天文学的研究方法精选(九篇)

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第1篇：天文学的研究方法范文

关键词：天文学 宇宙演化 宇宙结构 天有九重

日本著名学者山田庆儿在所著的《朱子的自然学》中对朱熹在天文学上的成就予以全面的论述和评价，并且称朱熹是“一位被遗忘的自然学家”[i]。笔者试着借题发挥，进而认为朱熹是“一位被遗忘的天文学家”。作为宋代大理学家的朱熹研究过天文学，这已是不争的事实。然而，他是否可称为天文学家，迄今尚无定论。他研究天文学的历程以及所取得的成就，他的天文学研究在中国古代天文学史上的重要地位，尚待进一步理清。笔者通过对《朱文公文集》、《朱子语类》中朱熹的有关天文学方面的言论进行整理和研究，大致理出了一些头绪。

一.

天文学研究的历程

朱熹对天文现象的思考很早就已开始。据朱熹门人黄义刚“癸丑（1193年，朱熹63岁）以后所闻”和林蘷孙“丁巳（1197年，朱熹67岁）以后所闻”，朱熹曾回忆说：“某自五、六岁，便烦恼道：‘天地四边之外，是什么物事？’见人说四方无边，某思量也须有个尽处。如这壁相似，壁后也须有什么物事。其时思量得几乎成病。到而今也未知那壁后是何物？”[ii]可见，朱熹从小就关心天文，直到晚年仍对此难以忘怀，并孜孜以求。

然而，朱熹在其早期的学术生涯中，并没有进行天文学的研究。朱熹早年除读儒家经典外，“无所不学，禅、道文章，楚辞、诗、兵法，事事要学”[iii]。绍兴三十年（1160年，朱熹30岁），朱熹正式拜二程的三传弟子李侗为师，开始潜心于儒学，并接受李侗以“默坐澄心”于“分殊”上体认“理一”的思想。

据《朱文公文集》以及当今学者陈来先生所著《朱子书信编年考证》[iv]，朱熹最早论及天文学当在乾道七年（1171年，朱熹41岁）的《答林择之》，其中写道：“竹尺一枚，烦以夏至日依古法立表以测其日中之景，细度其长短。”[v]

测量日影的长度是古代重要的天文观测活动之一。最简单的方法是在地上直立一根长八尺的表竿，通过测量日影的长短来确定节气；其中日影最短时为夏至，最长时为冬至，又都称为“日至”。与此同时，这种方法还用于确定“地中”。《周礼·地官》载：“以土圭之法测土深，正日景以求地中。……日至之景，尺有五寸，谓之地中。”意思是，在夏至日中午测得日影为一尺五寸的地方，此地便是“地中”。而且，从“地中”向北，每一千里则影长增一寸；向南，每一千里则影长减一寸。这就是《周髀算经》所谓“周髀长八尺，勾之损益寸千里”。这一说法到南朝以后受到怀疑；唐朝的一行和南宫说通过不同地区日影的测量，进一步予以纠正。朱熹要其弟子林择之协助测量日影，显然是要比较不同地区日影的长短，其科学精神可见一斑。

在同年的《答蔡季通》中。朱熹写道：“历法恐亦只可略说大概规模，盖欲其详，即须仰观俯察乃可验。今无其器，殆亦难尽究也。”[vi]

蔡季通，即蔡元定（1135—1198年）；建阳（今属福建）人，学者称西山先生；精于天文、地理、吕律、象数，著作有《律吕新书》、《大衍详说》等；为朱熹“四大弟子（蔡元定、黄干、刘爚、陈淳）”之首。蔡元定的年龄仅比朱熹小5岁，并在天文学等科学上有所造诣，很受朱熹的器重。从以上所引《答蔡季通》可知，当时朱熹正与蔡元定讨论天文历法，并且认为，研究历法必须用科学仪器进行实际的天文观测。

淳熙元年（1174年，朱熹44岁），朱熹在《答吕子约》中写道：“日月之说，沈存中笔谈中说得好，日食时亦非光散，但为物掩耳。若论其实，须以终古不易者为体，但其光气常新耳。”[vii]显然，朱熹在此前已研读过北宋著名科学家沈括的《梦溪笔谈》，并对沈括的有关天文学的观点进行分析。胡道静先生认为，在整个宋代，朱熹是最最重视沈括著作的科学价值的唯一的学者，是宋代学者中最熟悉《梦溪笔谈》内容并能对其科学观点有所阐发的人。[viii]

淳熙十三年（1186年，朱熹56岁），朱熹在《答蔡季通》中写道：“《星经》紫垣固所当先，太微、天市乃在二十八宿之中，若列于前，不知如何指其所在？恐当云在紫垣之旁某星至某星之外，起某宿几度，尽某宿几度。又记其帝坐处须云在某宿几度，距紫垣几度，赤道几度，距垣四面各几度，与垣外某星相直，及记其昏见，及昏旦夜半当中之星。其垣四面之星，亦须注与垣外某星相直，乃可易晓。……《星经》可付三哥毕其事否？甚愿早见之也。近校得《步天歌》颇不错，其说虽浅而词甚俚，然亦初学之阶梯也。”[ix]可见，当时朱熹正与蔡元定一起研究重要的天文学经典著作《星经》和以诗歌形式写成的通俗天文学著作《步天歌》，并就如何确定天空中恒星的位置问题进行讨论，其中涉及三垣二十八宿星象体系。

同年，朱熹在《答蔡伯静》中写道：“天经之说，今日所论乃中其病，然亦未尽。彼论之失，正坐以天形为可低昂反复耳。不知天形一定，其间随人所望固有少不同处，而其南北高下自有定位，政使人能入于弹圆之下以望之，南极虽高，而北极之在北方，只有更高于南极，决不至反入地下而移过南方也。但入弹圆下者自不看见耳。盖图虽古所创，然终不似天体，孰若一大圆象，钻穴为星，而虚其当隐之规，以为瓮口，乃设短轴于北极之外，以缀而运之，又设短轴于南极之北，以承瓮口，遂自瓮口设四柱，小梯以入其中，而于梯末架空北入，以为地平，使可仰窥而不失浑体耶？”[x]在这里，朱熹设想了一种可进入其中观看天象的庞大的浑天仪。

淳熙十四年（1187年，朱熹57岁），朱熹在《答廖子晦》中写道：“日之南北虽不同，然皆随黄道而行耳。月道虽不同，然亦常随黄道而出其旁耳。其合朔时，日月同在一度；其望日，则日月极远而相对；其上下弦，则日月近一而远三。如日在午，则月或在卯，或在酉之类是也。故合朔之时，日月之东西虽同在一度，而月道之南北或差远，于日则不蚀。或南北虽亦相近，而日在内，月在外，则不蚀。此正如一人秉烛，一人执扇，相交而过。一人自内观之，其两人相去差远，则虽扇在内，烛在外，而扇不能掩烛。或秉烛者在内，而执扇在外，则虽近而扇亦不能掩烛。以此推之，大略可见。”[xi]在这里，朱熹对月亮盈亏变化的原因作了探讨。

淳熙十六年（1189年，朱熹59岁），朱熹在《答蔡季通》中写道：“极星出地之度，赵君云福州只廿四度，不知何故自福州至此已差四度，而自此至岳台，却只差八度也。子半之说尤可疑，岂非天旋地转，闽浙却是天地之中也耶？”[xii]在这里，朱熹试图通过比较各地北极星的高度及其与地中岳台的关系，以证明大地的运动。

朱熹在一生中最后的十年里，在天文学研究上下了较多的功夫，并取得了重要的科学成就。南宋黎靖德所编《朱子语类》卷一“理气上·太极天地上”和卷二“理气下·天地下”编入大量朱熹有关天文学的言论，其中大都是这一时期朱熹门人所记录的。例如：《朱子语类》卷二朱熹门人陈淳“庚戌（1190年，朱熹60岁）、己未（1199年，朱熹69岁）所闻”：“天日月星皆是左旋，只有迟速。天行较急，一日一夜绕地一周三百六十五度四分度之一，而又进过一度。日行稍迟，一日一夜绕地恰一周，而於天为退一度。至一年，方与天相值在恰好处，是谓一年一周天。月行又迟，一日一夜绕地不能匝，而於天常退十三度十九分度之七。至二十九日半强，恰与天相值在恰好处，是谓一月一周天。月只是受日光。月质常圆，不曾缺，如圆毬，只有一面受日光。望日日在酉，月在卯，正相对，受光为盛。天积气，上面劲，只中间空，为日月来往。地在天中，不甚大，四边空。……”[xiii]

《朱子语类》的其它卷中也有此类记录。例如：《朱子语类》卷二十三黄义刚“癸丑（1193年，朱熹63岁）以后所闻”：安卿问北辰。曰：“北辰是那中间无星处，这些子不动，是天之枢纽。北辰无星……。”义刚问：“极星动不动？”曰：“极星也动。只是它近那辰后，虽动而不觉。……今人以管去窥那极星，见其动来动去，只在管里面，不动出去。向来人说北极便是北辰，皆只说北极不动。至本朝人方去推得是北极只是北辰头边，而极星依旧动。又一说，那空无星处皆谓之辰……。”又曰：“天转，也非东而西，也非循环磨转，却是侧转。”义刚言：“楼上浑仪可见。”曰：“是。”……又曰：“南极在地下中处，南北极相对。天虽转，极却在中不动。”[xiv]

《朱文公文集》卷七十二朱熹所著《北辰辨》（大约写成于1196年，朱熹66岁）以及卷六十五朱熹所注《尚书》之《尧典》、《舜典》（大约写成于1198年，朱熹68岁）都包含有丰富的天文学观点。《北辰辨》是朱熹专门讨论天球北极星座的论文；在所注的《尧典》中，朱熹讨论了当时天文学的岁差、置闰法等概念；在所注《舜典》中讨论了早期的浑天说、浑天仪的结构，并详细记录了当时的浑天仪结构。

这一时期朱熹所编《楚辞集注》（成书于1195年，朱熹65岁）之《天问》中也有一些注释反映了他在天文学方面的研究和造诣。

二.

