宿以及周天度数平分,只有平面大地才能做到这一点。

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根据《灵宪》还原的浑天说宇宙模型

以上说的内容只是针对浑天说和盖天说在早期(两汉)的面貌。古代很长,各种理论毫无疑问会随着时代发展出现改变。
回到问题本身,从「月球是个球」到「地球也应该是个球」这个看似简单的逻辑其实并非那么显然。当我们抛开一切现代自然科学知识体系,去拥抱如上述这些古人的「过时智慧」时,你就会感受到月球和地球并不是两个会有直接联系的事物。不管是浑天说还是盖天说,月球都只不过是天空日月星辰中的一员,如何能跟与整个「天」等量齐观的「地」相提并论?
即便是笃信「地球是个球」的古希腊学者们,他们的论证思路也不是「因为『月球是个球』所以『地球是个球』」。按照当时流行的物质理论,月球与地球呈现球形的原因是不同的:地球由土元素聚集而成,土元素天然有朝宇宙中心运动的倾向,会围绕宇宙中心呈对称排列,而对称排列的最终结果是球;月球处于充满以太的月上世界与其余四元素所在的月下世界的临界位置,其物质组成是第五元素以太,由以太构成的物体都是完美的球形,因此月球是一个球。
另外我们可以看看被誉为「集古希腊天文学之大成」的《至大论》是如何从观测的角度论证地球是个球的。在《至大论》第一卷第四章「地球整体上感觉也是球形的」中,作者托勒密给出了若干论据论证地球是球形,我试着归纳一下。
第一个论据是时差:
我们看到日、月或者其他某个特定星体在地球上的不同观测者看来并不是同时升起或落下,对东边的人而言会早一些(升起或落下),对西边的人晚一些......我们发现在时刻上的差异与两地的距离成正比......如果地球是球形的,那么出现时差现象是很自然的事情。但是问题来了,有时差现象是否就可以推导出地球是球形呢?显然是不可以的,时差现象只是地球是球形的必要不充分条件,其他形状的地球也可以出现时差现象,例如《至大论》提到的圆柱地球论,甚至我们可以加入一些假设,这样即使地球是平的,也可以产生时差现象。如《周髀算经》为了解释日出日落以及昼夜变化,提出太阳光的照射范围是有限的,只能覆盖以直射点为圆心,半径 167000 里的圆形范围,同时人眼的视野范围也是这个大小。不难发现引入太阳光以及人眼视野范围有限的假设后,时差现象也解释得通了。
一个论据论证地球是球形还是比较吃力的,于是《至大论》马上给出第二个论据——星空在南北方向上的变化:
事实上,我们越朝北走,就会发现南边看不到的星星越多,同时北边看到的星星也越多。地球在东西方向以及南北方向都是个曲面,这样就可以说明地球是个球吗?

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图︱VICE

一个甜甜圈状的,人类居住在甜甜圈外侧的地球也符合描述。
《至大论》在这一章末尾还描述了航海中的一个现象,可以看作第三个论据:
当我们从任意方向航行靠近海岸上的山时,我们首先看到的是山巅,然后才是山腰和山脚......而这是由于海平面的弯曲造成的。海平面都是弯的,地球总该是个球了吧?

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图︱VICE

甜甜圈地球的海平面也是弯的。
可见只是观测上的证据,并不能让古希腊学者严格证明地球只能是个球。美国科学史家、科学哲学家托马斯·库恩指出,除了观测证据,美学上的考虑也让古希腊学者们坚定了球形地球的想法:宇宙的形状应当是完美的,宇宙中的各种天体也是完美的。球形往往被看作是三维空间里最完美的形状,因为球面上任意一点到球面所包裹的空间中心 (即球心) 的距离是恒定的,这是其他常规几何形状所不具备的特点。因此,宇宙本身以及各种天体都应该是完美的球形。
<hr/>看了下评论区,似乎有不少人在纠结甜甜圈地球不能完全满足《至大论》当中第二和第三个论据。有这样想法的同学我认为还是不自觉代入了现代思维,觉得可以一直往北/往南走,或者在海上随便航行,看看会不会有反常的现象,从而排除掉甜甜圈地球的假设。我们现在设想的是在两千年以前甚至更早的时代去论证地球的形状,当时人类的技术水平以及观测手段无疑是有限的,他们可以去证明在自己居住或者能触及的有限范围内大地的形状是球形的曲面,但如何能确定整个地球就是规整的球形呢?我们现在可以,而他们当时做不到。

