第十章 不斷擴展的視野
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一、地球及其附近
現在，讓我們把旅行從分子、原子和原子核拉回到尺寸較為熟悉的物體。
不過，即将開始的新旅行是朝着相反的方向，即朝着太陽、星星、遙遠的星雲和宇宙深處。
和微觀世界的情況一樣，科學沿這個方向的發展也使我們越來越遠離熟悉的物體，視野變得愈發廣闊。
在人類文明之初，所謂的宇宙被認為小得可憐。
人們認為大地是一個巨大的扁盤，漂浮在四面環繞的海洋上。
大地下方是深不可測的海水，上方是諸神的居所&mdash&mdash天空。
這個巨大的盤子足以支撐住當時地理學已知的所有陸地，包括地中海的各個海岸以及鄰近的部分歐洲和非洲，還有亞洲的一小塊地方；大地的北邊以高山山脈為界，夜間太陽就在山後的&ldquo世界大洋&rdquo洋面上休憩。
圖104比較準确地顯示了古人所認為的世界的樣子。
然而到了公元前3世紀，有個人對這種公認的簡單世界圖像提出了異議。
他就是著名的希臘哲學家（當時用這個名稱來稱呼科學家）亞裡士多德（Aristotle）。
圖104 古人所理解的世界 亞裡士多德在《論天》一書中提出了一種理論，認為大地其實是一個球體，上面覆蓋着陸地和水，周圍是氣。
他提出了許多論證來支持自己的觀點，這些論證在我們現在看來非常熟悉和平凡。
他指出，船消失在地平線上時總是船身先消失，桅杆還露在水面上，這表明海洋不是平的，而是彎曲的。
他還指出，月食一定是因為地球的影子掠過了月亮表面。
既然這個影子是圓的，所以大地本身也必定是圓的。
但當時相信他的人并不多。
人們不能理解，如果他說的是對的，那麼生活在地球另一端（即所謂的對跖點）的人怎麼會頭朝下走路而不掉下去呢？那裡的水為何不流向他們所說的天空呢（圖105）？ 圖105 反駁大地為球形的論證 你瞧，當時的人并沒有意識到，物體下落是因為受到了地球的吸引。
對他們來說，&ldquo上&rdquo和&ldquo下&rdquo是空間中的絕對方向，在哪裡都應該是一樣的。
認為繞地球轉半圈，&ldquo上&rdquo&ldquo下&rdquo就可以互換，這種想法在他們看來就像愛因斯坦相對論的許多陳述在今天的人看來一樣瘋狂。
當時，重物的下落不是像今天這樣通過地球的吸引來解釋，而是被解釋成一切物體都有向下運動的&ldquo自然傾向&rdquo。
因此，你若敢站在地球的下面一半，會向下掉到藍天中去！這種反駁是如此有力，對舊觀念進行調整是如此艱難，以至于直到亞裡士多德去世後兩千年的15世紀，仍然可以看到有人把地球對面的居民畫成頭朝下站着，以此來嘲笑大地是球形的觀念。
就連偉大的哥倫布（ChristopherColumbus）在動身尋找通向印度的&ldquo相反道路&rdquo時，也未必确信自己的計劃是可靠的。
事實上，他因為美洲大陸的阻擋而并未實現這項計劃。
直到麥哲倫（FerdinanddeMagellan）作了著名的環球航行之後，關于大地是球形的最後一絲疑慮才徹底打消。
人們第一次意識到大地是個巨大的球體時肯定會問，這個球與當時已知的世界相比有多大？但古希臘的哲學家們當然無法作環球旅行，他們如何來測量地球的尺寸呢？ 有一個辦法，這是公元前3世紀的著名科學家埃拉托色尼（Eratosthenes）最先發現的。
他生活在希臘的殖民地&mdash&mdash埃及的亞曆山大裡亞。
亞曆山大裡亞以南5000斯塔迪姆遠的尼羅河上遊地區有一座城市叫賽伊尼，他聽那裡的居民講，夏至那天正午，太陽正好懸在頭頂，因此直立的物體都沒有影子。
埃拉托色尼還知道，這種事情在亞曆山大裡亞從未發生過。
夏至那天，太陽與天頂（即頭頂正上方）有7°的距離，即整個圓的1/50左右。
埃拉托色尼假定大地是圓的，非常簡單地解釋了這個事實，圖106清楚地顯示了這種解釋。
事實上，由于兩座城市間的地面是彎曲的，豎直射到賽伊尼的太陽光必定會與北方的亞曆山大裡亞成某個角度。
從圖中還可以看到，如果從地心分别向賽伊尼和亞曆山大裡亞引兩條直線，那麼這兩條線的夾角将等于從地心到亞曆山大裡亞的那條線（即亞曆山大裡亞的天頂方向）與直射到賽伊尼時的太陽光之間的夾角。