天文学的成就

就朱熹研究天文学的方法而言，其最根本的研究方法是[xv]：

其一，细心观察各种天文现象。朱熹是重视亲身观察、善于观察的人。他经常运用仪器观察天文现象；并运用观察所得验证、反驳或提出各种见解。

其二，用“气”、“阴阳”等抽象概念解释天文现象。朱熹所采用的这一方法与中国古代科学家普遍采用的研究方法是一致的。

其三，运用推类获取新知。朱熹经常运用“以类而推”的方法，用已知的东西、直观的东西，对天文现象进行类推解释。

其四，阐发前人的天文学研究成果。朱熹研读过包括沈括《梦溪笔谈》在内的大量科学论著，对前人的天文学观点均予以评述，并提出自己的看法。

从现代科学的角度看，朱熹的天文学研究方法，固然有其不足之处，这主要是由于古代科学所处的阶段而导致的。在古代科学的范畴中，朱熹的天文学研究方法应当属于合理。更为重要的是，朱熹运用这些方法在天文学上取得了重要的成就。

朱熹在天文学方面的科学成就主要反映在他最后十年里有关的言论中。概括起来主要有三个方面：

第一，提出了以“气”为起点的宇宙演化学说。朱熹曾经说：“天地初间只是阴阳之气。这一个气运行，磨来磨去，磨得急了便拶许多渣滓；里面无处出，便结成个地在中央。气之清者便为天，为日月，为星辰，只在外，常周环运转。地便只在中央不动。不是在下。”[xvi]这里描绘了一幅宇宙演化途径的图景。

在朱熹看来，宇宙的初始是由阴阳之气构成的气团。阴阳之气的气团作旋转运动；由于内部相互磨擦发生分化；其中“清刚者为天，重浊者为地”[xvii]，重浊之气聚合为“渣滓”，为地，清刚之气则在地的周围形成天和日月星辰。朱熹还明确说：“天地始初混沌未分时，想只有水火二者。水之滓脚便成地。今登高而望，群山皆为波浪之状，便是水泛如此。只不知因什么时凝了。初间极软，后来方凝得硬。……水之极浊便成地，火之极轻便成风霆雷电日星之属。”[xviii]他根据直观的经验推断认为，大地是在水的作用下通过沉积而形成的，日月星辰是由火而形成的。

将宇宙的初始看作是运动的气，这一思想与近代天文学关于太阳系起源的星云说有某些相似之处。1755年，德国哲学家康德提出了太阳系起源的星云说；1796年，法国天文学家拉普拉斯也独立地提出星云说。星云说认为，太阳系内的所有天体都是由同一团原始星云形成的。然而，在他们500多年之前，朱熹就提出了类似之说；尽管尚缺乏科学依据和定量的推算，但其通过思辩而获得的结果则是超前的。

对此，英国科学史家梅森在其《自然科学史》一书中予以记述：“宋朝最出名的新儒家是朱熹。他认为，在太初，宇宙只是在运动中的一团浑沌的物质。这种运动是漩涡的运动，而由于这种运动，重浊物质与清刚物质就分离开来，重浊者趋向宇宙大旋涡的中心而成为地，清刚者则居于上而成为天。……”[xix]

第二，提出了地以“气”悬空于宇宙之中的宇宙结构学说。朱熹赞同早期的浑天说，但作了重大的修改和发展。早期的浑天说认为：“天如鸡子，地如鸡中黄，孤居于天内，天大而地小。天表里有水，天地各乘气而立，载水而行”[xx]但是，当天半绕地下时，日月星辰如何从水中通过？这是困扰古代天文学家的一大难题。朱熹不赞同地载水而浮的说法，他说：“天以气而依地之形，地以形而附天之气。天包乎地，地特天中之一物尔。天以气而运乎外，故地搉在中间，隤然不动。”[xxi]这就是说，地以“气”悬空在宇宙之中。

至于地如何以“气”悬空在宇宙中央，朱熹说：“天运不息，昼夜辗转，故地搉在中间。使天有一息之停，则地须陷下。惟天运转之急，故凝结得许多渣滓在中间。”[xxii]又说：“地则气之渣滓，聚成形质者；但以其束于劲风旋转之中，故得以兀然浮空，甚久而不坠耳。”[xxiii]朱熹认为，宇宙中“气”的旋转使得地能够悬空于宇宙中央。朱熹的解释克服了以往天文学家关于宇宙结构学说的弱点，把传统的浑天说发展到了一个新水平。[xxiv]

关于地之外的天，朱熹说：“天之形，……亦无形质。……天体，而实非有体也。”[xxv]“天无体，只二十八宿便是天体。”[xxvi]又说：“星不是贴天。天是阴阳之气在上面”；“天积气，上面劲，只中间空，为日月来往。地在天中，不甚大，四边空，”[xxvii]这显然是吸取了传统宣夜说所谓“天了无质，……日月众星，自然浮生虚空之中，其行无止，皆须气也”[xxviii]的思想。

第三，提出了天有九重和天体运行轨道的思想。朱熹认为，屈原《天问》的“圜则九重”就是指“九天”，指天有九重。事实上，在朱熹之前，关于“九天”的说法可见《吕氏春秋·有始览》：中央曰钧天，东方曰苍天，东北曰變天，北方曰玄天，西北曰幽天，西方曰颢天，西南曰朱天，南方曰炎天，东南曰阳天；后来的《淮南子·天文训》等也有类似的说法；直到北宋末年洪兴祖撰《楚辞补注》，其中《天文章句》对“九天”的解释是：东方皞天，东南方阳天，南方赤天，西南方朱天，西方成天，西北方幽天，北方玄天，东北方變天，中央钧天。显然，这些解释都不包括天有九重的思想。

朱熹则明确地提出天有九重的观点，并且还说“自地之外，气之旋转，益远益大，益清益刚，究阳之数，而至于九，则极清极刚，而无复有涯矣”[xxix]；同时，朱熹赞同张载所谓“日月五星顺天左旋”的说法。他进一步解释说：“盖天行甚健，一日一夜周三百六十五度四分度之一，又进过一度。日行速，健次于天，一日一夜周三百六十五度四分度之一，正恰好。比天进一度，则日为退一度。二日天进二度，则日为退二度。积至三百六十五日四分日之一，则天所进过之度，又恰周得本数；而日所退之度，亦恰退尽本数，遂与天会而成一年。月行迟，一日一夜三百六十五度四分度之一行不尽，比天为退了十三度有奇。进数为顺天而左，退数为逆天而右。”[xxx]《朱子语类》卷二朱熹的门人在阐释所谓“天左旋，日月亦左旋”时说：“此亦易见。如以一大轮在外，一小轮载日月在内，大轮转急，小轮转慢。虽都是左转，只有急有慢，便觉日月似右转了。”朱熹赞同此说。[xxxi]

对此，英国著名科学史家李约瑟说：“这位哲学家曾谈到‘大轮’和‘小轮’，也就是日、月的小‘轨道’以及行星和恒星的大‘轨道’。特别有趣的是，他已经认识到，‘逆行’不过是由于天体相对速度不同而产生的一种视现象。”[xxxii]因此李约瑟认为，不能匆忙假定中国天文学家从未理解行星的运动轨道。

在天文学研究中，朱熹除了提出以上新见外，还对沈括有关天文学的观点做过详细的阐述。例如：沈括曾说：“月本无光，犹银丸，日耀之乃光耳。光之初生，日在其傍，故光侧，而所见才如钩；日渐远，则斜照，而光稍满。如一弹丸，以粉涂其半，侧视之，则粉处如钩；对视之，则正圆。”[xxxiii]朱熹赞同此说，并接着说：“以此观之则知月光常满，但自人所立处视之，有偏有正，故见其光有盈有亏。”[xxxiv]他还说：“月体常圆无阙，但常受日光为明。初三、四是日在下照，月在西边明，人在这边望，只见在弦光。十五、六则日在地下，其光由地四边而射出，月被其光而明。……月，古今人皆言有阙，惟沈存中云无阙。”[xxxv]

三.

对后世的影响

中国古代的天文学大致包括宇宙结构理论和历法两大主要部分，尤以历法最为突出。宇宙结构理论自汉代形成盖天说、浑天说和宣夜说之后，也经历了不断的发展，主要表现为占主导地位的浑天说不断吸取各家学说之长而逐步得到完善。

朱熹的天文学研究侧重于对宇宙结构理论的研究。他通过自己的天文观测和科学研究，以浑天说为主干，吸取了盖天说和宣夜说的某些观点，提出了较以往更加完善的宇宙结构理论，把古代的浑天说推到一个新的阶段，这应当是朱熹对于古代天文学发展的一大贡献。

但是，由于朱熹的天文学研究只是专注于宇宙的结构，对于当时在天文观测和历法方面的研究进展关注不够，在这些方面的研究稍显不足。因此，他的宇宙结构理论在某些具体的细节方面，尤其是定量方面，尚有一些不足之处，有些见解和解释是欠妥当的。

然而，他毕竟对宇宙结构等天文学问题作了纯科学意义上的研究，代表了宋代以至后来相当长一段时期中国古代天文学在宇宙结构理论研究方面的水平。而且，朱熹的宇宙结构理论在后来直至清代一直受到了不少学者的重视和引述。

朱熹之后宋末的重要学者王应麟(1223—1296年，字伯厚，号深宁居士)撰《六经天文编》六卷，记述了儒家经典中大量有关天文学方面的重要论述，《四库全书·六经天文编》“提要”说：“是编裒六经之言天文者，以易、书、诗所载为上卷，周礼、礼记、春秋所载为下卷。”该著作也记述了朱熹的许多有关天文学方面的论述。

元代之后科举考试以“四书五经”为官定教科书。其中《尚书》以蔡沈的《书集传》为主。蔡沈（1167—1230年，字仲默，号九峰）曾随其父蔡元定从学于朱熹。他的《书集传》是承朱熹之命而作，其中包含了朱熹所注《尚书》之《尧典》、《舜典》等内容，涉及不少有关天文学方面的论述。另有元代学者史伯璿（生卒不详）著《管窥外篇》；《四库全书·管窥外篇》“提要”说：该书中“于天文、历学、地理、田制言之颇详，多能有所阐发。”在论及天文学时，该书对朱熹的言论多有引述，并认为“天以极健至劲之气运乎外，而束水与地于其中”。这与朱熹的宇宙结构理论是一致的。

明初的胡广等纂修《性理大全》，其中辑录了大量朱熹有关天文学的论述。明末清初的天文学家游艺（生卒不详，字子六，号岱峰）融中西天文学于一体，撰天文学著作《天经或问》，后被收入《四库全书》，并流传于日本。该书在回答地球何以“能浮空而不坠”时说：“天虚昼夜运旋于外，地实确然不动于中……天裹着地，运旋之气升降不息，四面紧塞不容展侧，地不得不凝于中以自守也。”这里吸取了朱熹关于气的旋转支撑地球悬于空中的宇宙结构理论；在解释地震的原因时，该书又明确运用了朱熹的这一观点，说：“地本气之渣滓聚成形质者，束于元气旋转之中，故兀然浮空而不坠为极重亘中心以镇定也。”在论及日月五星的运行方向和速度时，该书说道：“日月之行，宋儒言之甚详”，并且还直接引述朱熹关于五星运行方向和速度的观点予以说明。

清代著名学者李光地（1642—1718年，字晋卿，号榕村）曾奉命主编《朱子大全》，其中“卷四十九理气一”有“总论、太极、天地、阴阳、时令”，“卷五十理气二”有“天文、天度、地理、雷电、风雨雪雹霜露”，收录了朱熹有关天文学的不少论述。李光地所著的《历象本要》引述了朱熹所谓“地在中央不动，不是在下”，“天包乎地”以及“天有九重”等，用以说明朱熹的天文学思想中包含了西方天文学有关宇宙结构的知识[xxxvi]。他在所撰的《理气》篇说：“朱子言天，天不宜以恒星为体，当立有定之度数记之。天乃动物，仍当于天外立一太虚不动之天以测之，此说即今西历之宗动天也。其言九层之天。近人者最和暖故能生人物。远得一层，运转得较紧似一层。至第九层则紧不可言。与今西历所云九层一一吻合。”[xxxvii]他的《御定星历考原》六卷，也引述了朱熹有关宇宙结构的言论，并且认为，朱熹所说的“天包乎地，地特天中之一物尔”就是指“天浑圆地亦浑圆”，而与西方天文学的宇宙结构理论相一致。

李光地与被誉为清初“历算第一名家”的梅文鼎（1633—1721年，字定九，号勿庵）[xxxviii]交往甚密，并且对当时的西方科学都持“西学中源”说。梅文鼎在所著《历学疑问》中多处引用朱熹有关宇宙结构的言论。该书认为，朱熹已经具有西方天文学所谓“动天之外有静天”、“天有重数”和“以轮载日月”的观点，并且说：“朱子以轮载日月之喻，兼可施诸黄、赤，与西说之言层次者实相通贯。”[xxxix]

除此之外，清代还有黄鼎（生卒不详）的《天文大成管窥辑要》八十卷，其中也包括朱熹有关天文学的不少论述。

朱熹是古代的大哲学家，代表了中国古代哲学发展的一座高峰。也许正是这个原因，他在天文学上所取得的成就一直没有能引起人们足够的注意。但是，这并不能否认他在天文学上确实做出过卓越的贡献，他的宇宙结构理论对后世产生过重大的影响，他是历史上重要的天文学家。的确，作为宋学集大成者的朱熹是“一位被遗忘的天文学家”，一位不该被遗忘的天文学家。

