关于日心说与地心说

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关于日心说与地心说

- 卢昌海 -

日心说取代地心说是科学史上的重要进展， 在科学与宗教的漫长冲突史上亦有里程碑式的意义。 但这个称得上广为人知的进展对有些人来说， 却有可能会在听闻或知晓了更多的物理之后， 反而陷入了困惑。

困惑的源泉在于： 听闻或知晓一些物理的人大都知道， 运动是相对的。 既然运动是相对的， 那日心说岂不是跟地心说有了平等地位——或者说只是选取了跟地心说不同的参照系， 何以能取代后者？

对此， 常见的回答是： “运动是相对的” 指的是运动学意义上的相对性——日心说与地心说在运动学意义上确实可被视为有平等地位， 但在动力学意义上则不然， 因为以太阳为中心的参照系是一个惯性参照系， 以地球为中心的参照系则是一个非惯性参照系[注一]， 两者的差异是有动力学效应的。 日心说与地心说的优劣之分必须从动力学意义上来理解——具体地说， 日心说之所以优于地心说， 日心说之所以能取代地心说， 是因为惯性参照系优于非惯性参照系， 甚至只有惯性参照系才是 “合法” 的参照系。

这个回答在牛顿力学或狭义相对论的框架中是言之成理的， 但听闻或知晓更多物理的人却也许知道， 哪怕在动力学意义上， 运动依然有一定的相对性， 因为广义相对论将非惯性参照系也视为了 “合法” 的参照系， 并且要求物理规律哪怕在非惯性参照系中也具有相同形式——这被称为广义相对性原理。 如果非惯性参照系也是 “合法” 的参照系， 物理规律在非惯性参照系中也具有相同形式， 那日心说与地心说岂不是在动力学意义上也有了平等地位， 而先前基于运动学和动力学的分野给出的回答岂不是被推翻了？

这个被推进到广义相对论层面上的疑问或 “诘难” 很少有人阐释， 但它当然不应该成为一笔糊涂账， 本文将从几个不同角度来阐释一下。 顺便地， 本文还将对先前那个 “常见的回答” 作出重新检视——检视一下日心说与地心说在运动学意义上是否真的可被视为有平等地位， 以及日心说与地心说的优劣之分是否真的必须从动力学意义上来理解。

本文已收录于电子书《漫话科学哲学》
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2023 年  9 月 26 日完稿
2023 年  9 月 28 日发布
https://www.changhai.org/

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网友讨论选录

• 网友： tjlaoji   (发表于 2023-12-07)

  「从纯几何的观点来看， “日心说” 和原先的 “地心说” 乃是 “原点” 选取上的差异， 并没有本质性的差别。 但是对于理解大自然 (此处是太阳系永恒之舞)， “日心” 和 “地心” 乃是天差地别的。 唯有正确的观点， 才可能展现其精简的规律， 所以正确的观点是探索自然规律的至关重要的起步。」——项武义《千古之谜与几何天文物理两千年》

• 卢昌海   (发表于 2023-12-07)

  项老爷子所表述的那层意思在拙作中也有涉及——作为论述视角之一， 不过它不足以直接回答文首的那种 “诘难”。

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