对球形大地的认知

文｜尹传红

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2022年是人类首次完成环球航行500周年。这一次载入史册的伟大航行，由效力于西班牙王室的葡萄牙探险家费尔南多·麦哲伦引领。他们的船队于1519年9月20日从西班牙瓜达尔基维尔河口出发，自西向东行，历尽艰险，费时3年，绕世界航行了整整一圈，又回到始发地。开辟新航线之外，此番远征最重要的意义在于，它证实了古代贤哲的一个非凡洞察——大地是圆球形的。

其实，大地的形状及其在空间的位置，很早便是人类探索思考的“科学问题”。我国古代有“天圆似张盖，地方如棋局”之说，即所谓的“天圆地方”。在古代西方世界，有人猜想大地无尽地延伸，我们生存的世界大概是一个由陆地和海洋组成的广阔无垠的平面。它好像是固定地稳立在永恒不变的基础之上，日月星辰似乎都围绕着作为“中心”的大地在转动。

最早也许可以追溯到公元前6世纪，古希腊数学家毕达哥拉斯从和谐、完美的思辨概念出发，也考虑到对称和平衡，相信大地应当是球形的。公元前4世纪的古希腊哲学家亚里士多德持类似观点。他还结合观察和推理，给出了经验证据：发生月食时，投射在月球上的阴影总为弧形，这表明大地是球形；出门旅行时，越往北走，北极星越高，越往南走，北极星越低，且可看到一些在北方看不到的新星。

古时人们常常也注意到这样的现象：第一眼看到海岸线时，总是最高的山峰从海上升起；接着，越来越靠近岸边，就有越来越多的群山进入视野。在晴朗的日子里眺望远方的船只，首先看到的，往往是“地平线上的桅杆”——大地的弧形表面掩藏了船身。

对球形大地的认知，是一项不俗的智识成就。然而，这很快又引发了令人困惑的新问题：如果大地为球形，那么远足的旅行者为什么不会掉落呢？还有，在球形大地的另一端，难道生活着和我们脚底板相对的人么？尽管亚里士多德已然认识到，并无普适的“下方”令各处的物体均向它跌落，并以其朴素的物质理论给出了不错的回答，但依然缺乏足够有力的科学论证。

那时候，引力思想和重力理论尚未出现，人们更无从想象，地球是悬空无靠且时刻都在高速运转的（自转和公转）——这确乎与人们日常的体察和经验不符。因此，如何从可观察事实或现象去推导最合宜的解释，揭示自然的规律和本质以寻求真理，真不是那么容易的。

回望在2500年的漫长岁月中，人类对地球的形状和地球在宇宙中位置和运动的认知，对月食、日食等天象的实质和地、月、日三者关系的认识，对昼夜更替、季节循环、天体运行轨道等的思考——这些关联起来的探索，都极大地助推了天文学、物理学的发端，同时也有力地促进了理性思维、科学思想与科学方法的发展，人类宇宙观、世界观的形成和飞跃。正是从这样的意义上讲，科学或许起步于人类理解天空的尝试：追溯事物演变，探寻其中因果。