圖106 由于這個角是整個圓的1/50，地球的周長就應是兩城間距的50倍，即250000斯塔迪姆。
1斯塔迪姆約為1/10英裡，因此埃拉托色尼得到的結果相當于25000英裡或40000公裡，的确非常接近現代的最佳估計值。
然而，對地球作第一次測量的重要之處并非在于結果是否精确，而在于認識到地球實在太大了。
哎呀，它的總面積一定比當時已知的整個陸地面積大幾百倍呢！這能是真的嗎？如果是真的，已知的邊界之外又是什麼呢？ 談到天文距離，我們先得了解一下所謂的視差位移或簡稱視差。
這個詞聽上去可能有些吓人，但實際上，視差簡單且有用。
我們可以通過嘗試穿針引線來了解視差。
請閉上一隻眼睛來穿針，你很快就會發現這樣很難穿進去；你手中的線頭不是跑到針眼後面很遠，就是到針眼之前便停住了。
僅憑一隻眼睛是判斷不出針與線的距離的。
但如果兩眼睜開，穿針引線就很容易做到，至少是很容易學會。
用兩隻眼睛觀看物體時，你會自動把它們聚焦到這個物體上。
物體越近，兩隻眼球就得更接近一些。
作這種調整所産生的肌肉感覺會較好地告訴你距離有多少。
如果不是用兩隻眼睛同時看，而是先後用左右眼看，你會看到物體（這裡是針）相對于遠處背景（比如房間裡的窗戶）的位置發生了變化。
這種效應就是所謂的視差位移，大家一定都很熟悉；如果你從未聽說過，不妨試驗一下，或者看看圖107所示的分别用左眼和右眼看到的針和窗戶。
物體離得越遠，其視差位移就越小，因此我們可以用它來測距。
由于視差位移可以用弧度精确地測量出來，這種方法要比用眼球的肌肉感覺來簡單地判斷距離更精确。
但由于我們的兩隻眼睛僅相距3英寸左右，因此用眼睛不大能估計準幾英尺開外的距離。
對于更遠的物體來說，雙眼的視線變得幾乎平行，視差位移也變得極小。
要想判斷更大的距離，需要把兩隻眼睛分得開一些，以增大視差位移的角度。
不，用不着做外科手術，隻需幾面鏡子就能實現。
圖107 圖108顯示了（雷達發明以前）海軍用來測量敵艦距離的一種裝置。
它是一根長筒，每隻眼睛前面各有一面鏡子（A，A&prime），長筒兩端各有另一面鏡子（B，B&prime）。
透過這樣一架測距儀，就可以一隻眼睛從B端看，另一眼睛從B&pr
不過，即将開始的新旅行是朝着相反的方向，即朝着太陽、星星、遙遠的星雲和宇宙深處。
和微觀世界的情況一樣，科學沿這個方向的發展也使我們越來越遠離熟悉的物體，視野變得愈發廣闊。
在人類文明之初，所謂的宇宙被認為小得可憐。
人們認為大地是一個巨大的扁盤，漂浮在四面環繞的海洋上。
大地下方是深不可測的海水，上方是諸神的居所&mdash&mdash天空。
這個巨大的盤子足以支撐住當時地理學已知的所有陸地，包括地中海的各個海岸以及鄰近的部分歐洲和非洲，還有亞洲的一小塊地方；大地的北邊以高山山脈為界，夜間太陽就在山後的&ldquo世界大洋&rdquo洋面上休憩。
圖104比較準确地顯示了古人所認為的世界的樣子。
然而到了公元前3世紀，有個人對這種公認的簡單世界圖像提出了異議。
他就是著名的希臘哲學家（當時用這個名稱來稱呼科學家）亞裡士多德（Aristotle）。
圖104 古人所理解的世界 亞裡士多德在《論天》一書中提出了一種理論，認為大地其實是一個球體，上面覆蓋着陸地和水，周圍是氣。
他提出了許多論證來支持自己的觀點，這些論證在我們現在看來非常熟悉和平凡。
他指出，船消失在地平線上時總是船身先消失，桅杆還露在水面上，這表明海洋不是平的，而是彎曲的。
他還指出，月食一定是因為地球的影子掠過了月亮表面。
既然這個影子是圓的，所以大地本身也必定是圓的。
但當時相信他的人并不多。
人們不能理解，如果他說的是對的，那麼生活在地球另一端（即所謂的對跖點）的人怎麼會頭朝下走路而不掉下去呢？那裡的水為何不流向他們所說的天空呢（圖105）？ 圖105 反駁大地為球形的論證 你瞧，當時的人并沒有意識到，物體下落是因為受到了地球的吸引。
對他們來說，&ldquo上&rdquo和&ldquo下&rdquo是空間中的絕對方向，在哪裡都應該是一樣的。
認為繞地球轉半圈，&ldquo上&rdquo&ldquo下&rdquo就可以互換，這種想法在他們看來就像愛因斯坦相對論的許多陳述在今天的人看來一樣瘋狂。