新网东莞分公司 发表于 2023-8-23 12:23:39

回答破千了,这个回答突然火了是我万万没想到的。
回答这个问题时我并没有想着会火,也没有想着会成为一个交流贴,就没有在提出论点后把论据贴出来,只是简单的打了几个古人的著作名。比起像答主 @赵泠 @One Two 等几位答主的回答,我这个回答是没啥质量的。
而且我在面对回复中索取原文和提出质疑的知友时,回复中是带有阴阳怪气的态度的。
正如 @GlenMcCormick 这位知友说的:“我只是单纯为那些质疑来源的朋友们辩护一下,我看到很多对质疑来源的攻击,还有在你贴出来源之后对质疑者阴阳怪气的,我觉得这是不对的。看到一则信息,向发布者索取来源是非常正常且应当被提倡的,这也的确是作者而非读者的责任。嘲讽索取来源的人,在我看来是很反智的。”
阴阳怪气确实不是交流的态度,这算是我在其它回答中对线对多了养成的坏习惯吧,我很多回答中与人互怼互损互相阴阳怪气是常态,该友善交流的时候却改不过来,交流不应该像对线那样互相阴阳怪气、自我抬高、贬低别人。
还有,对于一些疑点,像 @做一颗独立的韭菜 这位知友的回复,能不能把“天箬笠、地覆盘”简单的认为大地是球面,浑天说中的大地是不是球面,有没有否定掉“天圆地方”等,我都只是以我对查到的前人论著的理解来阐述,难免有失偏颇和解释不了的地方,且回复中带有些阴阳怪气。
大家在评论区说的我都看了,能发展成交流贴让我意外,欢迎大家友善交流,一些问题我确实没考虑到。
最后,也感谢评论区一些知友替我说话,互怼互相阴阳怪气确实没必要。
难得我这个喜欢阴阳怪气的人也思想升华了一次(虽然不可能以后也一直正二八经交流),感谢大家。
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这回答是被哪位大佬翻牌了?一下子从几个赞飙到300多。知乎小透明不胜惶恐。
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以下原回答:
你太小看古人了,《周髀算经》《灵宪》《开元占经》等等里不但告诉你地球是球,还告诉我们月亮不发光,而是反射的太阳光。

allyescc 发表于 2023-8-23 12:23:56

是你不知道。不是古人没有。
酉阳杂俎中记载的月球:

http://picx.zhimg.com/v2-82f91157d2417baedb7100e1400b8330_r.jpg?source=1940ef5c
月势如丸。就是球体。还知道:其影,日烁其凸处也。不仅很有3D立体感。而且还知道月球上的阴影是因为阳光照射和其地面凹凸不平引起的。
还有七宝合成。也有点接近。

http://pica.zhimg.com/50/v2-80112fd3271b207b8d6aef81cc31e11f_720w.jpg?source=1940ef5c
另外说的“常有八万二千户修之”,就更神秘了。和现在流传的月球是中空的,可能是外星人修的一个观测堡垒。有些类似了。
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如果说酉阳杂俎的记载还带着点神话般的梦幻,则梦溪笔谈就是标准的科学猜想了:
《梦溪笔谈》中认为:月亮好像一个银制的弹丸,本身是不会发光的,只是由于太阳的照射,它才反射出光来。月初(阴历)的时候人见太阳在月亮的旁边,月光生于月亮的一侧,所以看起来好像钩形。到了月中,太阳距月亮的角度渐大,日光斜照着月亮,月光就渐渐显得圆满。如果我们把一粒弹丸涂上一半白粉,再从侧面看去,有粉的地方看起来就像钩形;从正面看去,便是正圆形。他的这种解释在当时可以说是最接近科学原理的一种解释,而且用弹丸来做比喻,也使人非常容易理解。
又问予以“日月之形,如丸①邪?如扇②也?若如丸,则其相遇岂不相碍③?”予对曰:“日月之形如丸。何以知之?以月盈亏④可验也。月本无光,犹银丸,日耀⑤之乃光⑥耳。光之初生⑦,日在其傍⑧,故光侧⑨而所见才如钩;日渐远,则斜照,而光稍满⑩。如一弹丸,以粉涂其半,侧视之则粉处如钩,对视之则正圜。此有以知其如丸也。日、月,气也,有形而无质,故相值而无碍。”
所以说古人不但知道月亮是球体,还知道月亮本身不发光,是反射的太阳光,月亮之所以有盈亏,是因为太阳照射角度的不同。这些都想到了。(只是前面很对路子,不过后面说月亮太阳为什么相遇但不相碍,原文答是因为都是气体,有形而无质,相值而无碍。则分析错误。但我想古人中也肯定有分析正确的。比如两小儿辩日就提出了问题,什么时候太阳离我们近。小孩子就已经想到了远近问题。)