转贴于 注释：

1．〔日〕山田慶児：《朱子の自然学》，東京 : 岩波書店， 1978。

2．〔宋〕黎靖德编：《朱子语类》，卷第九十四。

3．《朱子语类》，卷第一百四。

4．陈来：《朱子书信编年考证》，上海人民出版社1989年版。

5．《答林择之》，《晦菴先生朱文公文集》（四部丛刊初编），卷四十三。

6．《答蔡季通》，《晦菴先生朱文公文集》续集卷二。

7．《答吕子约》，《晦菴先生朱文公文集》卷四十七。

8．胡道静：《朱子对沈括科学学说的钻研与发展》，《朱熹与中国文化》，学林出版社1989年版。

9．《答蔡季通》，《晦菴先生朱文公文集》卷四十四。

10．《答蔡伯静》，《晦菴先生朱文公文集》续集卷三。

11．《答廖子晦》，《晦菴先生朱文公文集》卷四十五。

12．《答蔡季通》，《晦菴先生朱文公文集》续集卷二。

13．26．27．30．31．35．《朱子语类》，卷第二。

14．《朱子语类》，卷第二十三。

15．乐爱国、高令印《朱熹格物致知论的科学精神及其历史作用》，《厦门大学学报》，1997年第1期。

16．17．18．21．22．《朱子语类》，卷第一。

19．〔英〕梅森：《自然科学史》，上海译文出版社1980年版，第75页。

20．28．《晋书·天文志上》。

23．25．29．朱熹：《楚辞集注》，上海古籍出版社1979年版，第51页。

24．杜石然等：《中国科学技术史稿》（下），科学出版社1982年版，第106页。

32．〔英〕李约瑟：《中国科学技术史》（第四卷）《天学》，科学出版社1975年版，第547页。

33．〔宋〕沈括：《梦溪笔谈》卷七《象数一》。

34．朱熹：《楚辞集注》，第53页。

36．乐爱国：《李光地的中西科技观述评》，《李光地研究》厦门大学出版社1993年版。

37．〔清〕李光地：《榕村语录》卷二十六《理气》。

第2篇：天文学的研究方法范文

王廷相是明代中叶重要儒家学者。他以信守孔子之道为己任，指出：“儒者之论，合于圣者，即圣人也，则信而守之；戾于圣者，即异学也，则辨而正之，斯善学道者也。”[ ]他还根据孔子所言“多闻阙疑，慎言其余，则寡尤；多见阙殆，慎行其余，则寡悔”[ ]中的“慎言其余”著《慎言》。同时，他明确主张研究自然，要求把握“物理”。王廷相在所作“策问”中说：

诸士积学待叩久矣，试以物理疑而未释者议之，可乎？天之运，何以机之？地之浮，何以载之？月之光，何以盈缺？山之石，何以欹侧？经星在天，何以不移？海纳百川，何以不溢？吹律何以回暖？悬炭何以测候？夫遂何以得火？方诸何以得水？龟何以知来？猩何以知往？蜥蜴何以为雹？虹霓何以饮涧？何鼠化为鴽，而鴽复为鼠？何蜣螂化蝉，而蝉不复为蜣螂？何木焚之而不灰？何草无风而自摇？何金之有辟寒？何水之有温泉？何蜉蝣朝生而暮死？何休留夜明而昼昏？蠲忿忘忧，其感应也何故？引针拾芥，其情性也何居？是皆耳目所及，非骋思于六合之外者，不可习矣而不察也。请据其理之实论之。[ ]

显然，王廷相是主张研究各种自然现象、研究科学的。而且他还认为，研究天地之道是学者“穷理尽性”所必不可少的。他说：

古之圣人，仰以观乎天文，俯以察乎地理，而人之道益明。盖以人性贯彻上下，通极内外，弥满于无垠，周匝于六合，苟一物之未知，是于性犹有所未尽也。故天地之道，虽悠远高深，学者不可不求其实矣。[ ]

王廷相不仅主张研究自然，同时自己也广泛深入地研究自然、研究科学。在天文学上，他进行过大量的天文观测，主张浑盖合一论，并且通过对浑天说与盖天说的优点加以综合，以解释各种天文现象；他还专门研究了古代天文学上的“岁差”概念的发展，撰有《岁差考》。[ ]

明清之际，顾炎武、黄宗羲、王夫之三大儒讲经世致用，与此相联系，他们也极力推崇科学，主张研究科学，包括研究天文学。

顾炎武对当时的王学末流提出批评。他说：“不习六艺之文，不考百王之典，不综当代之务，举夫子论学、论政之大端一切不问，而曰‘一贯’，曰‘无言’，以明心见性之空言，代修己治人之实学。”[ ]顾炎武认为，王学末流清谈“明心见性”之类，实际上是弃“修己治人之实学”，其结果是“股肱惰而万事荒，爪牙亡而四国乱；神州荡覆，宗社丘墟”。

顾炎武所谓的“修己治人之实学”，就是“博学于文”、“行己有耻”。关于“博学于文”，顾炎武说：

君子博学于文，自身而至于家国天下，制之为度数，发之为音容，莫非文也。[ ]

顾炎武讲的“博学于文”，当然也包括研究科学。顾炎武的《日知录》三十余卷“凡经义史学、官方吏治、财赋典礼、舆地艺文之属，一一疏通其源流，考证其谬误”[ ]，其中也包括科技知识。《日知录》第30卷“论天象数术”，有《天文》、《日食》、《月食》、《岁星》、《五星聚》、《百刻》、《雨水》等条涉及天文学。

黄宗羲的《明夷待访录》被认为是“中国历史上第一部系统地阐发民主主义思想的著作”[ ]。同时在该书中，黄宗羲还非常重视“学校”，认为学校不仅在于养士，更重要的是“必使治天下之具皆出于学校”。他认为学校除了有“五经”师，“兵法、历算、医、射各有师”。他还说：

学历者能算气朔，即补博士弟子。其精者同入解额，使礼部考之，官于钦天监。学医者送提学考之，补博士弟子，方许行术。岁终，稽其生死效否之数，书之于册，分为三等：……上等解试礼部，入太医院而官之。[ ]

对于取士，黄宗羲提出了8种渠道，有科举、荐举、太学、任子、邑佐、辟召、绝学和上书。其中所谓“绝学”，黄宗羲说：

绝学者，如历算、乐律、测望、占候、火器、水利之类是也。郡县上之于朝，政府考其果有发明，使之待诏。否则罢归。[ ]

显然，黄宗羲非常强调天文学的学习，注重选拔天文学人才。

黄宗羲在为学上有《明儒学案》、《宋元学案》等重要著作流传于世，同时也撰写了不少科学著作，其中天文学类著作“有《授时历故》一卷，《大统历推法》一卷，《授时历法假如》一卷，《西历假如》、《回历假如》各一卷”[ ]。

王夫之一生潜心著述，著作等身。除了对经学、史学、文学以及政治等有深入研究外，他对科学也有较多的关注。尤为重要的是，他把研究科学与理学的“格物穷理”联系在一起。他曾说：

密翁与其公子为质测之学，诚学思兼致之实功。盖格物者，即物以穷理，惟质测为得之。[ ]

密翁，即方以智（公元1611～1671年），字密之，号曼公，明清之际的思想家、科学家。在学术思想上，他主儒、释、道三教合一，[ ]并且著有《物理小识》、《通雅》等科学著作。他认为，学问有“质测”、“宰理”、“通几”之分，[ ]所谓的“质测”就是要研究“物理”；他还明确指出：“物有其故，实考究之，大而元会，小而草木螽蠕，类其性情，征其好恶，推其常变，是曰‘质测’。”[ ]可见，方以智的“质测之学”就是指自然科学。王夫之以方以智的“为质测之学”解“格物”，实际上就是以研究科学解“格物”。把研究科学与儒家为学成人所必需的“格物”联系起来，足以表明王夫之对科学的重视。

王夫之不仅以研究科学解“格物”，他本人对科学也进行了广泛的研究。王夫之晚年著《思问录》以及《张子正蒙注》，其中《思问录》外篇和《张子正蒙注》的《太和》、《参两》等篇包含了丰富的科学方面的论述，涉及天文学、地学以及医学等方面的内容。

在天文学上，王夫之反对盖天说，赞同浑天说。他认为，盖天说“可状其象而不可状其动也，此浑天之说所以为胜”。他还说：

乃浑天者，自其全而言之也；盖天者，自其半而言之也。要皆但以三垣二十八宿之天言天，则亦言天者画一之理。[ ]

王夫之还具体分析了历家的“天左旋，日月五星右转”以及张载的“日月五星顺天左旋”，并且说：

张子据理而论，伸日以抑月，初无象之可据，唯阳健阴弱之理而已。乃理自天出，在天者即为理，非可执人之理以强使天从之也。[ ]

显然，王夫之不赞同张载提出的“日月五星顺天左旋”的观点。与此同时，他也不赞同张载用阴阳五行说解释日月五星各自运行速度的不同，并且明确指出：“五纬之疾迟，水金火木土以为序，不必与五行之序合。”[ ]关于日月五星运行的速度，王夫之说：

远镜质测之法，月最居下，金、水次之，日次之，火次之，木次之，土居最上。盖凡行者必有所凭，凭实则速，凭虚则迟。气渐高则渐益清微，而凭之以行者亦渐无力。故近下者行速，高则渐缓。[ ]

此外，王夫之对月食、月中之影、岁差等天文现象以及历法的有关问题都提出了自己的观点。

明清之际的陆世仪也非常重视天文学的研究。陆世仪（公元1611～1672年），字道威，号刚斋，又号桴亭，太仓（今属江苏）人。他赞同朱熹的格物穷理之说，反对王阳明的致良知。他说：“致良知虽是直截，终不赅括，不如穷理稳当。……天下事有可以不虑而知者，心性道德是也。有必待学而知者，名物度数是也。假如只天文一事，亦儒者所当知，然其星辰次舍，七政运行，必观书考图，然后明白，纯靠良知，致得去否？”[ ]陆世仪认为，科学方面的知识不同于心性道德方面的知识，其认知方法也不相同；儒者应当学习科学知识、研究科学，而不是靠“致良知”。与此同时，陆世仪还从经世致用的角度强调学习科学的重要性。他说：“六艺古法虽不传，然今人所当学者，正不止六艺。如天文、地理、河渠、兵法之类，皆切于用世，不可不讲。俗儒不知内圣外王之学，徒高谈性命，无补于世，此当世所以来迂拙之诮也。”[ ]

清初大儒李光地对天文学也有研究。李光地（公元1642～1718年），字晋卿，号厚庵、榕村，福建安溪人。曾奉命主编《性理精义》、《朱子大全》等著作。李光地一生致力于理学，“以子朱子为宗，得道学正传。而又多才多艺，旁及天文算数之事，尤能贯通古今，洞明根底”[ ]。他说：“思知人，不可以不知天。仰则观于天文，穷理之事也，此则儒者所宜尽心也。”[ ]在这里，李光地把研究科学与儒家的“尽心”、“知性”、“知天”、“穷理”联系在一起。

李光地对天文历算有特殊的爱好，与当时的天文学家、数学家梅文鼎交往甚密。清康熙二十八年（公元1689年），梅文鼎奉昭参与修《明史历志》。当时的李光地因仰慕梅文鼎的历算才华，与他订交，并就历算的研究进行了交谈。此后，李光地经常前去求教，学问大进。期间，梅文鼎还根据李光地的建议编纂《历学疑问》。该书写成后，李光地为之作序，并刊刻行世。后来，李光地又将《历学疑问》以及梅文鼎推荐给康熙皇帝，梅文鼎受到了褒奖，于是名声大震。在与梅文鼎的交往过程中，李光地对天文学也作了深入的研究，其天文历法类著作主要有：《历象要义》、《历象合要》、《历象本要》等，主编《御定星历考原》、《御定月令辑要》等；还有论文《记太初历》、《记四分历》、《记浑仪》、《算法》、《历法》、《西历》等。