當時，重物的下落不是像今天這樣通過地球的吸引來解釋，而是被解釋成一切物體都有向下運動的&ldquo自然傾向&rdquo。
因此，你若敢站在地球的下面一半，會向下掉到藍天中去！這種反駁是如此有力，對舊觀念進行調整是如此艱難，以至于直到亞裡士多德去世後兩千年的15世紀，仍然可以看到有人把地球對面的居民畫成頭朝下站着，以此來嘲笑大地是球形的觀念。
就連偉大的哥倫布（ChristopherColumbus）在動身尋找通向印度的&ldquo相反道路&rdquo時，也未必确信自己的計劃是可靠的。
事實上，他因為美洲大陸的阻擋而并未實現這項計劃。
直到麥哲倫（FerdinanddeMagellan）作了著名的環球航行之後，關于大地是球形的最後一絲疑慮才徹底打消。
人們第一次意識到大地是個巨大的球體時肯定會問，這個球與當時已知的世界相比有多大？但古希臘的哲學家們當然無法作環球旅行，他們如何來測量地球的尺寸呢？ 有一個辦法，這是公元前3世紀的著名科學家埃拉托色尼（Eratosthenes）最先發現的。
他生活在希臘的殖民地&mdash&mdash埃及的亞曆山大裡亞。
亞曆山大裡亞以南5000斯塔迪姆遠的尼羅河上遊地區有一座城市叫賽伊尼，他聽那裡的居民講，夏至那天正午，太陽正好懸在頭頂，因此直立的物體都沒有影子。
埃拉托色尼還知道，這種事情在亞曆山大裡亞從未發生過。
夏至那天，太陽與天頂（即頭頂正上方）有7°的距離，即整個圓的1/50左右。
埃拉托色尼假定大地是圓的，非常簡單地解釋了這個事實，圖106清楚地顯示了這種解釋。
事實上，由于兩座城市間的地面是彎曲的，豎直射到賽伊尼的太陽光必定會與北方的亞曆山大裡亞成某個角度。
從圖中還可以看到，如果從地心分别向賽伊尼和亞曆山大裡亞引兩條直線，那麼這兩條線的夾角将等于從地心到亞曆山大裡亞的那條線（即亞曆山大裡亞的天頂方向）與直射到賽伊尼時的太陽光之間的夾角。
圖106 由于這個角是整個圓的1/50，地球的周長就應是兩城間距的50倍，即250000斯塔迪姆。
1斯塔迪姆約為1/10英裡，因此埃拉托色尼得到的結果相當于25000英裡或40000公裡，的确非常接近現代的最佳估計值。
然而，對地球作第一次測量的重要之處并非在于結果是否精确，而在于認識到地球實在太大了。
哎呀，它的總面積一定比當時已知的整個陸地面積大幾百倍呢！這能是真的嗎？如果是真的，已知的邊界之外又是什麼呢？ 談到天文距離，我們先得了解一下所謂的視差位移或簡稱視差。
這個詞聽上去可能有些吓人，但實際上，視差簡單且有用。
我們可以通過嘗試穿針引線來了解視差。
請閉上一隻眼睛來穿針，你很快就會發現這樣很難穿進去；你手中的線頭不是跑到針眼後面很遠，就是到針眼之前便停住了。
僅憑一隻眼睛是判斷不出針與線的距離的。
但如果兩眼睜開，穿針引線就很容易做到，至少是很容易學會。
用兩隻眼睛觀看物體時，你會自動把它們聚焦到這個物體上。
物體越近，兩隻眼球就得更接近一些。
作這種調整所産生的肌肉感覺會較好地告訴你距離有多少。
如果不是用兩隻眼睛同時看，而是先後用左右眼看，你會看到物體（這裡是針）相對于遠處背景（比如房間裡的窗戶）的位置發生了變化。
這種效應就是所謂的視差位移，大家一定都很熟悉；如果你從未聽說過，不妨試驗一下，或者看看圖107所示的分别用左眼和右眼看到的針和窗戶。
物體離得越遠，其視差位移就越小，因此我們可以用它來測距。
由于視差位移可以用弧度精确地測量出來，這種方法要比用眼球的肌肉感覺來簡單地判斷距離更精确。
但由于我們的兩隻眼睛僅相距3英寸左右，因此用眼睛不大能估計準幾英尺開外的距離。
對于更遠的物體來說，雙眼的視線變得幾乎平行，視差位移也變得極小。
要想判斷更大的距離，需要把兩隻眼睛分得開一些，以增大視差位移的角度。
不，用不着做外科手術，隻需幾面鏡子就能實現。
圖107 圖108顯示了（雷達發明以前）海軍用來測量敵艦距離的一種裝置。
它是一根長筒，每隻眼睛前面各有一面鏡子（A，A&prime），長筒兩端各有另一面鏡子（B，B&prime）。
透過這樣一架測距儀，就可以一隻眼睛從B端看，另一眼睛從B&pr