中國古人論證「地圓說」:元朝時成功論證,比古希臘更科學

2022年11月14日08:56:17 科學 1401

教科書告訴我們,在對地球形狀認知上,古希臘走到了前面,畢達哥拉斯認為圓形最為完美,於是就認為地球是圓的,亞里士多德總結了三個科學辦法論證地圓說,而中國卻一直認為「天圓地方」,直到明末才從西方傳教士那裡獲悉地球是圓的。

然而鮮為人知的是,教科書講述得並不準確,中國古人很早就在探索地球形狀,經過數千年的艱苦探索,一步一個腳印,清晰可見,最終在元朝時發現地球是圓的。更為重要的是,中國古人論證的「地圓說」,要遠比古希臘的更為科學、更為可信!

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春秋時期,中國人已有「天圓地方」的概念,但「天圓地方」不是「地平說」,不是七年級地理教科書中所說的「地面是平的,天空是倒扣著的一口巨大的鍋」,而是陰陽學說的一種體現。

孔子晚年的弟子曾子說過:「如誠天圓而地方,則是四角之不掩也。」換言之,如果真的是天是圓的、地是方的,那麼四個角就蓋不住了。

於是,曾子解釋:「天道曰圓,地道曰方,方曰幽而圓曰明。」因此,天圓地方探討的是天之道、地之道,探討宇宙自然規律,其中「天圓」是指「天時」如六十甲子一般周而復始,「地方」是指描述方位的「東南西北」的「四方」觀念。

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戰國時期,中國天文學進一步發展,其中最為著名的代表人物是魏國石申與齊人甘德,他們繪製了世界上最古老的恆星表,一共記載了八百顆恆星的名字,測定了一百二十顆恆星的方位,還提及日食、月食是天體相互掩食的現象,漢朝時將兩人成就彙編成《甘石星經》。

星表非常重要,不僅提供了研究體系,而且還留下了戰國時恆星位置圖,對後世影響深遠,也給後世留下了珍貴的天文觀測資料。

東漢時期,中國人對地球形狀的認知又進了一步,東漢張衡提出渾天說」,他在《渾天儀注》記載:「渾天如雞子。地如蛋中黃,孤居於內,天大而地小。」其中,「地如蛋中黃」指地球猶如蛋中之黃。(下圖,張衡渾天儀

當然,無論是教科書,還是各種專業書籍,都認為張衡渾天說並沒有明確認識到地球是圓形的。客觀地說,張衡沒有給出地圓說的理由,因此渾天說不能作為「地球是圓的」的證據。

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唐宋元時,中國古人對地球認知達到頂峰,最終發現「地球是圓的」。

新舊唐書的天文志記載,唐朝僧人一行奉命制定《大衍曆》時,在13個點觀測了北極星的高度,最南端在林邑(今越南境內),最北段在鐵勒(今俄羅斯境內),發現兩者之間相差30多°,由此發現了緯度。

元史》記載,郭守敬奉命制定《授時歷》時,在27個點觀測北極星高度,最南端在南海,最北端在北海,發現兩者之間相差50°,不同地點北極星高度存在差別,由此再次確認緯度存在。

確認緯度差別,並不足以論證地球是圓的,但元朝還有一項天文觀測,即對經度的觀察,由此確認地球是圓的。

《元史》記載,為了制定《西征庚午元歷》,耶律楚材同時測量了尋斯干城和開封城的月食,發現尋斯干城的月食比開封的早了約1更半,由此發現了經度的存在。

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經度存在差別,維度存在差別,再結合其他現象,理論上足以證實地球是圓的了,這也是麥哲倫環遊地球實證「地圓說」之前最科學的驗證辦法。

趙光義十三世子孫趙友欽(見下圖)在《革象新書》中指出,「測北極出地高下(緯度差異),及東西各方月食之時刻早晚(經度差異),皆地體渾圓,地度上應天度之證。」其中的「地體渾圓」,不是「地圓說」又是什麼!

在此基礎上,元朝製作了世界上第一台地球儀。《元史》記載:「其制以木為圓球,七分為水,其色綠,三分為土地,其色白。畫江河湖海,脈絡貫串於其中。畫作小方井,以計幅圓之廣袤、道里之遠近。」

或許,元朝地球儀還比較原始,但確確實實是世界上第一台地球儀!

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以上就是中國人探索地球形狀的過程,歷經數千年,貫穿數個王朝,耗費無數人力物力,一步一個腳印。更為重要的是,中國人通過確定經緯度的差別,實現對地圓說的論證,明顯要比古希臘的更科學。

古希臘文明對地圓說的論證,主要成就來自亞里士多德,他總結出三個科學方法來證明大地是球形:「桅杆證地圓」、「越往北走,北極星越高,越往南走,北極星越低」、「月食證地圓,即地球反映在月球上的影子是彎曲的」。

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其中,「桅杆證地圓」不可信,上海電視台曾做過相關試驗,因為人的視力有限,很難看清遠處的桅杆。而且,元朝趙友欽也指出這種方法不靠譜。因此,亞里士多德的「桅杆證地圓」之說,極有可能是望遠鏡被發明之後西方人的杜撰。

至於後兩種方法,實際上也不能確定地球是圓的,原因很簡單,如果地球是圓柱體的話,一樣會出現這兩種現象。因此,中國對地圓說的論證,顯然要比古希臘的更科學。

令人不解的是,在緯度探索上,唐朝、元朝任命頂級科學家,耗費大量人力物力,使用很多當時的精密儀器,才發現維度的差別,不同地區的北極星高度不同,但亞里士多德憑藉一雙凡胎肉眼、短時間內就能發現南北北極星高度差別?何人、何時、何地、用何觀測,觀測數據何在?另外,在2000多年前,古希臘人怎麼知道「月食是由地球的陰影造成的」?

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總而言之,亞里士多德論證的地圓說,結論沒有問題,但過程卻充滿謎團,彷彿是看到答案之後的拼湊論證過程,相比之下中國古人通過經緯度的差別論證地圓說,無疑更為可信、更為科學。

最後筆者認為,雖說長期以來,中國古代主流觀點是「天圓地方」,但又的確論證了地圓說,且方法比古希臘的更科學,因此教科書上在介紹人類探索地球形狀時,或許應該加入相關內容,而不是讓西方獨享論證地圓說的榮譽。

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