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给孩子讲宇宙 第1讲 地球是什么样的
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小朋友们应该都很熟悉微信的登录画面。一个孤独的小人,默默地看着一个蓝白相间的大圆球漂浮在茫茫太空之中。这其实来源于一张真实的图片,名叫蓝色弹珠,是由阿波罗17号飞船的宇航员于1972年12月7日在太空中拍摄的。这个悬浮在太空中的大圆球,其实就是我们脚下的这片大地的全貌。
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但如果再继续追问:“为什么大地是这个样子的?你是怎么知道的?”,恐怕很多小朋友就说不出个所以然了。其实大地到底是什么样的,是一个非常古老的问题,人类的各个主要文明对此都有自己的猜想。
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比如说,中国历史上就长期存在着盖天说和浑天说的争论。周朝时,人们都相信盖天说,认为“天圆如张盖,地方如棋局”;也就是说,天像一把圆形的大伞,笼罩在像一个正方形棋盘的平坦大地上。而汉朝天文学家张衡更青睐浑天说,认为“浑天如鸡子,地如鸡中黄”;换句话说,天像一个巨大的鸡蛋壳,里面包裹着像蛋黄般的大地。
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再比如说,古印度人认为,大地被驮在四头大象的背上,而四头大象又站在一只大海龟的背上。关于这个传说,还有一个好玩的故事。著名科学家罗素曾做过一个描述我们所生活的这个世界的演讲。演讲结束之后,一个坐在后排的老妇人站起来,大声说:“你完全是在胡说八道!大地其实是被驮在一只大海龟的背上的。”罗素很有涵养地问:“那大海龟又站在什么上面呢?”老妇人答道:“你确实很聪明,年轻人。不过那是一只驼一只,不断驼下去的海龟塔。”
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古人这些关于大地的猜想是对的吗?咱们可以用一个实验来检验一下。现在我们从我国首都北京出发,坐飞机往东飞,大概飞上13个小时,就会到达美国最大的城市纽约。然后从纽约出发,继续坐飞机往东飞,大概飞上7个小时,就会到达英国首都伦敦。再从伦敦出发,继续坐飞机往东飞,大概飞上11个小时,你猜怎么着,我们又会飞回到最开始出发的北京。
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这个实验能告诉我们一件事:大地肯定是弯曲的,而不是平坦的。因为在这个实验中,我们一直都贴着大地表面往同一个方向飞。如果大地是平坦的,我们只会越飞越远,永远都没法飞回来。但事实上,我们飞着飞着,居然又飞回了出发的地方。这意味着大地本身必须是球形的,否则我们不可能在不知不觉间悄悄地绕回来。仅凭这一点,我们就可以确定微信的大地图像比较靠谱,而古人的那些猜想都是错的。
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你看,我们很轻松地证明了大地是球形的。但在没有先进交通工具的古代,人类可费了很大的力气才搞明白这件事。世界上第一个科学地论证大地是个圆球的人,是古希腊大哲学家亚里士多德。
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亚里士多德出生在古希腊一个非常富裕的家庭,他爸爸是马其顿国王的宫廷御医。17岁那年,亚里士多德进入了当时世界上的最高学府,雅典的柏拉图学园。这是由大哲学家柏拉图开办的学校。和我们今天的学校完全不同,柏拉图学园里没有一座教学楼,取而代之的是一个大公园;学生就像来参加聚会一样与柏拉图一起在公园里讨论、吃吃喝喝。估计有不少小朋友都会向往这样的学校。
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亚里士多德
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亚里士多德天资聪慧,很快就从学生中脱颖而出。柏拉图很赏识他,管他叫“学园之灵”。亚里士多德也非常敬爱自己的恩师,写了不少诗来赞美柏拉图。不过亚里士多德是一个很有主见的人,他并没有全盘接受柏拉图的学术观点。有一次学园集会,亚里士多德甚至当着众人的面毫不客气地反驳了柏拉图的观点。有人跳出来指责他不懂得尊敬老师,亚里士多德的回应后来成了千古名言:“吾爱吾师,吾更爱真理”。
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或许是因为学术观点的差异,柏拉图并没有选择亚里士多德做他的接班人。柏拉图死后,亚里士多德也离开了他生活了20年的雅典。在希腊各地漫游了几年后,他接受了马其顿国王的邀请,回到了他童年生活过的地方。在那里,他遇到了第二个影响他一生的人,一个13岁的矮个子男孩。那就是后来威震天下的亚历山大大帝。
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此后的几年,亚里士多德一直陪伴在亚历山大的身边,把希腊文明的精髓都传授给这个世界未来的君王,并和他建立了很深厚的个人感情。八年后,亚历山大继承了马其顿的王位,并且很快就征服了那些想闹事的希腊城邦。野心勃勃的亚历山大并没有就此满足,马上又把目光投向了东边的波斯帝国。就在他远征波斯前夕,亚里士多德作为国王的特使重回雅典。靠着亚历山大资助的大量土地和金钱,亚里士多德终于实现了自己的梦想,在当时的世界学术中心雅典建立了一个自己的学园。
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亚里士多德是个很奇怪的老师,他不喜欢坐着讲课。上课的时候,他总要带着学生在花园里漫步,边走边讨论学术问题。正因为如此,人们把亚里士多德及其门徒称为“逍遥学派”。亚里士多德根据他的讲课笔记撰写了大量的学术著作,这就是历史上最早的教科书。这些著作的研究范围涵盖了当时人类所能涉及的一切领域,这让亚里士多德成了当时世界上最博学的人。在其中的一部著作《论天》中,亚里士多德第一次科学地论证了为什么大地是个圆球。
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他是怎么发现这件事的呢?其实很简单。小朋友们都知道,在晴天出太阳的时候,我们总能在地面上看到自己的影子。这是由于我们的身体挡住了太阳光,让它无法照射到我们身后地面的缘故。更细心的小朋友还会发现,我们影子的形状其实和我们的身体差不多。换句话说,只要能知道一个物体影子的形状,我们就能大致推断出这个物体到底长什么样。亚里士多德就想,既然我们搞不清整个大地的形状,那我们能不能弄清大地影子的形状呢?幸运的是,我们确实能看到大地在天上的影子,这就是所谓的月食。
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下面给大家看一张描述月食发生过程的图。本来好好的圆月,像是被什么东西给弄脏了似的,突然就黑了一块;黑色的斑块还会渐渐变大,最终吞没整个月亮。古时候,人们普遍觉得月食是件很不吉利的事情。比如,中国古代就流传着天狗吃月亮的传说,人们认为月亮是被一只凶恶的大狗给吃了。所以月食发生的时候,家家户户都要走上街头敲锣打鼓,好把这只恶狗给吓跑。不过在两千多年前,古希腊人发现,月食其实是大地飞到了太阳与月亮之间,挡住太阳光后留下的影子。亚里士多德仔细地观察了几次月食,发现了一件很有意思的事:每次月食时遮住月亮的黑斑,其边缘总是呈圆弧形。他据此推测出大地的影子应该是圆的,而这就意味着大地本身也应该是圆的。
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当然,观察月食时看到的毕竟只是大地的影子,并不能作为推断大地形状的直接证据。要想从根本上证明大地是球形的,必须要像我们开始时做的实验那样,从某个地方出发,沿着一个方向一直走,最后还能回到出发点。这是一件非常困难的事,最早完成这一壮举的,是葡萄牙著名航海家麦哲伦。
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