为什么 作为单个个体的某个古人 很早就知道 地球是球体？ 第1页

这个问题很复杂，我们一步一步来梳理：

地球是球形这一观点，几乎是最经典的反直觉案例。

不爱思考的人，很难接受这个观点，更别提自主提出这一观点了。

事实上，不管是中国还是外国，东方还是西方，都花了很多时间才逐渐认识到。

人类认识到地球是球形的，不是一蹴而就的，而是经历了很多步骤。

下面分三个部分来探讨一下，

一和二是中国和地中海地区人们对地球形状的认识过程，

三是地中海地区人们领先中国人的原因的简单探讨

壹、中国人对地球形状的认识

中国古代，研究天地关系的学说有论天六家，

即：盖天、浑天、宣夜、昕天、穹天、安天。

其中主流有三家，即：盖天说、浑天说、宣夜说。

昕天说从属于盖天说，穹天说和盖天说大同小异，安天说是宣夜说的升级版。　

一、最开始，人们认为地面是平的

在天气很晴朗、能见度很高的时候，我们肉眼大概能看到大约5公里以外的地方。

虽然地球是球形的，但地球在这5公里内的弧度，用肉眼是无法看出来的。

所以，直觉告诉我们，地面是平的。

盖天说出现于殷末周初。主要观点为天在上，地在下，天为一个半球形的大罩子。

南北朝时代的《敕勒歌》中“天似穹庐，笼盖四野”这两句诗，是对盖天说的形象化说明。

二、人们逐渐发现，地面是平的这一观点，与很多观测事实有冲突。

1、在高处看远处

住在山上的人发现，站得越高，看得更远，这一点，其实会让一些人发现不对劲。

如果地面真是平的，那站得高，看到的极限仍然是5公里，不会增加。

站得更高，只能看到更多被遮挡的东西，但是不能让我们看得更远。

如果我们看得更远，那我们应该是看到了地平面以下的那部分物体。

如果站得更高，就能发现更多地平面下面的东西，那么地面就不是平的。

但是，人类不敢接受如此反直觉的观点，他们会拿其他理由去反驳。

他们认为，站得高看得远，是因为看到了被遮挡的东西。

这个遮挡视线的东西，不是地球的弧度，而是那里本来就有凸起。

想要证明遮挡物是地球弧度而不是自然凸起很难，这得找到一处相当理想的观测地点。

（1）、一座非常高的山

（2）、这座山的底座很小

（3）、山的周围是一望无际的大平原

因为这样的观测地点几乎不存在，所以很难用这个办法来证明。

2、站在海边看远处

住在海边的人们很容易发现，远处的船向自己驶来的时候，是先看到船的顶端，

比如桅杆，然后看到船的中部，最后看到船在吃水线以上的部分。

如果地面是弧形的，这一点才能被合理地解释。

如果地面是平的，那我们只会看到，船在向我们驶来的时候，变得越来越大。

但事实上，我们明明看到，船在远处的时候，的确只能看到桅杆，而不是全体。

如果是地面，我们可以用遮挡物来骗自己，但海面是平的，没有遮挡物。

如果我们认为地面是平的，那我们只能认为海面不是平的，才能自洽。

海面可能不是平的吗？的确有人这么骗自己，不过这也情有可原。

大家都见过平面上的水滴，由于表面张力的缘故，边缘的确是有弧度的。

那么，如果地面是平的，但海面犹如水滴，那么仍然可以解释帆船悖论。

所以，我们又一次把自己骗过去了。

3、北极星的高度南北不同

人类很早就发现，北极星的位置是不动的，可以用来导航。

古时候，大部分人很少离开自己居住的村庄和城市，不能发现北极星高度的变化。

一些商人走南闯北，发现了北极星高度的变化。

如果他们在东西方向上移动，那么北极星的高度角是不会变化的。

但是如果他们在南北方向上移动，那么北极星的高度会发生变化。

如果地面是平的，那北极星的高度是不会发生变化的。

如果地面在南北方向上是弧形的，那北极星的高度才会发生变化。

但是，古时候大多数商人们一般是像流水线上的工人一样，不断接力贩运货物的。

很少有人长途贩运货物，南北长途到可以发现北极星的高度，发生了明显的变化。

三、浑天说的不足

因为盖天说的缺陷太多，有人提出更合理一些的浑天说，但浑天说仍有不足

张衡在《浑天仪图注》中说：

“浑天如鸡子，天体圆如弹丸，地如鸡子中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天之包地，犹壳之裹黄。天地各乘气而立，载水而浮。天转如车毂之运也，周旋无端。其形浑浑，故曰浑天。”

“地如鸡子中黄”这句话很含糊，后人解读的时候众说纷纭。

这是说地相对于天的关系呢？还是说地的形状呢？

不过，他在《浑仪注》里明明白白地说：

“北极乃天之中也，在正北，出地上三十六度。”

