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wangqiu
出版日期: 九月 15, 2007
解析三球仪的历史功过,看科学的发展和进步
三球仪就是用于演示太阳、地球、月亮三个球形天体,相互运转关系的一种教学和示范的科 学仪器。在科学从神学的桎梏中刚刚解放出来的时候,破除民间流传的“天狗吃月”、“天狗吃太 阳”等迷信故事,对于科学知识的普及,不可否认是起过积极作用的。可是任何事物都有阴阳对立 的矛盾的两方面,也就是有一利必有一弊。它的积极的一面,或者说是对传播科学知识做出贡献的 一面,就是能够比较直观的认识日、
地
、月三个天体的相互位置,从而在解释一年四季的变化,解 释日蚀、月蚀等自然现象上,非常直观有效。当人们在学习科学知识的过程中,潜移默化地给人们 的头脑中输入了,地球自转轴是固定以东倾23.5度的方式在自转的同时,还在绕太阳进行着公转的观念。这个基本的科学知识给出了非常具体的科学数据,人们不得不相信它的正确性。
它的弊端就是,没有吸收最新的航天动力学知识;忽略了天体在空间运转时是处于失重 状态。把自由在太空中呈漂浮状态的日、地、月天体,用机械和链条死死地固定在某一种唯一的状 态下。当人们在学习科学知识的过程中,潜移默化地给人们的头脑中灌输了,地球自转轴是固定不 变的观念。就象我们从小看到老的、用基座支撑在桌面上的、微微倾斜的地球仪一样。就是那些潜 移默化的东西,使人们头脑中错误地确认了:地球自转轴是不会发生变化的。所以头脑里根本不会 考虑到发生地球翻转运动的可能性。随着科学技术的发展,三球仪的副作用的弊端日渐显现。在最 新的自然科学发现——地球自转轴突发性快速翻转运动(简称为地球翻转)——面前,三球仪成为了科学进一步发展的路障和绊脚石。
在阿基米德那个时代,由于科学的发展正处于初级阶段。据说阿基米德曾经声称:给我 一个支点,我可以撬动地球!这些陈旧的机械观念,至今依然给许多科学家、也给人们的潜意识里 ,刻下了地球是非常非常重的印痕,要用机械的杠杆移动地球,显然是根本不可能的事情。但是, 正是这些优美的词句和机械思维的狂妄傲气,荒诞地误导世人多少年啊!就是今天,依然可以在书 本和网络上,看见那种看起来美丽、听起来悦耳、其实确实荒谬的论调还在存活着,还在继续误导和毒害我们和我们的孩子们。
为了能够比较简单的说明地球翻转的现象,笔者以锅里煮汤圆的方式,最简单地模拟了 地球在太空中能够发生自发性翻转的现象。我们要模拟地球翻转,其实就是希望求取一种可以看得 见的、可以相信其相似性的现象表证。“人法地,地法天,天法道,道法自然”。这里的法是效法 、相似的意思。还有一层意思就是,自然界的规律在天、地、人之间是相通和相同的。先比较一下 地球和汤圆的结构:地球的整体剖面上,地球的最外层是地壳,与地球半径相比实在太薄了,可以 忽略不计;向地心去是地幔;再往里是地核,外核是液态的,内核是固态的。汤圆的剖面上,外层 是糯米粉层,相当于地幔;里面是汤圆心,相当于地核,加热温度偏低时,汤圆心的外层会化成液 态,而保留固态内核。大铝锅加满水后,用大火烧开,改用小火持续加热,保持水温接近沸腾,但 不显示明显的翻腾。加入作好记号的汤圆,当汤圆浮上水面以后,可以在此时用竹筷缓慢逆时针搅 动锅里的开水,汤圆将在锅里逆时针运转。注意:搅动太快,尤其是锅中心出现低位旋涡后,会使 汤圆向锅的中心转移。小火继续加热,持续观察一会儿,由于汤圆受热膨胀造成自身质量重心的失 衡,你会观察到汤圆的快速翻转现象。如果在汤圆浮起时插入又轻又短的牙签(注:太长和太重会 破坏汤圆的状态),并且逆时针搓动(注:太短不好搓动,而且自转坚持的时间不长。如果不考虑 自转,可以用色点标注一个参照点)。这样,人们相当于在北天极俯视,在绕日轨道上的既有公转 、又有自转的行星地球的模拟状态。即汤圆在绕轴自转的同时又在随锅里水体的旋转而公转,在失 衡时还会发生翻转。这个实验模拟的是在失重的情况下(请注意,这一点特别重要!),因地球不 均匀膨胀导致地球翻转的现象。可以无数次的重演,基本符合现代科学的要求。整个模拟过程中, 浮力在一定程度上抵消了汤圆的重量,这与在太空轨道上运转的地球的失重状态何其相似!而且漂 浮状态的“地球”,具有在太空轨道运转的公转、自转、翻转的自由,确实保证了模拟过程中更多 的相似性,因而其包涵的科学性应该得到科学界的认可。持续的加热,使淹没部分的汤圆体积涨大 ,以致出现了质量的不均匀状态,最后可以在锅里看见汤圆的自由翻转。虽然模拟过程显得太简陋 ,但是无论如何,把“地球”从机械和链条的束缚中解放了出来,给了“地球”公转、自转、翻转 的完全自由,也就重现了用机械装置根本无法模拟演示的、完全符合实际的、处于失重情况下的地
球
,在公转、自转的同时发生翻转的真实自然状态。如果有条件的话,可以制造与地球更相似的地 球模型,然后在重液中让其处于完全失重状态,加上其他更复杂的条件,完成更接近真实情况的模拟演示。读者可以掩卷思考:究竟是日、地、月在一起的三球仪科学一些呢?还是能够模拟失重状态的、煮汤圆的模拟实验更合乎科学一些?
或许还有人对地球能够发生翻转仍然心存疑虑,那么我们就再一次观察分析一下另外的 常见现象。当起重机吊起成吨的重物时,重物的重量被吊缆的上吊力量抵消了,相当于失重。在那 种时候,你要是向上推或是向下压,依然是力不从心的无可奈何。可是在与重力呈垂直方向的水平 面上,你却可以用不大的力量就可以把成吨重的东西轻而易举地推动了。所以对处于失重状态的地 球,你不可能用任何人类的力量去加快或减慢地球的自转速度。但是,对于地球自转轴的位置要发 生改变,至少可以肯定不需要人们通常想象的那么大的力量,就可能发生地球自转轴的快速翻转的现象了。
三球仪具有一定的科学性,在传播科学知识的过程中,曾经起过一些积极作用。但是, 随着科学技术的发展,三球仪的副作用的弊端日渐显现,最终成为了科学发展的绊脚石。它曾经是 传播科学知识的有功之臣,但是现在应该退居二线,或者逐渐淡出了。从三球仪的兴亡我们看到了 科学发展的脚步,使我们深刻地感受到:历史无情地批判着旧事物,历史会无情地嘲弄守旧派。
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