科普伴读 | 时间简史（002）
人类对于宇宙图像认识的历史，霍金先生是从亚里士多德开始讲起的。
书中写道：
希腊哲学家亚里士多德在他的《论天》一书中，就已经能够对于地球是一个圆球而不是一块平板这一论点提出两个很好的论据。——《时间简史》
这段翻译文字，我做了一些修改：“希腊哲学家亚里士多德在他的《论天》一书中，提出了两个很好的论据，证明了地球是一个圆球而不是一块平板的论点。”
我们知道“论点”是要依靠“论据”来“证明”的。亚里士多德究竟有哪些“证据”可以用来“证明”地球是圆球的“论点”呢？
第一，他认为月食是由于地球运行到太阳与月亮之间而造成的。地球在月亮上的影子总是圆的，这只有在地球本身为球形的情况下才成立。如果地球是一块平坦的圆盘，除非月食总是发生在太阳正好位于这个圆盘中心之下的时候，否则地球的影子就会被拉长而成为椭圆。——《时间简史》
他先证明了地球是球形的，证明如下：
已知A：月食现象是地球位于太阳和月亮之间，遮挡了太阳光而造成的。
已知B：月食中的影子总是圆的。
结论：地球是球形的。
他又证明了地球不是平坦的圆盘，证明如下：
已知A：月食现象是地球位于太阳和月亮之间，遮挡了太阳光而造成的。
已知B：月食中的影子始终没有出现过椭圆的形状。
结论：地球不是平坦的圆盘形。
这不是三段论，是依靠两个已知的知识推断出一个新的知识，但是亚里士多德在此处的推断是不可靠的，原因是已知A并不是确切的，月食现象的成因在当时也只是一个合理的猜测而已，当然这个猜测最终证明是正确的，这就是后话了。
亚里士多德的第一条的“证明”，由于借助了猜测的知识作为推断的前提，得出的结论也只能是合理的猜测而已。
亚里士多德的第二条“证据”是：
第二，希腊人从旅行中知道，在越往南的地区看星空，北极星则显得越靠近地平线。
《时间简史》
这是一个长期观察的经验积累。其实这条经验也只能证明旅行者从北向南所经过的地区是一个弧形的地面，并不能证明整个地球是一个球体。
古希腊米利都学派的阿那克西曼德就是依据弧形地面的事实，把地球的形状想象成是一个以东西方向为轴的圆柱体，其高度为半径的三分之一。
一个圆柱形的地球！尽管圆柱形的地球和实际地球形状的差异很大，但这种地球形状却是基于观察的经验得出来的，显然比那些不着边际想象出来的地球模型离真相近了一步。提出地球是球形的人据说是曾求学于阿那克西曼德的毕达哥拉斯。毕达哥拉斯之所以认为地球是一个球体，估计是基于他的类比推理：因为月球和太阳是球体，所以地球也应该是球体。在他的这个类比推理中似乎还隐含着他的一个价值判断：球体是完美（事物）的形状。我尝试用三段论的形式来呈现毕达哥拉斯的推断：
亚里士多德继承了毕达哥拉斯的观点。在当时，地球是一个球体的认识并不是民众的常识，而是一个极其另类的观点。因为在当时，主张地球是球体的人要面对一些无法回答的问题。这些问题是：既然地球是一个球体，那么居住在地球下方的人是不是脚朝上、头朝下倒悬着生活？这些倒悬着的人为什么不会掉下去？如果这些问题得不到合理的解释，地球是一个球体的观点就一定会遭遇到质疑。当传教士汤若望向清朝官员阐述地球是一个球体的观点时，也遭到类似的质问。士大夫杨光先在《不得已》一书中写道：“若四大部州，万国之山河大地，是一个大圆球……球上国土之人之脚心与球下国土之人脚心相对……竟不思在下之国土人之倒悬……有识者以推理之，不觉喷饭满案矣！夫人顶天立地，未闻有横立倒立之人也……世可以见大地之非圆也。”杨光先有如此推断并非是糊涂，而是缺乏应有的知识作为地球是球体观点的支撑。这个知识就是后来牛顿发现的万有引力。
霍金还提出了第三条“证据”，这条证据也来自希腊人长期观察的总结。这条证据是：“地平线外驶来的船总是先露出船帆，然后才是船身。”远离观察者的船舶，只能被观察者看到船舶上端的部分。随着船舶和观察者之间的距离越来越近，观察者就能逐渐从上而下看到船舶的全貌。为什么观察者看不到远处船舶的全貌呢？会不会是因为海洋弧形水面挡住了观察者的视线呢？
亚里士多德不仅凭借三个“证据”推测出地球的球形形状，还计算了地球大圆的长度，最终形成了比较系统的宇宙图像。
亚里士多德认为地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动。他相信这些，是由于神秘的原因，他感到地球是宇宙的中心，而且圆周运动最为完美。
《时间简史》
书中翻译的这段文字，可以稍微做一下修改：“亚里士多德认为地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动。他之所以这样认为，是因为出于神秘的原因，他认为地球是宇宙的中心，而圆周运动是最完美的。”这段文字为我们描绘了亚里士多德的宇宙图像，你能借助文字的描述，在你的头脑中勾画出这个宇宙图像吗？因为地球居于宇宙中心的特殊位置，所以地球是固定的、是静止而不运动的；因为圆周运动是最完美的，所以围绕地球转动的诸多星体的轨道形状也是圆形的。在亚里士多德看来，无论是地球在宇宙中的特殊位置还是完美的轨道形状都是源于某种“神秘的原因”。亚里士多德的宇宙图像随后又被“托勒密精制成一个完整的宇宙学模型”。托勒密的宇宙图像和亚里士多德完全一样吗？为什么我们把托勒密的宇宙图像称为“完整的宇宙学模型”？托勒密又是用什么方法来“精制”这个宇宙模型的呢？
托勒密在观察星空