东汉时期首都在洛阳，如今的洛阳城纬度在34度左右。

张衡显然是以为全国人看到的北极星高度都和洛阳一样了。

如果认为各地的北极星高度角是一样的，那么就不能得出地球是球形的结论。

以此来看，张衡没有发现地球是球形的，浑天说比盖天说进步，但还是不足。

四、日影长度与子午线

古人发现，根据太阳位置的移动，可以制作日晷来显示时间。

但是，不同地点的人们，惊讶地发现，同一天同一时刻，日影长度是不同的。

中国古人认为，“凡日景于地，千里而差一寸”(《晋书·天文志)

但是，随着古人活动范围的扩大，很多人发现各地日影长度之差不是一个常数。

唐朝时候，中国版图扩大，南到越南，北到贝加尔湖。

僧一行在研究历法时候，做了实地测量，北到北纬51 度左右的铁勒回鹘，

南到北纬18度左右的越南林邑，范围之广，超出了现在中国南北的陆地疆界。

于是，僧一行测出了子午线的弧长。

在现代人看来，我们很容易就能从这一点，肯定地面是弧形的。

然后从地面是弧形的出发，设想地球是球形的，但僧一行却止步了。

原古人所以步圭影之意，将以节宣和气，转相物宜，不在于辰次之周径。其所以重历数之意，将欲恭授人时，钦若乾象，不在于浑、盖之是非。若乃述无稽之法于视听之所不及，则君子当阙疑而不议也。而或者各守所传之器以术天体，谓浑元可任数而测，大象可运算而窥。终以六家之说，迭为矛盾，诚以为盖天邪？则南方之度渐狭；果以为浑天邪？则北方之极浸高。此二者，又浑、盖之家尽智毕议，未能有以通其说也。则王仲任、葛稚川之徒，区区于异同之辨，何益人伦之化哉。（《新唐书·天文志一》）

本来“南方之度渐狭”已经推翻了盖天说。

但是“北方之极浸高”，又让“浑天说”有了反证。

他发现了子午线变化和北天极高度的矛盾，但解释不了，

只能推托说追究这些是没有意义的，而且对于他的工作来说，的确是没有意义的。

从此以后，我国在探索地球形状的道路上停滞了下来。

贰、地中海地区的人们对地球形状的认识过程

一、那克西曼德提出地球是圆柱形的猜想

西方公认的第一个哲学家是泰勒斯，他创建了米利都学派。

他的弟子那克西曼德发现南北旅行时，星星的位置会发生变化。

他据此认为地球在南北方向上的曲率是很明显的。

于是，他把地球画成为以东西为轴的圆柱体，高度为半径的三分之一。

二、毕达哥拉斯提出了地球是球形的猜想

公元前五、六世纪的古希腊哲学家毕达哥拉斯（Pythagoras）认为地球是球形的。

他认为圆球在所有几何形体中最完美，所以地球应该是球形的。

但这并不是出于科学的观测和论证，仅仅是出于他的审美观念而已。

三、亚里士多德通过对月食的研究，初步证实地球是球形的。

公元前四世纪，亚里士多德发现了日食和月食的原因，

知道了月食是因为地球遮挡太阳光，而产生的。

他发现月食时月面出现的地影是圆形的，从而初步断定地球是球形的。

他在《天论》里，从三个角度论证了地球是球形的理由：

1,月食时分界线总是凸的，皆因月食由地球介入而生，

分界线形状由地球表面决定，由此可知地球是球形的；

2, 夜间从北向南或从南向北走，会看见有的星星从前方地平线升起，

另一些星星却在后方地平线下消失；

3 ,船靠近时总是先看见桅杆、后看见船身，而远离时正好相反.

四、公元前3世纪，古希腊天文学家埃拉托斯特尼第一次算出了地球的周长。

约公元前240年，他根据亚历山大港与Syene（埃及的阿斯旺）

之间不同的正午时分的太阳高线及三角学计算出地球的直径。

他的计算结果，比千年以后的僧一行，精确了很多。

五、公元二世纪，托勒密完善地心说，明确地球是球形的，并提出经纬网概念。

托勒密综合他的天文学和地理学研究成果，绘制出扇形地图，明确表示地球是球形的。

虽然他的其他理论（比如2和3）是错误的，但1显然是正确的。

叁、地中海地区人们在此问题上领先于中国古人的原因探讨

一、航海经验差别很大

中国先民的活动范围主要在内陆而不是在海上。

地中海被大陆包围，少有飓风和洋流干扰，非常适合航海。

沿岸居民经常发现帆船归港时先看到桅杆的现象，

使得地球是弧形的这一猜想被很多人发现和接受。

离开海岸线以后，星星位置是极好的导航坐标，

这使他们很早就发现南北航行时星星位置的明显变化，

进而认识到地球在南北方向上有曲率。

帆船和星星这两点合起来，其实就能让地球是球形的猜想说呼之欲出了。

后世的六分仪测经度以及麦哲伦远航，

都说明了，航海对地球形状认识的帮助是极大的。

航海这一现实的需求，不断促进天文学、地理学和数学的发展。

二、对月食认识的深度差别很大

亚里士多德发现月食时月面出现的地影是圆形的，从而初步断定地球是球形的。

《灵宪》一书中，张衡其实也发现了月食是由于地球遮挡了太阳光而造成的

”当日之冲,光常不合者,蔽于地也。是谓暗虚。在星则星微,遇月则月食。”