戴震是清代重要的汉学家。他除参与编修《四库全书》外，还有著作《原善》、《孟子字义疏证》、《声韵考》、《声类表》、《方言疏证》等，有清代考据学大师之誉。同时，他也非常强调研究科学。他说：

诵《尧典》数行，至‘乃命羲和’，不知恒星七政所以运行，则掩卷不能卒业。……不知古今地名沿革，则《禹贡》、《职方》失其处所。不知‘少广’、‘旁要’，则《考工》之器不能因文而推其制。不知鸟兽、虫鱼、草木之状类名号，则比兴之意乖。[ ]

显然，戴震把对科学的研究看作是整理、考订古典科技文献必要的知识基础。

戴震不仅强调研究科学，而且自己也深入研究科学，“凡天文、历算、推步之法，测望之方，宫室衣服之制，鸟兽、虫鱼、草木之名状，音和、声限古今之殊，山川、疆域、州镇、郡县相沿改革之由，少广旁要之率，钟实、管律之术，靡不悉心讨索。”[ ]正是对科技的深入研究，他撰写了大量的科技著作，其中有天文历法类著作：《原象》、《续天文略》、《迎日推策记》、《九道八行说》、《周礼太史正岁年解》、《周髀北极璿玑四游解》、《记夏小正星象》、《历问》、《古历考》等。

还需指出的是，明清一些儒家，比如黄宗羲、李光地等，他们在研究天文学时，较多地通过介绍西方的天文学知识，把中国传统的天文知识与西方的天文学结合起来。这对于西方天文学的传入是有积极意义的。

注释：

[1] 《王氏家藏集》卷二十八《与彭宪长论学书》。

[2] 《论语为政》。

[3] 《王氏家藏集》卷三十《策问》。

[4] 《王氏家藏集》卷三十《策问》。

[5] 参见高令印、乐爱国：《王廷相评传》，江苏：南京大学出版社1998年版，第228—261页。

[6] 《日知录》卷七《夫子之言性与天道》。

[7] 《日知录》卷七《博学于文》

[8] 《日知录》潘耒“序”。

[9] 冯契：《中国古代哲学的逻辑发展》（下），上海：上海人民出版社1984年版，第1023页。

[10] 《明夷待访录学校》。

[ 1] 《明夷待访录取士下》。

[ 2] 全祖望：《鲒埼亭集》卷十一《梨洲先生神道碑文》，《续修四库全书》，上海：上海古籍出版社2002年版，第1429册。

[ 3]《船山全书》第12册《搔首问》，湖南：岳麓书社1992年版，第637页。

[ 4] 参见罗炽：《方以智的“质测通几”之学》，载陈鼓应等：《明清实学思潮史》（中卷），山东：齐鲁书社1989年版。

[ 5] 方以智：《通雅》卷首三《文章薪火》。

[ 6] 方以智：《物理小识》“自序”。

[ 7] 王船山：《思问录》外篇。

[ 8] 《思问录》外篇。

[ 9] 《思问录》外篇。

[20] 《思问录》外篇。

[21] 《思辨录辑要》卷三《格致类》。

[22] 《思辨录辑要》卷一《大学类》。

[23] 阮元：《畴人传》卷四十《李光地》，北京：商务印书馆1955年版。

[24]梅文鼎：《历学疑问》“李光地序”。

第3篇：天文学的研究方法范文

美国哈勃太空望远镜科学研究所著名天体物理学家马里奥•里维奥（MarioLivio，1945-）撰写的科普名著《IsGodaMathematician？》中提出一个疑问，并指出这个疑问曾令那些最富有创新精神的先贤们苦苦思索了几个世纪：数学无处不在，无所不能。这些正会让人们联想到神的特征[1]。数学似乎不仅是描述和解释整个宇宙最有效的工具，而且可以用来解释最复杂的人类活动。

1数学何以有效

古希腊时期，数学作为一种神秘主义信仰而存在。直到中世纪基督教时期，数学逐渐促使人们从盲目的信仰转向理性。随着数学理性的发展和希腊学术的复兴，一批具有理性主义的学者们提出宇宙的设计主要是数学设计，上帝成了数学家，研究自然界的数学设计成为最神圣的事业。随着文艺复兴后科学理论、科学公式的定量化、演绎的、具有严密逻辑结构的方式为人们所把握，人们终于抛弃了世俗的上帝，开始走向无神论和泛神论。对因果关系的信仰，宇宙统一理论的理想，世界合理性和可理解性的信念，成为支配科学家工作的基础。数学的确定性、一致性和对因果关系的把握，已经深深融入西方文化的深层结构，成为人们的一种观念，对近代西方文化产生了重要的影响。

16-18世纪的西方数学家，对于在宇宙体系构建上为什么数学奏效这个问题的回答是直截了当的。深受大自然是根据数学设计的这一古希腊信念的影响，并同样受上帝根据数学设计了世界这一中世纪信条的影响，他们将数学看成通过自然界的真理之路。通过将上帝看成专注、至高的数学家，就有可能将对于大自然的数学规律的探求看成宗教追求。伽利略、笛卡尔、牛顿等一大批科学家们坚信世界的和谐是上帝的数学安排。上帝将严格的数学秩序给予了世界，而我们只能费劲千辛万苦才能理解[2]。一直到爱因斯坦所信仰的“同深挚的感情结合在一起的、对经验世界中所显示出来的高超的理性的坚定信仰”的斯宾诺莎式的上帝概念[3]，自然神论———泛神论才成为爱因斯坦以及之后很多西方科学家的科学信仰和感情的基础。非欧几何诞生后，虽然很长一段时间内人们对数学的真理地位丧失了信心，对非欧几何提出了众多质疑，它能描述我们居住的物质世界吗？但当它在爱因斯坦的相对论中得到回答时，数学这种神奇的有效性又使众多数学家陷入思考，有些人开始认为数学是原本存在的，我们只是进行不断的发现而已，有些人坚持认为数学只是我们的一种创造，现实世界并不存在，然而数学何以这么有效呢？爱因斯坦也惊叹：“数学，这个独立于人类经验存在的人类思维产物，怎么会如此完美地与物理现实中的物质相一致”[1]？爱因斯坦在《我眼中的世界》(1934年)一文中进一步指出：“迄今为止，我们的经验已经使我们有理由相信，自然界是可以想象得到的最简单的数学观念的实际体现。我坚信，我们能够用纯粹数学的构造来发现概念以及把这些概念联系起来的定律，这些概念和定律是理解自然现象的钥匙。经验可以提供合适的数学观念，但是数学概念无论如何都不能从经验中推导出来。当然，经验始终是检验数学结构的实用性的唯一标准，但是这种创造的原理都存在于数学之中。因此，在肯定的意义上，我当然地认为，像古人所梦想的纯粹思维能够把握实在”[4]。

非欧几何在相对论理论上的成功，使人们对数学的观念逐渐地发生转变。对非欧几何的确认，实际上就已经意味着从古希腊以来的、以数学为代表的“绝对真理观”的终结。但不管怎么说，尽管数学失去了其在真理堡垒中的绝对位置，但它与物理世界很相契。无可回避的而且仍有无可估量的重要性的事实就是，数学是探究、发现和描述物理现象的最佳方法。在古希腊、中世纪、文艺复兴时期及其后，数学都是有力的知识工具，即便是被赋予神学意义的时候仍认为上帝是按照数学规律设计这个世界的。

正如我们在近现代物理学的某些分支中见到的，数学是我们关于物理世界的知识之精髓。尽管数学结构本身并不是物理世界的实在，但它们是我们所拥有的唯一通向实在之门的钥匙。“非欧几何学的创立非但没有毁掉数学的价值及对于其结果的信心，反而———非常吊诡地———增加了其实用性，因为数学家能够自由地探索全新的概念，发现其中有些可应用。事实上，自1830年以来，数学在组织和控制大自然中的作用以几乎不可相信的速度扩展了。此外，自牛顿时代以来，数学家描述和预言自然的过程的准确性大大增加了。[2]”黑洞理论是科学史上极为罕见的情形之一，在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下，作为数学的模型被发展到非常详尽的地步。的确，这经常是反对黑洞的主要论据：你怎么能相信一个其依据只是基于令人怀疑的广义相对论的计算的对象呢[5]？尽管数学因为非欧几何的出现失去了绝对真理的地位，以及哥德尔定理导致的数学家们对数学基础论争的失败，让人们对数学的有效性产生了怀疑。但是，正如数学史家M•克莱因所说的：“也许人类的数学仅仅是一个可行的方案，也许自然本身更为复杂或者并没有什么固有设计。但是，数学仍不失为一种探索，是掌握自然的一种方法。在那些数学行之有效的领域，它是我们的全部资本；如果它不是现实本身，它就是我们所能达到的与现实最接近的东西。……就知识的确定性而言，数学是一种理想，我们为这一理想而奋斗，尽管我们也许永远不会达到。确定性也许只不过是我们在不断捕捉的一个幻影，它是如此无止境地难于捉摸。然而，理想具有力量和价值，公正、民主和上是理想。的确，也有在上帝的幌子下被谋杀的人，审判不公的案件也臭名远扬，但是，这些理想是千百年来文化的重要产物。数学也是一样，尽管它也仅是一种理想。也许细想这一理想将会使我们更加清楚地认识到在任一领域，我们该选择什么方向才能获取真理”[4]。

爱因斯坦相信人类的数学只有一少部分由实在主导。他在《相对论的意义》（1945年）中说道：“观念的世界看来不能用逻辑的方法从经验中推导出来，而从某种意义上说是人类心智的创造，没有这种创造就没有科学。尽管如此，这个观念的世界程度很小地独立于我们的经验的本性，正如衣服程度很小地独立于我们身体的形状一样”[2]。对于数学为什么有效，那些较早世纪与宗教有关的信念在现代被抛弃了。不过现在我们再回过头来看著名物理学家詹姆斯•金斯提出的“宇宙似乎是由一位理论数学家设计的”这一问题，他认为“基本的事实就是这样：科学现在给大自然所描绘的图像（看来只有这些图像能够与观察到的事实一致）是数学化的图像……大自然似乎精通纯数学的规则……不管怎么说这一点几乎是无可争辩的：大自然和我们的有意识的数学心智根据同样的规律来运作。”著名数学家齐民友先生有力地回答了这一问题，数学作为人类文化的一个重要部分，既然是科学，它首先关心的当然还是我们生活于其中的宇宙。数学的探索意义究竟何在？就在于它对认识宇宙的本性上有重大贡献。我们不赞成狭隘的近视的看法，认为一切数学研究都必须有某种具体的目的，或者用现行的说法叫做“有应用前景”。其实所谓的“前”可以有完全不同的理解，“眼前”固然是“前”，“前瞻若千年”也是前，区别在于人类社会在文化和物质上的发展程度。发展向上的社会，具有更高的文化、科学和物质生产水平，同样也就会更认真地考虑各门科学的前景。但是，从根本上说，如果数学的研究不能在“认识宇宙”上开花结果，数学研究还有多少价值呢！“认识人类自己”其实也还是为了提高人的认识能力，去认识大自然和人类社会，否则数学也就成为一种宗教式的内省了。在这里我们没有用“改造自然”的说法，因为人与自然究竟应该是什么关系，是不是简单地按人类的需要来“改造”自然是一个很大的问题，当代科学的发展使我们懂得了人必须与大自然“和睦相处”。认识宇宙，也认识人类自己其实也还是为了找到正确的相处关系。我们一再强调过数学作为人类文化的一个重要特点，就是极端抽象的、甚至有时被误解为“毫无意义”、“脱离实际”……的数学研究，可以根本改变人对大自然和人类自己的看法，甚至可以改变人类社会的面貌。人们很难回避一个结论：数学是人类全部技术的最重要的基础[6]。#p#分页标题#e#

