从地心模型到日心模型
亚里士多德的运动理论
• 物质的本质是：冷、热、湿、
燥，两两结合形成四种元素：
土、水、气、火；
• 月下的物体有生有灭，由上
述四种元素构成；月上的天 体则完美而永恒，由第五种 元素构成。
亚里士多德（前384-前பைடு நூலகம்22）
• 每个物体都有各自的天然位置，只要不受阻 挡，它们就会试图到达自己的天然位置。 • 构成月下物体的元素的自然运动是直线运动，
哥白尼（1473-1543）
• 在他生命中余下的31年中，他花了大量时间在教 堂的小塔上用肉眼仔细观察行星，并用粗糙的自 造仪器作了数不清的测量。他将剩下的空闲时间 都用于改进他关于天体运动的新理论。
• 哥白尼的日心模型仍采用均论和本轮的图式描述
行星的运动，但是现在太阳是均论的中心，地球
则是一颗绕太阳旋转并绕自身轴转动的普通行星。
• 开普勒用一个简单的椭圆取代了每一个组合。
“和谐性需要一种比托勒密理论的复杂蔓延更宜
人的理论。”
——克莱因
“我在内心深处肯定它为真实的，我带着惊人的 狂喜来鉴赏它的美。” ——开普勒
◆科学家往往基于什么目的去寻找新的理论？
◆古希腊的地心模型是建立在亚里士多德的运
动理论的基础上的；如果要为日心说辩护，就 必须建立全新的运动理论。
重元素的自然运动是下落，轻元素的自然运
动则是上升； • 构成天体的第五种元素的自然运动是在天球 上作匀速圆周运动。 ——罗素《西方哲学史》
亚里士多德的运动理论的推论
• 地球静止在宇宙的中心。 • 太阳、月亮和行星在各自以地球为中
心的圆周上匀速运动。
——古希腊天文学公理
希腊天文学远不及巴比伦源远流长，其初 也谈不上精确，但却具有完全不相同的理 念。它是自然哲学家与科学家驰骋其想象 力和推理能力的产物，因此朝着建构宇宙 图像的方向发展。
开普勒行星运动三定律
丹麦天文学家第谷在 1576到1597年的20年 间，观测并记录了太
阳、月亮和行星运动
的大量精度非常高的 数据，发现托勒密的
地心模型和哥白尼的
日心模型都与观测结
果不符。
第谷（1564-1601）
曾作为第谷助手的开普勒 花了四年的时间，发现最 接近第谷的火星数据的哥 白尼轨道仍然差了 8′，
——陈方正《继承与叛逆》
“拯救现象”——柏拉 图
行星在逆行期间比其他时间更亮
地心模型
日心模型
等分点——托勒密
古希腊的地心模型
哥白尼的日心说
• 阿里斯塔库斯利用当时的数 据计算了太阳、月球和地球 的大小，直觉上认为让较小
的地球绕着较大的太阳旋转
在物理上更为合理。 • 毕达哥拉斯学派认为，自然 现象可以用简单、和谐的数 学关系加以描述。
就是因为这个可归为观察
误差的差别，开普勒放弃
了匀速圆周运动组合的方
案，十六年后找到了答案。
开普勒（1571-1630）
小结：
• 古希腊地心模型在以地球为中心的基础上，为 了与越来越精确的观测相一致，不得不越来越 繁琐和臃肿（77个本轮）； • 哥白尼日心模型将太阳作为均轮的中心，只用
了34个圆来描述行星的运动；