古人不但知道月亮是球体,月亮不发光,是靠反射的光。居然还知道地球在动。
“地恒动不止,而人不知。譬如人在大舟中,闭牖而坐,舟行而人不觉也。”(《尚书纬·考灵曜》)
不但知道地在动,而且是“恒动不止”,永不停歇的运动。举例也很生动形像,就像在大船上,船在运行,但是如果把窗户关了,都不知道船在动。

当然应该还有很多很多。但我知道的就这么多,还有我不知道的。还有古人想出来,没来得及记载在书上,有还书上有记载,但是书没有流传下来。还有书有流传,但后来因为战乱等原因消失了,只留其名但永远消失的古籍。

所以,只能说我不知道古人,不能说古人没想到过。

<hr/>补更:
不好意思,经网友指出,题目看错了。是我太粗心了,向各位致歉。
再补充回答。

地球是球体这件事。
虽然汉代的张衡早就提出地如卵黄说,但我总觉得他更多的是明确表示天体是浑圆。因此他的学说也被称为浑天说。地圆说并没有侧重表述。
也许是受张衡的影响。三国时候也有有类似的提法
天之形状似鸟卵,地居其中,天包地外。犹壳之裹黄,圆如弹丸。提出这个观念的是王蕃,三国时吴国人。
这两位更多的侧重在表述天体是圆球说,张衡更是改进了浑天仪,但对地圆一说二人则是一笔带过,没有详尽的表述说明,对于这道题目而言,真是憾事。

真正明确提出地是圆球的是赵友钦。元代人。他是赵光义的十三世子孙。
赵友钦在《革象新书》中,首次明确论证了“地圆说”。他指出:
“地体虽浑圆,百里数十里不见其圆,人目直注,不能环曲。试泛舟江湖,但见舟所到之处隆起,而水之来不见其首,水之去不见其尾。洞庭之广,日月若出没其中,远山悉在环曲下,不为障也。测北极出地高下(即纬度差异),及东西各方月食之时刻早晚(即经度差异),皆地体浑圆,地度上应天度之证。”
明确提出出地也是圆的,地圆和天圆是同步的。不仅是一种观点,更从北极星及月食的观测等来推导地球是圆的。
并在书中继续举证:
周髀言东方日中西方夜半皆以地亦浑圆周髀算经的成书大概在公元前1世纪,那时候的人就有东方是白天,西方是夜半的论述,赵友钦引用并更进一步指出这是因为地球是圆的引起的。

北京泥人 发表于 2023-8-23 12:24:21

《新唐书·志第二十一·天文一》里记载了一套完整的通过测影法计算纬度,并通过纬度对应弧长估算中国各个地区之间距离(地球弧长)的方法和测量记录。其原理符合科学,方法严谨,结果也已经和现代科技手段相差无几了。
虽然按照严谨的理论来说这些“纬度”计算的是当地地面垂线的延长线(天顶)在天球上的赤纬。但事实上根据球体性质,天顶赤纬就是地球上的纬度。整套方法都是在利用球体性质。
也不排除可能是古人真的不知道地球是球体只知道能这么计算,但是可能性比较小。毕竟每个地方天顶投射在天球的不同纬度上,联想到地面也是球体是自然而然的事情。
当然,由于古代没有可以精确计时的工具,测量地球经度非常困难,因此上述方法中普遍缺少经度的修正。如果包含经度修正甚至球面勾股的话,那就能百分之百肯定古人在做上述研究时明确知道地球是球体。
甚至还有传说说到古希腊更早进行过类似实践,但是相关信息没有新唐书那么严谨。
因此大致可以相信,古人至少早在1300年前就可能知道地球是球体并且会利用球体相关性质进行科学研究了。