2中国古代的宇宙观念

在西方文化中，按照数学模式来解释世界、构造天文理论，从其初始的一种宗教式崇拜，后来演化成上帝用数学设计世界。蕴含于其中的数学理性，最终把西方天文学导入了现代科学的数学理论框架之中。相反，中国古代天文学空有辛勤准确的观测记载，而始终未能形成一种明确可遵循的理论体系。例如，哈雷彗星在中国古代天文史上有30多次之多的记载，但中国的天文学家却从来没有人想到去构造它的运行轨道，结果这个发现被18世纪英国的天文学家哈雷获取。因为哈雷发现每隔76年出现一次的记载，恰是彗星绕太阳运行的轨道的周期。这个史实足以表明，在经验和知识充分积累之后，如果没有深层的理性构造就必然导致科学停滞不前甚至倒退[7]。中国古代先贤很早就对宇宙问题有过思考，《淮南子•原道训》注：“四方上下曰宇，古往今来曰宙，以喻天地。”即宇宙是天地万物的总称。《庄子•天运》中记载：“天其运乎？地其处乎？日月其争于所乎？孰主张是？孰维纲是？孰居无事推而行是？意者其有机缄而不得已乎？意者其运转而不能自止邪？云者为雨乎？雨者为云乎？孰隆施是？孰居无事乐而劝是？风起北方，一西一东，有上仿徨。孰嘘吸是？孰居无事而披拂是？敢问何故？”华夏民族作为一个古老的农耕民族，对天文学非常依赖，很早就注意观测和记录各种天象。在殷墟甲骨卜辞中已有了日食、月食的记载。有关流星、彗星、太阳黑子等异常天象，中国古代也都有记录。春秋战国时期，由齐国人甘德和魏国人石申所著的《甘石星经》已有115颗恒星的坐标位置。可以说在天文学史上，中国人的经验知识以及观测记载堪为世界第一。著名的科学史学者李约瑟先生在把中国古代的天文学与其它民族的天文学成果相比较时认为：“中国人在阿拉伯以前，是全世界最坚毅、最精确的天文观测者。有很长一段时间（约在公元前5世纪到公元10世纪），几乎只有中国的记事可供利用。现代天文学在许多场合（例如对彗星，特别是对哈雷彗星重复出现的记载）都曾求助于中国的天象记事，并得到了良好的结果”[8]。

中国很早就创立了干支记法和二十八宿的独特测天方法。战国时代已有五星记载（金木水火土），在汉代时测得更为精密。中国古人把整个天空分成四宫，就像将一个苹果切成四大块那样，而每一部分都有一种象征性的古代动物代表，苍龙为东方和春，朱雀为南方和夏，白虎为西方和秋，玄武为北方和冬。而紧围着天帝极星的北拱极区，按照类似于五行的象征性关系又被认为是独立的中央黄宫。而这种五行观念贯穿在整个中国的自然哲学之中。从远古以来，中国的赤道（与黄道相对）被分成28份，即每宫七宿，每宿由一特殊的星座标定，从其中某一特定的定标星（距星）起算，因而每一宿所占的赤道范围又有很大差别。中国古代信守“天人合一”的理念，历代帝王治国安民，无不求端于天，传说自三皇五帝开始就有历法。三统历、四分历、乾象历等所测得五星的度数以及会合周期的精确度已经相当高。根据天文学家陈遵妫先生统计，中国自古以来历代的历法共有104部之多[9]，经历了准备时期、古历时期、中法时期、中西合法时期和公历时期五个发展阶段。其中准备时期以《夏小正》历法为主，古历时期从春秋到汉武帝期间主要是《颛顼历》，中法时期从汉武帝开始的《太初历》和直到明朝的《大经历》，中西合法时期是以明徐光启主持的《崇祯历书》和清朝《时宪历》、《癸卯元历》为代表，公历时期是后从1912年开始实施的公历，也即格里高里历[10]。

3基于中西文化史的思考

中国最初在天文理论构思方面（盖天说、浑天说）也不逊于西方天文鼻祖托勒密。而且从实际上说，托托勒密构造的“地心说”，并不具有比“浑天说”更多的经验支持。有人曾把托勒密的地心说与同时代汉朝天文学家张衡的天文理论作过比较，发现两者具有极大的相似性，依据张衡的假说所绘制的天文图与托勒密的地心说天文图几乎没有什么两样[11]。遗憾的是张衡并没有明确提出像托勒密那样的地心说理论模型。李约瑟曾评价说：“把中国的星表和伊巴谷、托勒密的星表对照来看，是非常有意思的。后者不仅年代较晚，所载的恒星也少三分之一，……周、汉之间中国人在方位天文学方面的工作应在科学史上占有远为重要的地位，这是毫无疑问的。现代世界通用的天球坐标系基本上是中国式的，而不是希腊式的，这一点似乎也值得强调”[8]。从中西方数学文化史比较的意义上看，以托勒密为代表的古希腊天文理论模式是以数学崇拜为基点建立起来的，而中国古代天文理论的构思却是建立在《周易》衍生出来的阴阳五行解释系统之上的。作为一种理论的构思，作为一种理性的追求，中国与古希腊天文理论在数学理性上的差异，决定了它们未来的发展前途。哥白尼的日心说虽然早在17世纪30年代就被写入《崇祯历书》，但后来还是被否定，在中国人的观念中唯有地静说才是公认的观点。

天文学是离不开数学的，确定日月星辰的位置，观察记载它们的运动，寻找季节变化的规律都必须以数学的计算为手段。中国古代的天文学在这种应用的层次上当然也是依凭数学的，尤其是在历法计算方面，唐代的僧一行运用的插值方法与西方相比非常高超。但是，当涉及整个天文学理论模式构造，情况就不一样了。中国古代天文学的盖天说、浑天说、宣夜说，实际都是把观测经验和计算数据容纳在一个按《周易》思维方式构造出的模式之中。有的学者评述时说：“查阴阳五行与天文历法，有的部分是巧合，有的部分是勉强牵强”[12]。其实巧合也好牵强也好，这些理论构造在其当时是有其合理性的，致命的危机潜伏在它未来发展的可能性上面。刘徽在注释《九章算术》序中说：“昔在包牺氏始画八卦，以通神明之德，以类万物之情，作九九之术，以合六爻之变。”显然，刘徽是在《周易》解释宇宙万物的指导下来建立“九九之术”的。显然，作为一种理性，中国古代数学在它构成第一本数学著作时，就成为《易经》的“婢女”，而不是像《易经》那样获得在中国文化中解释宇宙万物的地位。齐民友先生曾指出数学理性精神、数学探索精神“其实只是西方文化中所表现的人类精神生活的一个侧面。把认识宇宙也认识人类自己作为永恒的主题这只是西方文化的特征；把进行这种理性的探索看成人类最崇高的感情，也只是对西方人而言的。中国人生活在天人合一的至高无上的和谐中，精神生活早已得到满足，哪说得上要什么思想解放呢”[6]？中国以阴阳五行、《周易》八卦为表象形式，形成中国整体相关、整体互补的辩证思维方式。并在以农耕生存、家庭和血缘关系为主体的，以伦理道德为主要发展方向的价值取向中[13]，形成了中华民族文化特定的理性精神，而这种理性精神中不像西方那样以数学理性为主导。#p#分页标题#e#

第4篇：天文学的研究方法范文

事实上，一些天文学家已经开始进行新的尝试了。目前，有三个天文学家团队正计划扫描广大的空间，以期发现外星人或者由外星人建造的巨大工程。这些天文学家的理念是：不必再尝试拦截外星通信，或许我们应该找寻外星人的“物品”。

之前科学家在这方面已经有过一些小规模的尝试，而现在，三个天文学家团队计划扫描广大得多的空间。其中两个团队希望在星光的明暗变化中发现“外星工业”的影子，第三个团队则希望通过筛选“外星垃圾”达到此目的。这后一种方法就好比考古学家通过筛选考古发掘出的尘土寻找古代遗迹。当然，天文学家想要找的东西比史前的隧石箭头或陶器碎片要宏大不知多少倍——他们要找的是行星大小的发电站，围绕恒星的环或球，太阳系大小的电脑，甚至包括宏大到整个星系大小的硬件配置。

真有庞大到如此惊人地步的外星巨厦吗？这听起来令人匪夷所思，但它背后有个简单的理念：外星文明可能比地球文明先进不知多少倍。人类修建的道路和城市已经遍布地球表面的许多地方，我们也已经向其他天体发射了许多探测器，这一切不过发生在几百年间，而外星文明可能已经发展了好几万年甚至数百万年！

美国物理学家弗里曼·戴森早在1960年就指出，如果外星文明持续发展和扩张，它们就不可避免地将消耗越来越巨量的能源，而在任何恒星系统中最大的能量来源就是恒星本身。我们今天的总能量消耗相当于到达地球的阳光数量的大约0.01%，所以太阳能完全能满足我们的所有需求。然而，如果能量需求以每年1%的速度持续增长，那么1000年后到达地球的太阳能将无法满足我们的能源需要。其他能量来源例如核聚变并不能解决问题，原因是产生的废热会烤干地球。

以此推想，外星文明可能已经开始在空间建造恒星能（太阳能就是一种恒星能）电厂、工厂甚至居住地。建筑材料可能开采自小行星，接着是行星，再接着甚至可能是恒星自身。戴森的结论是：经过几万或几百万年后，恒星可能已完全被外星人所建造的巨大球体包围。这种球体被称为“戴森球”。

戴森球的规模之大让人难以想象。一个半径类似于地球与太阳之间距离的戴森球，其面积将超过地球表面积的1亿倍。建造这样的戴森球肯定很不容易，原因是单独一个这样的球几乎不可能承受极大的压力和引力不平衡，更可能的选择是球簇——许多巨型电站分布于环绕恒星的互不交叉的轨道上。戴森自己不愿意猜测其中的细节，也不愿意猜测戴森球是否已经出现的可能性。但他指出，重要的是，如果外星人已经建造了戴森球，那么我们就有机会看见它们。

一个巨大的球会遮挡恒星的光线，使得我们看不见这个球，但这个球仍然会以红外辐射的方式发射废热。因此，正如美国著名宇宙学家卡尔·萨根在1966年指出的那样，如果红外望远镜看见了一个温暖的物体，而在可见光波长则什么也看不见，那么这个物体就可能是戴森球。

一些天然物体也可能产生同样的效果。非常年轻和非常古老的恒星经常被尘埃和气体环绕，这些气尘会阻挡恒星的光线并辐射红外线。不过，物体的红外光谱会泄露物体的秘密。尘埃中的硅酸盐化合物会在光谱中产生特征明显的宽峰，温暖气体中的分子会在特定波长产生或明或暗的光谱线，而来自戴森球的废热产生的热光谱平滑、无特色。显然，对于寻找外星巨厦的天文学家来说，越无趣的红外光谱越好。

1983年，在调查天空10个月之后，“红外天文卫星”提供了合适波长的良好的天空图景。一些天文学家分析了这些数据，其中包括美国费米实验室的理查德·卡里根，他在2009年发表了自己的最新搜索结果。不过，卡里根没有发现具有说服力的红外源，他的搜索范围有限，只能探察类太阳恒星周围的戴森球，而且这些恒星与地球的距离不超过1000光年。这个范围相比银河系来说实在太小——银河系的直径是10万光年。

