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数据科学家养成手册 1.3 托勒密的秘密
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如果托勒密这个名字你不熟悉,“地心说”你估计不会陌生。托勒密就是“地心说”的集大成者。
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克罗狄斯·托勒密(Claudius Ptolemaeus,约90年~168年,如图1-12所示),古希腊天文学家、地理学家、占星学家和光学家。他著有4本重要著作,分别是《天文学大成》(Almagest)、《地理学》(Geography)、《天文集》(Tetrabiblos)和《光学》(Optics)。
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图1-12 克罗狄斯·托勒密
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其中,《天文学大成》这本书受到世人的赞誉当属最多。这本书总结了当时近500年的希腊天文学和宇宙学思想,并统治天文学界长达13个世纪,直到15世纪才被哥白尼的“日心说”推翻。在托勒密的认知体系下,假设宇宙是以地球为中心的,所有天体以均匀的速度按圆形的轨道绕转。
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我们在中学物理课上就已经学过,实际上,“天体的运动以变速按椭圆轨道绕地球以外的各天体中心运动”的描述最为简洁。例如,可以描述地球围绕太阳公转就是在一个椭圆轨道上,而太阳就在这个椭圆的其中一个焦点上。然而,托勒密认知的局限性显然没有让他认识到这一点。毫无疑问,这种假设与观测到的天体运动特性也有差距。
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所以,要想维护原来的基本假设,就要考虑用一些非常复杂的几何形状来进一步做补充解释。托勒密使用了“秘密武器”——3种复杂的原始设想——本轮、偏心圆和均轮(如图1-13所示)。在加入这些辅助模型后,他能对火星、金星和水星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,尺度和周期将发生冲突。而且,这种模型的问题还是刚才说的——描述起来太复杂。
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图1-13 托勒密的均轮和本轮模型
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说到这里,也许有些读者朋友会觉得托勒密也没什么了不起,写了半天还写了个错误的理论。可是,这种理论在当时的场景局限下也是一种可以被印证的理论,不然也不可能成为传世之作,而且一传就是13个世纪。至于后来教会对“日心说”的提出者——尼古拉·哥白尼(1473年2月~1543年5月)的迫害,也跟托勒密没什么直接关系,毕竟罗马天主教廷是因为“日心说”违反《圣经》才这样做的。
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托勒密的成就在于自己建立了一套相对完备的、自圆其说的天文运行系统,而且是在单筒望远镜发明前1000多年(10)就已经进行了相对精确的定性与量化,演算模型也相对完整,这在当时实属不易。客观地说,“日心说”也好,“地心说”也好,只要整个体系描述不矛盾就行,把哪个天体当成这个“不动”的中心参考点都可以,区别只在于对描述其他天体运行状态时的复杂度不同。想想看,是不是这样?
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数据科学家养成手册 1.4 牛顿为什么那么牛
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艾萨克·牛顿(Isaac Newton,1643年1月~1727年3月,如图1-14所示)爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的全才,著有《自然哲学的数学原理》(Philosophiae Naturalis Principia Mathematica)、《光学》等。
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图1-14 艾萨克·牛顿
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1.4.1 苹果和三大定律
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我们每个人都很熟悉牛顿的名字,估计大部分人第一次听说他,都是因为那个被苹果砸了脑袋之后“脑洞大开”,提出万有引力的故事(如图1-15所示)。近年来,也有人说这个故事不过是杜撰而已。
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