托勒密的地心说,了不起在哪里?

蒋闻铭
楼主 (文学城)

托勒密的地心说,有三个要点,1)大家都绕地球转;2)大家都做匀速圆周运动;3)算行星轨道的方法,是轮子绕轮子。 这个数学模型,只要你不怕难不怕烦, 算行星运动的轨道,真能得到准确的结果。

这两件事,第一件的前两点是迷信执念,第三点是几何算法,都好理解。第二件就透着大古怪。一个建立在迷信执念的基础上,错得不能再错的数学模型,怎么就能真的被用来计算预测行星的位置,而且计算和观测的结果,还能高度一致。这是什么道理?

这个问题,文科生答不出正常,对理科生,其实不难答。现代数学之所以了不得,从根子上是因为它在科学技术上的广泛应用。数学既然是工具,那最好的数学,就必定是应用最广泛的工具。现代科学现代技术,什么具体的数学工具,被应用得最广泛? 答案是傅里叶分析。从医学到工程,从CT成像,到探油采矿,哪儿哪儿,都是傅里叶分析。理科生到了大学三年级,必须学傅里叶分析,从傅里叶级数开始。傅里叶级数,一句话来描述,简单直接,就是用三角函数的序列,去逼近周期函数。

匀速圆周运动,写下来,是三角函数,本轮法,本质上就是用不同频率的三角函数,逼近行星的轨道函数。所以地心说这个数学模型,用匀速圆周运动和本轮法算行星的轨道,是古人在做傅里叶分析。古人当然不知道什么是傅里叶分析,不过他们做的事,虽然原始粗糙,但本质上就是傅里叶分析。这种做法,不管你拿地球做中心,还是拿太阳做中心,只要不怕烦定下心来算,都能出好结果。如果你发神经,拿木星或者月亮做宇宙的中心也可以。只是想得到同样精确度的逼近,你可能需要多用些不同频率的三角函数。这个就是说,你需要多加些轮子。

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rmny
只要加入个数学变换地平说也没什么错的
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chufang
《三体》中,提到地球外面围着一个圆壳,上面有许多洞,在地面上看起来就是一个个星。圆壳旋转时,地面看上去就觉得自转。
蒋闻铭
这是遇到同行了。:)不过没有把球面转换成平面的等价变换。
蒋闻铭
我知道这个小说,在国内很有名,但是没读过。
蒋闻铭
我喜欢Issac Asimov的科幻。以前是金庸迷,但是读了Tolkien之后(指环王的作者),就不迷金庸了。
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rmny
你学过数学没有?复变函数里就有这种变换
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viBravo5
因为动量角动量守恒,所以空间平移运动规律不变,但是以太阳做中心,计算最简单
蒋闻铭
我学过数学没有?我是数学教授。平面和球面,拓扑结构不同,没有等价的(一对一,连续)变换。:)
蒋闻铭
您说的,就是哥白尼的伟大发现。
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viBravo5
这个是牛顿的成果与更后面十九世纪的哈密顿的成果。
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rmny
你在平面上立个球球的顶点发射出线线线穿过球面又落在xy平面上不就是一种映射么
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kl3527
序列逼近确实很有趣。高中的时候就很纳闷,为什么那么多厉害的定律公式都是很简单的运算。知道大学见到了函数的级数表达,才明白过来,无
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kl3527
比佩服:)
蒋闻铭
动量能量守恒,是牛顿的,与哈密顿没什么关系。我是说哥白尼对比地心说,动因是简化计算。
蒋闻铭
但是圆上您用的这个极点,在平面上没有对应。:)
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viBravo5
系统动量守恒与空间平移运动规律不变是等价的,是哈密顿的成果
蒋闻铭
您说的,是牛顿力学后期的发展:从牛顿力学,到拉格朗日力学,再到哈密顿力学。
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rmny
对应到无穷远也是一种对应
蒋闻铭
球面去掉一点,就和平面有等价交换。
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rmny
那就当我们相信地平说的认为南极不存在就可以了
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viBravo5
是,经典力学从理论上解释了为什么托勒密地心说也能正确指引哥伦布麦哲仑大海航行
蒋闻铭
这就是我说的平面必须加一点,才可以和球面拓扑等价。
蒋闻铭
对的。
蒋闻铭
我猜您说的是幂级数。傅里叶级数,应用更广泛。
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kl3527
是。傅里叶级数也学了点。只知道用途广,没有真正用过,等于没有学。
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蒋老师写科普文章好,有想听下回分解的感觉。:)
泥中隐士
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