目前，还没有几个天文学家加入到卡里根的寻找戴森球的行列中，原因之一是缺乏资助。2012年，一名亿万富翁设立了“坦普尔顿基金”，专门资助“新前沿”项目——寻找外星巨厦之类的新思路。一些天文学家抓住了这个机会。2012年10月，该基金批准了三项独立的搜索计划。其中一个项目由宾夕法尼亚大学的贾森·莱特领导，目的是通过分析来自两部空间红外天文台——“宽视场红外调查探索者”和“斯皮策空间望远镜”（分别发射于2009年和2003年）的数据寻找戴森球的废热。得益于上述两部空间天文台的探测数据，天文学家能扫描的空间范围将比卡里根的大几千倍。因此，如果存在一颗完全被戴森球包围的类太阳恒星，不管它在银河系中的什么地方，天文学家都应该能发现它。

在莱特看来，就算如此大范围的搜索也不够雄心勃勃。他猜想，具有如此先进技术的外星文明应该能够在几百万年内传遍并殖民整个星系（星际旅行应该不会比建造戴森球更艰难），在此过程中，外星人走到哪里就在那里建造戴森球。这样的文明很难灭绝，因为到处都可能有自给自足的救生球。如果这种情况发生在银河系中，那么银河系里到处都应该有戴森球。莱特认为，要是最终在银河系中只发现了一个或几个戴森球，那肯定会让人大跌眼镜。

于是，莱特的团队把调查目标指向了宇宙深处。他们的逻辑是：一个已被殖民的星系一定很快就会超越平凡，前往更抢眼的星系殖民。因此，他们要在“宽视场红外调查探索者”的探测数据中寻找一个最明亮的星系。如果某些极为聪颖的外星文明已经征服并包围了像银河系这么大的星系，那么莱特团队就可能发现它们的戴森球——哪怕这些戴森球远在10亿光年外。如果它们已经殖民了一整个星系团，哪怕它们的戴森球在更远的地方，也一样可能被看见。

尽管能看到很远的地方，上述这种探索废热的方法却有自己的缺陷——如果外星人建造的只是一条细薄的恒星能量采集器环，或者一个有很多空隙的戴森球，从而让大量的恒星星光穿透，那么莱特团队是看不到它的。而这正是另外两个天文学家团队的努力之所在——他们将在“开普勒号”望远镜的帮助下，寻找相对小的外星工程。

“开普勒号”的任务是监测地球附近的大约15万颗恒星，探察它们的亮度改变。迄今为止，“开普勒号”通过这种方式已经发现了几千颗新行星。

由夏威夷大学科学家安德鲁·霍华德领导的团队和加利福尼亚大学科学家、“行星猎手”（用于称呼发现了大量行星的科学家）杰弗里·马西领导的团队，将一起着力寻找无法正常解释的异常物体，采用的方法是搜索不同寻常的变暗模式。而由普林斯顿大学科学家卢仙妮·沃克维茨领导的另一个团队，也将在“开普勒号”的探测数据中寻找另类，但他们使用的方法略有不同——霍华德和马西团队的搜索依赖人工检视光曲线，沃克维茨团队则采用机器认知的运算法则。

光曲线表示的是恒星在一段时间里的亮度改变，例如一个物体在恒星正前方经过时所造成的恒星亮度改变。霍华德说，如果这个物体的大小与一颗气态巨行星相当，来自“开普勒号”的光曲线就能揭示它的形状：如果这个物体是木星大小的矩形，那么就可以肯定它是外星人建造的。在霍华德看来，如此巨大的外星建筑无疑能存在很长时间，它们被天文学家发现的概率也会比较高。

不过，在沃克维茨看来，上述推测毫无意义。她说，人们花了大量时间来试图揣测外星人的心态，但我们却连外星人的技术如何也全无概念。因此，我们对外星人会干什么的想象越多，我们的视野受限就会越严重。沃克维茨说她的团队将只寻找怪异的物体，而且候选对象不必是什么“大家伙”。他们的搜索可能探察到改变恒星星光的任何物体。如果这个物体是一面发电用的或者驱动太阳帆飞船用的巨型镜子，那么它一定会产生明显的闪耀。如果外星人有能力糊弄星际物理，例如延长它们的恒星的寿命，或者产生有用的元素，那么恒星的人工可变性也必将反映出来。沃克维茨预计，他们最快在几个月后就应该找到令人感兴趣的候选对象。

当然，仅仅发现某种新的奇异现象并不意味着外星人就在那里。但哪怕最终发现的只是自然现象，科学家们也一样会开心，因为这样的搜寻同样是值得的。事实上，科学家在搜索戴森球的同时也在搜寻其他任何新的发现。

所有这一切都会让戴森本人感到满意，他目前是“新前沿”计划的荣誉顾问。他说，对外星工程的搜寻不能与正常的宇宙探索对立起来。我们探索各式各样的天然物体。如果某种足够怪异的东西冒出来，它就有可能是外星人所为。

不过，也有科学家表示了他们的担心：就算有某些形式的戴森球的确在那里，我们也未必能看出来。美国知名未来学家布兰德里就暗示：太空电站的最有效配置是一系列互相依偎在一起的球体，这些球体分成内外几圈，其中外环利用内环的废热。他想象这些电力供给一部巨大的电脑使用。

如此配置的外层的最低温度，或许只比宇宙微波背景辐射的3K高一点点，这将导致天文学家很难从它的辐射中探知它的存在。因此，在我们不知情的情况下，外星人的电脑中心可能就潜藏在附近，正以名副其实的巨大而冷静的智慧打量着我们。

很少有考古学家一开始发掘就指望发现一辆金战车，因此我们也不应太过乐观地希望马上就能找到戴森球。另一方面，外星人可能透过其他迹象来让自己显山露水。

天文学家已经开始“嗅闻”一些太阳系外的行星的大气层组分，并已经发现了二氧化碳、甲烷、水蒸气和钠的光谱线。这些物质被发现存在于近距离环绕母恒星的巨行星附近，使得这些行星相对容易探测。

理论上，用这种方法应该也能探查到类地行星大气层中的合成气体（例如氯氟烃）的微弱得多的光谱线。这类气体有可能是外星人实施全球暖化以改造星球、适于居住的迹象（有天文学家指出，地球人如果要想移民火星，或许应该考虑用氯氟烃和六氟化钠让火星升温）。

当然，像这样的非刻意的污染很可能只有很低的含量，我们是很难探察到它们的。如果它们只存在几十年或几百年，我们更是需要足够的幸运才能发现它们。

直击外星大气

天文学家2013年3月宣布，他们首次详细地观察到太阳系外一颗行星的大气层。这也是对太阳系外的行星的化学组成进行的最初几次直接分析之一。在过去，天文学家只能通过观察行星的母恒星光度的微弱变化，来推断太阳系外的行星的存在以及行星的气体。如今随着观测仪器的升级，天文学家已经可以直接探察来自几光年外的行星的光线。

这些数据不仅能揭示行星的存在，而且能表明行星大气层中富含什么成分。这类信息有可能披露行星的形成过程和行星上是否存在生命。不过，天文学家此次观察的这颗行星的大小和轨道排除了它是一个可居住世界的可能性。

上述探测标志着探索太阳系外行星的新时代已经到来。2008年，天文学家首次拍摄到太阳系外的一个多行星系统——三颗气态巨行星环绕着恒星“HR8799”。“HR 8799”距离地球大约130光年，位马座。这三颗行星都很炙热、很亮。因而让天文学家能直接探察到它们。2010年，天文学家又拍摄到了环绕“HR 8799”的第四颗行星。

在最新研究中，天文学家聚焦的是其中一颗行星“HR 8799c”。它的质量是木星的5～10倍，与母恒星的距离是木星与太阳之间距离的大约8倍。正因为“HR 8799c”如此远离母恒星，所以天文学家能够屏蔽掉母恒星的光线，运用位于夏威夷的“凯克二号10米望远镜”记录来自“HR 8799c”的红外光。由于不同的气体以不同的方式吸收和发射光线，因此天文学家辨识出了一氧化碳和水，但没有发现他们原本以为会有的甲烷。

第5篇：天文学的研究方法范文

现代科学技术概论不但应该是现代科学技术成果的概论，而且也应该是现代科学技术发展历史和规律的概论。离开现代科学技术发生、发展的历史，静止、孤立地介绍现代科学技术的基本理论和成果，就会使现代科学技术概论这门课程变得零乱庞杂而不成体系。而如果把“史”与“论”有机地结合和统一起来，则不但能克服“零乱庞杂”的缺陷，而且还能为现代科学技术概论这门课程注入生机和活力。同时，把“史”与“论”结合起来，更是为思想政治教育专业学生开设这门课程的教学目的之所需。作为思想政治教育专业的学生，通过现代科学技术概论课程的学习，不但要了解现代科学技术的主要成果、历史演进和完整体系，而且要了解科学技术发生、发展的一般过程和规律，了解哲学产生的现代科学技术基础以及对于推动科学技术发展的重要作用和意义。因此，只有做到史论结合，才能达到开课的目的和要求。

2现代科学技术概论的教学内容与体系

根据上述三原则，笔者认为，思想政治教育专业现代科学技术概论课程的内容与体系可做如下安排。导言。概要介绍现代科学技术及其理论基础、前沿阵地、中心内容和综合体现。

第一章，现代物理学革命及其影响。介绍现代科学技术的理论基础———相对论和量子力学。引言，概述近代物理学的辉煌成就及其所遇到的“两朵乌云”。第一节，相对论的建立。根据逻辑与历史相统一的原则，具体讲授伽利略变换和力学相对性原理，迈克尔逊—莫雷实验，洛伦兹变换的提出，爱因斯坦的狭义相对论及其主要结论，广义相对论及其验证。第二节，量子力学的建立和发展。一、量子力学产生的历史背景，概要介绍黑体辐射理论和紫外灾难。二、量子力学的建立与发展，具体讲述普朗克的量子假说，爱因斯坦的光量子理论，玻尔对原子结构的量子解释，德布罗意的物质波，薛定谔的波动方程，海森伯的矩阵力学。第三节，现代化学理论的发展。主要讲授元素周期理论的新发展和现代化学键理论。

第二章，原子物理学的开发研究及应用。主要讲授从物质结构的研究到原子能的开发和应用。第一节，对微观世界的探索和认识。一、物质结构初探，复习回忆德谟克利特的原子论，道尔顿的原子说，门捷列夫的元素周期律。二、向原子世界的进军，主要讲授X射线、放射性元素及电子的发现，原子结构模型及其实验和发现，原子核结构模型及其实验和发现，对基本粒子家族的认识。第二节，原子能的开发研究及应用。一、原子能的开发研究:重点介绍原子能开发研究中的三大发现，即慢中子效应的发现、核裂变的发现和链式反应的发现。二、原子能的应用，包括能源方面的应用和放射性同位素的应用。能源方面的应用包括两个方面:一是军用三弹即原子弹、氢弹和中子弹的研制;二是核电站的发展，主要介绍从慢中子反应堆到快中子增殖堆再到核聚变反应堆的历史发展。放射性同位素的应用可概要介绍在生产、生活、科研、军事上的应用及其成果。

第三章，生物学与生物工程技术。生物学是研究生命的科学;生物工程技术是用人工的方法创造生命的技术。生命科学是现代科学的三大前沿阵地之一;生物工程技术是现代科学技术的主要内容。第一节，生命的起源和生物的进化。一、生命起源的化学进化历程:从无机小分子物质生成有机小分子物质;从有机小分子物质形成有机高分子物质;从有机高分子物质形成有机多分子体系;从有机多分子体系演化成原始生命物质。二、生物进化论，主要介绍拉马克的生物进化学说和达尔文的生物进化论。第二节，现代遗传学和分子生物学。一、遗传学:主要讲授孟德尔的豌豆实验及其遗传学说;摩尔根的果蝇实验及其遗传学说。二、分子生物学:重点介绍蛋白质的性质、结构和功能;核酸的性质、结构和功能。第三节，生物工程技术。生物工程包括酶工程、发酵工程、细胞工程和基因工程四个部分的内容。因学时限制，可重点介绍细胞工程和基因工程两个部分。一、细胞工程，应首先讲授细胞的全能性，然后在细胞全能性的基础上具体介绍植物组织培养技术、细胞融合技术、细胞折合和胚胎移植技术、克隆技术等内容。二、基因工程:(1)基因工程的基础研究，主要介绍限制性内切酶、连接酶和基因载体的发现和研制。(2)基因工程的基本程序和方法，包括获取目的基因DNA、获取载体基因DNA、目的基因DNA与载体基因DNA的重组、把重组的DNA转入受体细胞进行增殖和筛选转基因生物体五个步骤及方法。三、生物技术的应用前景。主要介绍生物医药的研制及应用、生化工业的迅速发展、转基因动植物的大量出现，人类基因组计划(HGP)及其广阔的应用前景。