sunnylong 发表于 2023-8-23 12:24:29

因为你穿越了。在我们这个世界线上,世界各国的古人早就提出了地球是球体的说法,而且他们经常不需要拿月球作为论据。
公元前 6 世纪后半叶,古希腊学者毕达哥拉斯提出大地为球形。公元前 5 世纪,古希腊学者里持这种看法的人有所增加。后来亚里士多德进一步论证支持此说,他提出“在埃及能看到的一些星星,在北方地区是看不到的,这说明大地是曲面”,并提出月食时的黑影是地球投下的阴影,这是地球为球体(或者在十分巧合的情况下是圆盘)的证据——这个证据并不显著好于“你去海边看看帆船,看出海的船是先看不到船体、后看不到桅杆,看回来的船是先看到桅杆、后看到船体”,看船也可能不如看山清晰。
公元前 240 年左右,埃拉托色尼通过在亚历山大港和塞尼(现在埃及的阿斯旺)两地观测日影,估算地球周长为 39690 千米到 46620千米。
公元 8 世纪,中国科学家一行派太史监南宫说在现在的河南境内进行弧度测量,得出“子午线上纬度每差一度,地面相距约 132 千米”的结论,比现代测出的 110.95 千米长约 21 千米。这是世界上第一次实地弧度测量。赵友钦指出“测北极出地高下,及东西各方月食之时刻早晚,皆地体浑圆、地度上应天度之证”。
公元 10 世纪左右,波斯学者比鲁尼通过三角函数算出地球半径约 6339.9 千米,比现代平均值 6356.7 千米少了不到千分之三。
公元 17 世纪末,英国的牛顿和荷兰的惠更斯首次提出地球是两极略扁的椭球。19 世纪初,地球椭球体的扁平率被确定为 1/300。20 世纪 60 年代以来,该数值被修正得接近 1/298.25。

中国古代的宇宙学说主要有三种:浑天说、盖天说、宣夜说,并称为“论天三家”。
《晋书·天文志》记载:
古言天者有三家,一曰盖天,二曰宣夜,三曰浑天。汉灵帝时,蔡邕于朔方上书,言“宣夜之学,绝无师法。《周髀》术数具存,考验天状,多所违失。惟浑天近得其情,今史官候台所用铜仪则其法也。立八尺圆体而具天地之形,以正黄道,占察发敛,以行日月,以步五纬,精微深妙,百代不易之道也。官有其器而无本书,前志亦阙”。
……宣夜之书亡,惟汉秘书郎郗萌记先师相传云:“天了无质,仰而瞻之,高远无极,眼瞀精绝,故苍苍然也。譬之旁望远道之黄山而皆青,俯察千仞之深谷而窈黑,夫青非真色,而黑非有体也。日月众星,自然浮生虚空之中,其行其止皆须气焉。是以七曜或逝或住,或顺或逆,伏见无常,进退不同,由乎无所根系,故各异也。故辰极常居其所,而北斗不与众星西没也。摄提、填星皆东行,日行一度,月行十三度,迟疾任情,其无所系著可知矣。若缀附天体,不得尔也。”《隋书·天文志》基本重复了上述记载。唐朝时,方炯写《浑天赋》驳斥盖天说与宣夜说。
浑天说起源于战国时期,后来不断有发展和补充。东汉天文学家张衡在《浑天仪注》中提出天是一个圆球,而不是盖天说所说的半球;大地也是球形的,地在天之中,类似于鸡蛋黄在鸡蛋内部。
战国时期,盖天说也从简单的“天圆如张盖,地方如棋局”改为“天似盖笠,地法覆槃”:天像斗笠那样覆盖着大地,地像倒放的盘子那样有弧度。
宣夜说一般可追溯至《庄子·逍遥游》和列子的书,在上述古籍里通常表述为东汉秘书郎郗萌的一段文字。该学说认为并无有限的“天球”,日月星辰自然诞生在虚空中,在气的推动下运行。
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