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101表示10=10
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102表示10×10=100
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103表示10×10×10=1000
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104表示10×10×10×10=10000
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等等
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例如,地球的周长可以表示为:40100千米=4.01×10000千米=4.01×104千米。
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指数计数法是一种简洁的表达,否则将需要用很多个零。10N的另一种考虑是省去1后面的N个零,故103是1后面三个零,即1000。
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指数计数法也可用于书写非常小的数:
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10-1表示1÷10=0.1
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10-2表示1÷(10×10)=0.01
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10-3表示1÷(10×10×10)=0.001
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10-4表示1÷(10×10×10×10)=0.0001
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等等
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虽然阿里斯塔克斯对测量到太阳的距离有贡献,但比起他对宇宙的惊人准确的概述,这只能算是一个小小的成就。他试图清除掉有关宇宙的那种出于直觉的(但却是不正确的)图像,即地球是一切的中心的图像,如图6(a)所示。与此相反,阿里斯塔克斯的不太显然(但却是正确的)图像是:地球是绕着一个更占优势的太阳旋转,如图6(b)所示。阿里斯塔克斯还说对了一点:地球绕自身轴线自转的周期是24小时,这就解释了我们每个白天面朝太阳,每个夜晚背对着它的原因。
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阿里斯塔克斯是一位受人尊敬的哲学家,他的天文学思想众所周知。事实上,他的太阳中心宇宙论是由阿基米德记录下来的。阿基米德写道:“他的假设是:恒星和太阳都是不动的,地球围绕太阳做圆周运动。”然而,哲学家们完全摒弃了这种非常精准的太阳系图像,致使太阳中心说的想法在随后的一千五百年里消失了。古希腊人被认为是聪明人,但为什么要拒绝阿里斯塔克斯的有见地的世界观,而坚持以地球为宇宙的中心呢?
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以自我为中心的态度可能是地球中心论世界观背后的促成因素,但人们之所以偏爱地球中心论的宇宙而不看好阿里斯塔克斯的以太阳为中心的宇宙,还有其他原因。日心世界观的一个基本问题是它看起来太过荒谬。事情看上去很明显,太阳每天围着静态的地球旋转而不是相反。总之,以太阳为中心的宇宙有悖于常理。但是,优秀的科学家不应该被常理所左右,因为事情往往是基于科学道理。爱因斯坦就谴责过常识,宣称它是“18岁之前形成的各种偏见”。
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图6 图(a)表示的是古典的但不正确的以地球为中心的宇宙模式,其中月亮、太阳和其他行星都绕着地球做轨道运行。甚至几千颗恒星也绕着地球转。
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图(b)表示的是阿里斯塔克斯的以太阳为中心的宇宙图像,其中只有月球绕地球转。在这种图像下,恒星形成宇宙的静态的背景。
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希腊人拒绝阿里斯塔克斯的太阳系的另一个原因是它显然未能经得起严谨的检验。阿里斯塔克斯建立的宇宙模型应该是符合现实的,但人们并不清楚他的模型是准确的。难道地球真的围绕太阳在转?批评者指出,阿里斯塔克斯的太阳中心模式有三个明显的缺陷。
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首先,希腊人认为,如果地球在动,那么我们就会感觉到始终有风在吹向我们,我们应感觉到脚下的地面在动。然而我们并没有感觉到这样的风,也没有觉得地面在动,所以希腊人的结论是:地球必定是固定不动的。当然,地球确实是动的,我们之所以感觉不到这种掠过空间的速度,是因为地球上的一切都与它一起运动,包括我们自身、大气和地面在内。希腊人还领悟不了这种说法。
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第二个成问题的观点是,运动的地球与希腊人对引力的理解不相容。正如前面提到的,传统的观点认为,一切事物都倾向于向宇宙中心运动,而地球已经处于这个中心,所以地球是不动的。这个理论非常有意义,因为它解释了苹果为什么会从树上落下来向着地球中心运动,因为它们受到宇宙中心的吸引。但如果太阳是宇宙的中心,那么为什么物体会落向地球?相反,苹果不应该从树上掉下来,而应该被吸向太阳——事实上,地球上的一切都应该落向太阳才对。今天,我们对引力有了更清晰的认识,这使得日心说的太阳系变得更好理解。现代引力理论描述了大质量地球附近的物体是如何被地球所吸引的,同样,行星的轨道运行是受到更大质量的太阳的引力使然,然而这样的解释超出了希腊人的有限的科学知识范围。
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哲学家们拒绝阿里斯塔克斯的日心宇宙说的第三个原因是,恒星的位置没有明显的变化。如果地球绕着太阳飞驰过巨大的距离,那么我们应该会在一年里从不同的位置来看宇宙。我们不断变化的位置意味着从不同的角度看宇宙,我们应该能看到星星之间彼此的相对移动,即所谓的恒星视差。这种局部的视差现象你向正前方伸出一根手指就可感觉到。闭上左眼,用右眼看手指附近的物体,例如窗户的边缘,与你闭上右眼,用左眼看同一物体时所看到的对象会有不同,这就是视差。如果你让两眼的闭合不断地来回切换,你会看到手指似乎在跳来跳去。因此,你变换视角,那么距离手指几厘米外的物体就会有明显的位置移动。其图像如图7(a)所示。
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地球到太阳的距离为1.5亿千米,因此如果地球绕太阳转动,那么6个月后它距原来的位置将有3亿千米远。希腊人发现,在一年的过程中,根本无法探测到恒星位置的任何相对变化,尽管按照地球绕日转动说地球位置存在着巨大的变化。证据似乎再次表明,地球是不动的,是处在宇宙的中心这一结论。当然,地球就是不绕太阳运行,也存在恒星视差,但在希腊人看来,这是因为恒星都十分遥远的缘故。你可以再次进行轮换单眼观察物体的实验来体会这种视差减小的效果:现在充分伸展你的手臂,使你的手指在一米开外。再次用你的右眼去看与手指成一直线的窗户的边缘。这一次,当你切换到左眼观看时,你会发现视差变化比以前显著小了,因为你的手指离得较远,如图7(b)所示。总之,地球不动,但视差的变化会随着距离增大而迅速减小。恒星都非常遥远,因此恒星的视差无法用原始的设备检测出来。
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