第四章，天文学和天体演化学说。天体演化学说是现代科学的三大前沿阵地之一，本章在重点讲述天体演化学说之前，先把天文学的相关知识作一简单介绍。第一节，天文学及其产生和发展。一、概要介绍天文学的研究对象和分类;二、重点讲授天文学的产生和发展:具体介绍古代天文学、近代经典天文学和现代天文学的发展情况。第二节，获取天体信息的渠道和手段;可分三个大问题来讲述。一、获取天体信息的渠道，主要介绍电磁辐射、宇宙线和中微子三条途径;二、获取天体信息的物质手段和仪器设备，主要介绍人眼的构造和功能、光学望远镜、射电望远镜和天体摄谱仪;三、天文观测发展简史:依次介绍光学天文学、射电天文学和空间天文学。第三节，天体的起源和演化。一、宇宙的起源和演化:主要介绍牛顿“无限无边”宇宙模型及其疑难、爱因斯坦“有限无边静态”宇宙模型及其疑难、哈勃定律与大爆炸宇宙模型;二、星系的形成和演化:先对星系及其类型作一简单的介绍，然后在此基础上介绍星系的形成和演化;三、恒星的形成和演化:具体介绍恒星的形成，表征恒星演化过程的赫罗图，恒星演化过程的三阶段，即主序星阶段、红巨星阶段和恒星的三种归宿(白矮星、中子星和黑洞);四、太阳系的形成和演化:主要介绍太阳系的基本情况和太阳系的形成和演化两部分内容;五、地球的构造和演化:包括地球概况、地球的圈层构造和地球的形成和演化。

第五章，信息技术和激光技术。人类历史在经历了6000年的农业社会和近300年的工业社会以后，现在正在迅速走向第三个文明社会———信息社会。所谓信息社会，就是信息在社会生产和生活中起主导作用的社会。信息技术和信息产业，是信息社会的重要支柱。所谓信息技术，就是信息的获取、传递和处理技术。信息技术以微电子技术为基础，包括计算机技术、通信技术、光导技术和人工智能技术等。第一节，微电子技术。一、微电子技术的出现:具体介绍集成电路的诞生、集成电路的种类及其历史发展和集成电路的制作工艺;二、微电子技术的应用。第二节，计算机技术。一、计算机概述:具体介绍计算机的结构与功能、计算机的特点和计算机的历史发展;二、计算机的应用:主要包括数值计算或科学计算、数据处理或称信息处理、实时控制或称过程控制、计算机辅助系统、人工智能或称智能模拟等;三、信息高速公路。第三节，通信技术。一、电气通信:主要介绍电话通信和非电话通信及传真;二、光纤通信:具体介绍光纤通信的基本原理、光纤通信的优点、光纤通信的应用和发展;三、卫星通信。第四节，激光技术。一、激光与激光器:具体介绍激光产生的基本原理、激光的特点、激光器的构造等内容。二、激光技术的应用:概要介绍激光加工(包括激光铸模、激光切割、激光焊接、激光雕刻等)技术及其在农业、医疗、军事上的广泛应用。

第6篇：天文学的研究方法范文

[关键词]古希腊 科学技术 发展

[中图分类号]I3/7 [文献标识码]A [文章编号]1009-5349（2013）10-0084-02

一、概述

古代希腊历史向我们展示出一个引人注目的特色，有时它也被称为“希腊奇迹”，就在近东文明西面的爱琴海沿岸，那些讲希腊语的居民创造了这种独特的文明。①希腊位于欧洲南部的希腊半岛和附近的一些岛屿，其地理位置容易接近古代河流文明，渡海向南经过克里特岛可以到达埃及，向东从小亚细亚半岛可以到达巴比伦等国。古希腊从公元前8-前6世纪相继建立起一系列奴隶制城邦，随后奴隶制在古希腊有了长足的发展。古希腊人在吸收了古埃及、古巴比伦的科学技术的基础上创造了古代辉煌的文明，成为当时欧洲的文化中心，也是近代科学技术的主要发源地。

二、古希腊的科学发展

（一）古希腊的自然哲学

古希腊人把自然界作为一个整体来研究，那时自然科学都包括在哲学里，称为自然哲学，这既是希腊人对自然界的哲学思考，又是早期自然科学的一种特殊形态。这时的哲学家同时也是自然科学家。小亚细亚西岸中部的爱奥尼亚地区是古希腊自然哲学的发源地，在这里，形成了古希腊自然哲学的不同流派。西方历史上第一个自然哲学家泰勒斯，诞生于地中海东岸爱奥尼亚地区的希腊殖民城邦米利都。他既是第一个哲学家也是第一个科学家，是西方科学——哲学的开创者。他的学生阿那克西曼德和阿那克西曼德的学生阿那克西米尼也是米利都人，他们形成了西方哲学史上第一个哲学学派——米利都学派。米利都学派的共同特点是他们把世界的本原归结为某些具体的物质形态，认为宇宙万物是由某种基本的东西演化而来。米利都学派的思想活跃又显示出早期希腊科学探索的另一个特点：科学的兴起是理性争辩的结果。总之，米利都哲学家之间争论不休，他们运用理性、逻辑和观察来驳斥别人的思想，强化自己的主张。

早期希腊人的自然知识的多元化和抽象化特征，由另一个前苏格拉底学派——毕达哥拉斯学派——发挥的淋漓尽致。毕达哥拉斯学派因把数学引入自然哲学而享有盛誉。毕达哥拉斯学派的主要代表人物是毕达哥拉斯和菲罗劳斯，毕达哥拉斯认为数才是万物的本原，并企图用数学关系来解释自然现象。毕达哥拉斯学派的成员把数学提升到抽象化和理论化的高度；他们热衷于以数的概念为核心来建构他们的自然观。正是以这种方式，数就成为探寻世界物质材料那个米利都问题的回答。毕达哥拉斯学派既提出了地球概念，也提出了天球概念，这种地球——天球的两球宇宙论模式为希腊天文学奠定了基础。在天球转动的基础上，希腊天文学家运用几何学方法构造和观测相符合的宇宙模型；在宇宙模型基础上，又进一步促进观测的发展，使希腊数理天文学达到了世界古代科学的顶峰。

米利都学派和毕达哥拉斯学派及他们的后继者代表了两种不同的传统，这表明前苏格拉底时期的哲学没有一种基于共识的统一，而是分散为一些不同的思想派别。因此，这里至少还应该简单地提到另外两个主要的前苏格拉底自然哲学学派，即原子论者和被称为变化学派的哲学家。原子论者以米利都的留基伯和阿布德拉的德谟克利特为代表，他们以自己的方式回应了早在一个世纪以前就提出的那个米利都挑战。他们把世界想象为由原子组成，而原子是物质最小的、不可再分的粒子。这些理论家假定，原子在虚空中所取形状、位置、运动和排列的不同是我们看到周围物体显示出差异的根本原因。古代原子论者要面对一个大难题：假如不承认无不受其影响的某种大因故，混乱的原子无论如何也形成不了自然界中的任何一种有序的或者恒定的模式。为此原子论哲学得到了无神论的名声。原子论是古希腊自然哲学中最重要、最高的成果之一，虽然它还只是建立在直观经验的基础上的哲理思辨和天才猜测的结果，但它在思想上和方法上对后人产生了重大影响。

（二）古希腊的天文学

在了解和学习古埃及、古巴比伦人天文学知识的基础上，古希腊人在天文学方面表现出独特的创见。他们是以更清醒的态度来看待迷人的宇宙，并以更大的热情来探索天体运动规律。据说泰勒斯能够预言日食，还发现了北极星，腓尼基人就是根据他的发现在海上航行的。阿那克萨哥拉设想月亮上有山，月光是日光的反射，用月影盖着地球的设想解释日食，用地影盖着月亮的设想来解释月食。毕达哥拉斯学派则设想地球、天体和整个宇宙都是球形，而天体的运动也都是均匀的圆周运动，因为圆是最完善的几何图形。这个思想一直主宰着天文学，甚至还对后来的哥白尼产生了重要影响。在柏拉图之前，希腊没有大家都赞同的宇宙学和天文学理论。柏拉图创办的学校里的学生欧多克索根据对天体的观察，建立了一个同心球宇宙几何模型，他是第一个把几何学和天文学结合起来的人。他的宇宙模型是以地球为中心，日月及五大行星级恒星分别附在同心球壳层上围绕地球匀速旋转。行星的运动由四个大小不等的同心球的复合运动所致，而整个宇宙中的同心球一共有27个。

希腊化时期亚历山大城有一个著名的天文学家阿里斯塔克在两千多年前就提出过日心说，他认为太阳和恒星是不动的，地球和行星以太阳为中心，沿圆周轨道运动，地球每天绕自己的轴自转一周，每年沿圆周轨道绕日一周。他在《轮日月大小和距离》一文中，应运几何学方法，首次测量和计算了太阳、月亮、地球的直径比例和相对距离，已经认识到太阳比地球大得多。他的太阳中心说走在了时代的前面，在当时有一定的影响，但并没有得到一般人的广泛认同。

（三）古希腊的物理学和数学

希腊数学的发展历史可以分为三个时期。第一期从伊奥尼亚学派到柏拉图学派为止，约为公元前七世纪中叶到公元前三世纪；第二期是亚历山大前期，从欧几里得起到公元前146年，希腊陷于罗马为止；第三期是亚历山大后期，是罗马人统治下的时期，结束于641年亚历山大被阿拉伯人占领。亚里士多德是古希腊伟大的思想家、百科全书式的学者，是古代科学思想的主要代表。如果说柏拉图是一位综合型的学者，那亚里士多德就是一位分科型的学者。他总结了前人已经取得的成就，创造性的提出了自己的理论，在几乎每一个学术领域，亚里士多德都留下了自己的著作。他是形式逻辑的创始人，是第一个专门而又系统地研究思维和它的规律的人。亚里士多德是第一个全面认真研究物理现象的人，他写了世界上最早的物理学专著《物理学》，他反对原子论，不承认有虚空的存在；他认为物体只有在外力推动下才运动，外力停止，运动也就停止。

阿基米德是“古代世界第一位也是最伟大的近代型物理学家”，是科学史上最早把观察、实验同数学方法相结合的杰出代表。他的力学著作有《论浮力》《论平板的平衡》《论杠杆》《论重心》等。他发现的杠杆原理和浮力定律是古代力学中最伟大的的定律，也是今天机械设计和船舶设计计算时最基本的定律之一。阿基米德与雅典时期的科学家有显著不同，他非常重视实验，亲自动手制作各种仪器和机械；他不是力图提出一个完整的宇宙模型，而是着重在解决某些具有实际价值的问题；他首先把科学和生产、战争结合起来，所有这些对后来文艺复兴时期的达·芬奇和伽利略等人都产生了重要影响。

注释：

①世界科学技术通史.上海世纪出版集团，2007年版，第75页.

【参考文献】

[1]麦克莱伦第三，哈罗德·多恩著，王鸣阳译.世界科学技术通史[M].上海：上海世纪出版集团，2007.

[2]吴国盛.科学的历程[M].北京：北京大学出版社，2002.