”月光生于日之所照，魄生于日之所蔽，当日则光盈，就日则光尽也。”

可惜，他就此止步了，没有像亚里士多德一样，

去观测月食发生过程中，分界线形状的成因，从而迈出重要的一步。

三、地中海沿岸居民的数学理论，比中国先进很多。

公元前18世纪的古巴比伦石板，记载了若干勾股数，

最大的一组为(18541,12709,13500)，这不像(3,4,5)那样容易从实践中发现。

说明早在公元前十八世纪，古巴比人就发现了勾股数的计算方法。

早期对于三角函数的研究可以追溯到古代。古希腊三角术的奠基人是公元前2世纪的喜帕恰斯。他按照古巴比伦人的做法，将圆周分为360等份（即圆周的弧度为360度，与现代的弧度制不同）。对于给定的弧度，他给出了对应的弦的长度数值，这个记法和现代的正弦函数是等价的。喜帕恰斯实际上给出了最早的三角函数数值表。然而古希腊的三角学基本是球面三角学。这与古希腊人研究的主体是天文学有关。梅涅劳斯在他的著作《球面学》中使用了正弦来描述球面的梅涅劳斯定理。古希腊三角学与其天文学的应用在埃及的托勒密时代达到了高峰，托勒密在《数学汇编》（Syntaxis Mathematica）中计算了36度角和72度角的正弦值，还给出了计算和角公式和半角公式的方法。托勒密还给出了所有0到180度的所有整数和半整数弧度对应的正弦值。

有了球面三角学做辅助，很容易从太阳高线变化，推测出地球是球面的。

从美索不达米亚文明开始，地中海沿岸居民就发展出了先进的天文学。

又从天文学所涉及的三角学中，推测出地球是球面的结论。

公元前3世纪，古希腊天文学家埃拉托斯特尼根据亚历山大港与阿斯旺

之间不同的正午时分的太阳高线，用三角学知识计算出地球的直径。

相比之下，中国古人对三角学没有很深入的认识，他们虽然会使用勾股定理，。

但并不能给出严格的勾股定理的论证过程和论证方法，知其然不知其所以然。

其实，唐朝时候，正好有三角学知识从印度传来，可惜没有引起重视。

唐朝开元年间，印度僧人瞿昙悉达来到中国，传授了《开元占经》。

其中讲授了很多中国人此前闻所未闻或迷惑不解的天文学知识。

还第一次向中国人介绍了正弦函数算法和正弦函数表。

同样测量了太阳高线，僧一行不知道三角学知识，无法继续深入研究。

如果他懂得三角函数的知识，那结果可能就不一样了。

四、从弧形到球形

中国古人即使是认识到了地面是弧形的，也不敢更进一步。

他们中的一些人认为大地是盾形的，但不敢认为大地的另一面也是盾形的。

直到清朝，西方传入的学说已经明确证明了地球是球形的，很多人仍然不相信，

就是因为他们认为，如果大地的另一面也是弧形，那人们会掉下去。

而亚里士多德认为，世界是由“地火水风”四大元素构成的。

“地”和“水”有着向“下”向“里”聚集的本性。

如果地球是球形的，那包含“火”、“风”元素的人，

肯定是在“地”和“水”的上面或外面，不担心掉下去的可能。

有了这一理论，就可以放心地接受地球是球形的理论了。

中国人其实也发现了地面不是平的，而是弧形的，但弧形不等于球形。

而且，从不闭合的弧形，到闭合的弧形，再到球形，是两个重大的飞跃。

托勒密的地心说，不仅仅指出了地球是球形的，还给出了数学模型。

这让地球弧形到球形有了理论依据。

从这个数学模型出发，能够测算很多现象，并且得到验证，让人更为信服。

虽然，托勒密的地心说模型，在地球与其他天体关系方面是错误的。

但是，按照这个模型，人们能够对行星的运动进行定量计算，推测行星所在的位置，

而且这个误差并不算大，容易让人接受这个模型。

从而更加坚定地相信地球是球形的，虽然，这一点才是模型中正确的部分。

五、公理化的科学体系

中国古代的科学总是停留在经验化的归纳总结，能解决实际问题就可以，

而不是希腊人所做的，向以几何学公理化为代表的公理化的科学体系发展。

这样的思想使得天文学和数学得不到深入发展，无法发现地球是球形的事实。