[3]张密生.科学技术史[M].武汉：武汉大学出版社，2005.

[4]张谨.古希腊繁荣的人文底蕴[J].广西大学学报，2005，

第7篇：天文学的研究方法范文

在上古时代，太阳出没就已经成为人们判断时间和日期的依据。早在春秋时期，中国就发明了用土圭测定日影长短来确定季节和一年的长度方法。古埃及人是从天狼星的位置来估计尼罗河泛滥的时间。

东汉时期的著名天文学家张衡(公元78～139年)，经过认真统计中原地区肉眼可以看到的星星数目，研究和解释了月光的成因和月食的原理，并制成了“浑天仪”。“浑”在古代有圆球的意思，即在一个圆球上刻上星座，让圆球绕轴转动，可以表示出星星东升西落的现象，预告某一颗星在什么时候处在什么方位。根据观察实践，张衡提出了浑天说。认为日月星所附着的天，像蛋壳一样包在外面；大地是一个飘浮游动的蛋黄，这是我国古代对宇宙认识的一大成就。

到了十六世纪，波兰天文学家哥白尼(1473～1543年)用自制的各种天文仪器，对日食、月食、行星及其星空的背景位置变化，进行了长期的观测。花费了30多年的心血，完成了一部不朽巨著《天体运行论》，阐述日心学说，从多方面论证了太阳是宇宙的中心，地球是绕着太阳运行的行星，这一科学的论说竟遭到了罗马天主教会的激烈反对。意大利杰出的哲学家布鲁诺，因捍卫哥白尼思想而被烧死在罗马的百花广场上。

此后，德国天文学家开普勒(1571～1630年)，用自己对行星精确观测的结果，进行大量的分析和计算，认为行星运动的轨道是椭圆形的，并总结了行星运动的三条重要定律，用这些定律能十分精确地计算出行星的位置，为进一步探索太阳系行星运动的规律开辟了新的道路。

与此同时，意大利天文学家伽利略(1564～1642年)发明了折射望远镜，能放大近30倍。他长期观测天体，深信地球是环绕太阳运转，同样遭到宗教的审判，并受到长期监禁的惩罚。

行星为什么会有规律地运动?英国科学家牛顿，于1668年发明了反射望远镜，这种望远镜的制造比折射望远镜容易得多，长时间成为天文观测的主要望远镜。牛顿在开普勒、伽利略、惠更斯等人的工作基础上，提出了万有引力定律。认为物体质量越大，引力就越强，离物体越远，受这个物体引力就越弱。

第8篇：天文学的研究方法范文

1兴趣导入，激发学生探索之心

苏霍姆林斯基认为：“教与学统一性的起点，在于激发学生学习的兴趣和愿望.”美国著名心理学家布鲁诺也说过：“学习的最好刺激乃是所学知识的兴趣.”学生们对于太空充满了好奇，宇宙、黑洞是他们永远的话题，为了充分调动学生的学习兴趣，笔者做了如下设计.

图1和图2是哈勃望远镜眼中的绚烂宇宙图像.

2006年，天文学联合会大会投票决定，不再将冥王星视为行星，而将其列入“矮行星”，从而确认太阳系只有8颗行星. 决议称：“行星”指的是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体.而冥王星因为其轨道与海王星相交，因此不符合这一定义.大会通过的决议说：“（太阳系）行星包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星.”那么这些行星又遵循着怎样的运行规律呢？

2关注物理学史，渗透创新思维

天体运行规律的发现史经历了两千多年曲折过程，是一部科学家们追求真理的奋斗史，也是一部思想解放史，充斥了思辨、矛盾、斗争.处处体现了科学家们对于真理的执着追求，甚至有科学家为之献出了生命.在这一部分的教学中，笔者采用了话剧的形式，让下面图3所示的四位科学巨匠“穿越”到课堂，通过他们对行星运动规律的阐述和辩论，让学生们了解行星运动规律的发现过程.

第一幕：

首先出场的是托勒密，他得意洋洋地说：“你们知道吗，我们地球是宇宙的中心，其他的星球都绕着我们转动……”

“不对，地球不是宇宙的中心！”正当他说得起劲时，哥白尼出现了，“太阳才是宇宙的中心，地球和其他行星都绕着太阳转.”

“是这样的”，只见布鲁诺出现在了讲台上，“如果是太阳绕着地球转，你怎么解释观测到的行星逆行？”他问托勒密.

“这个嘛，行星的运动比较复杂，它既有本轮也有均轮……”托勒密解释道.

“真是这样的吗？我发现如果用地球绕着太阳转来解释这些数据，地球的轨道就是一个圆周，非常的简洁方便.”布鲁诺得意地说道.

“啊！啊！放开我，你们想干什么？”布鲁诺喊道，这个时候，教皇出现了，他的手下把布鲁诺抓了起来，残忍地把他杀害了.

第二幕：

第谷躺在床上，拿着一堆写满数据的纸，对开普勒说：“我快不行了，这是我数十年观察出来的行星运动的数据，这些数据耗费了我一生的心血，现在我把数据交给你，你一定要好好地利用这些数据，找出行星运动的规律啊.”

开普勒答应了第谷，拿着这些数据进行了研究，既然这些数据和地心说不符，开普勒利用匀速圆周模型来检验这些数据，他发现吻合的很好，但总是至少有8′的误差，他继续研究，对圆周轨道产生了质疑，终于获得了成功，在1609年提出了开普勒第一定律和开普勒第二定律.

3关注中国古人的研究，提升学生民族自豪感

行星运动理论是中国数理天文学的重要内容之一，然而我们的教科书却忽略了这部分内容，我们的学生有必要知道不仅西方国家的科学家在研究行星运动的规律，我们的先人们也为发现行星运动的规律做出过很大的贡献.

中国古代天文学家对五星视运动规律的掌握，经历了一个漫长的过程.在星占学非常发达的古代中国，行星的视运动往往与星占学密切联系.尽管中国古代天文学家对五星视运动的理解，由于受科学发展水平的限制，不可避免地带有一些局限性，如始终带有浓厚的星占学色彩和主观想象，但这并不妨碍他们对五星视运动规律的正确把握.经过长期的探索，中国古代天文学家设计了一整套计算行星的方法，包括行星的视位置，定合、定见、定伏算法.与古希腊以几何模型描述行星运动的传统不同，中国古代计算行星完全利用代数方法，尽管天文学家并不知道行星的轨道就是椭圆，但是他们设计的算法中已经涉及到对行星中心差和太阳中心差修正，并且达到了相当高的精度.

4利用数学工具解决物理难题，提高学生解决问题的能力

数学是科学的语言，作为物理学科的重要工具，其作用是不言而喻的.运用数学方法解决物理物体的能力，是指中学物理学习目标之一.灵活运用数学知识，往往能促进学生理解物理规律，提高学生解决物理问题的能力.

律，开普勒用了九年的时间，开普勒遇到什么难题了？

师：左边表格列举了各个行星半长轴与公转周期的数据，我们该如何处理？

生：一个个带入计算.

师：如何计算？

生：就比比看.

师：怎么比？

生：半长轴比公转周期吧？

师：那么我们试试看.

有少数同学拿出计算器，算出水星和金星的比值并不相等.

师：这么多的数据，你们是不是打算全部算一遍？

生：可以用图象.

师：我们以前处理加速度与合外力、质量实验数据就曾利用图象.图象具有直观、形象、简明的特点，它能直观地描述物理过程、形象的表达物理规律、简洁地阐明各物理量之间的相互关系，是分析、研究问题常用的方法之一.

生：图不好画，数据跨度太大，标度不好选取.

师：我们在探究弹簧弹力与其伸长量之间的关系时，曾利用excel表格进行数据处理，在这我们可以借鉴，半长轴为x轴，公转周期为y轴，图象如图4.

师：行星的半长轴与公转周期是线性关系吗？

生：点不在一条线上，应该不是.

生：是曲线，可能是幂函数的关系.得到两者的关系好像很困难.

师：我们假设是幂函数，我们可以设T=kan，两边取对数则lgT=lgk+nlga，若lgT与lga为直线，其斜率为n，图象如图5.

师：利用excel软件自带处理工具，从而得到n=3/2，即T=ka3/2，从而得到开普勒第三定律（周期定律）：所有行星的椭圆轨道的半长轴的三次方与公转周期的二次方的比值都相等.

师：如果开普勒也用了这种方法，也许就不需要9年的时间.

第9篇：天文学的研究方法范文

顾亭林、阎百诗等些学者都开中国学术新纪元，他们是用科学方法探究学问的，顾氏是以科学方法研究音韵学，他的方法是用本证与旁证。比如研究《诗经》，从《诗经》本身来举证，是谓本证；若是从《诗经》的外面举证便谓旁证了。阎氏的科学方法是研究古文的真伪，文章的来源。

1609年的哥白尼听说在波兰国的北部一个眼镜店的小伙计，一天偶然叠上几片玻璃而发现在远方的东西，哥白尼以为望远镜是可以做到的。他利用这仪器，他对于天文学上就有很大的发现。像哈代维（Hudvey）、牛顿（Newton），还有显微镜发明者像黎汶豪（Leeuwenhoek），他们都有很大的发明。当哥白尼及诸大学者存在的时候，正是中国的顾炎武、阎百诗出世的时期。在这五六十年当中，东西文化，东西学说的歧异就在这里。他们所谓方法就是“假说”与“求证”，牛顿就是大胆去假定，然后一步一步去证明。这是和我们不同地方。我们的方法是科学的，然而材料是书本文字。我们的校勘学是校勘古书古字的正确的方法，如翻考《尔雅》、诸子百家；考据学是考据古文的真伪。这一大堆东西可以代表清朝三百年的成绩。黎汶豪是以凿钻等做研究的工具；牛顿是以木、石、自然资料来研究天文学，像现在已经把太阳系都弄清楚了。前几天报上宣传英国天文台要与火星通讯，像这样的造就实在可怕的。十八、十九世纪时候，西方学者才开始研究校勘学，瑞典的加礼文他专攻校勘学，曾经编成《中国文字分析字典》。像他这个洋鬼子不过研究四、五年，而竟达到中国有三百年历史的校勘学成绩。加礼文说道：“你们只在文字方面做工夫，不肯到汉口、广东、高丽、日本等地方实际考查文字的土音以为证明；要找出各种的读法应当要到北京、宁波，……等地去。”这可证明探求学问方法完全是经验的，要实地调查的。顾亭林费许多时间而所得到的很少，而结果走错了路。

刚才杨教务长问我怎样医治“浪漫病”？我回答他说：浪漫的病症在哪里？我以为浪漫病或者就是“懒病”。你们都是青年的，都还不到壮年时期，而我们已是“老狗教不成新把戏”了。现在我们无论走哪条路，都是要研究微积分、生物学、天文学、物理学。我们要多做些实验工夫，要跟着西洋人走进实验室去。至于考据方面就要让我们老朽昏庸的人去做。黎汶豪的显微镜实在比妖怪还厉害，这是用无穷时间与时时刻刻找真理所得的结果。十九世纪时候，法国化学师柏士多（Pasteur）在显微镜下面发现很可怕的微生物。他并且感受疯狗的厉害，便研究疯狗起来。后来从狗嘴的涎沫里及脑髓中去探究，方知道是细菌在作祟，神经系中有毒。他把狗骨髓取出风干经过十三四天之久，就把它制成注射药水，可以治好给疯狗咬着的人。但是当时没有胆量就注射在人身上，只先在别的动物身上试验看看。在那时候很凑巧一位老太婆的儿子给狗咬伤，去请医生以活马当作死马医治，果然给他治好了。还有一位俄人，他给狼咬着他，就发明打针方法。法国酒的病，蚕的病亦给显微镜找出来了；欧洲羊的病，德国库舒（Koch）应用药水力量把羊医好。