去年,我花了兩個星期寫出《地球依然在動》一文,盡力把所有涉及的物理原理以淺白的文字解釋清楚,而且盡可能不犧牲技術上的細節正確性。這是我近年寫得最滿意的科普文之一。
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地球會運動,而這運動由幾個部分組成:自轉、公轉,以及隨太陽環繞銀河系中心運行(其實還有自轉軸的進動和擺動,以及受其他行星重力影響等等...
去年,我花了兩個星期寫出《地球依然在動》一文,盡力把所有涉及的物理原理以淺白的文字解釋清楚,而且盡可能不犧牲技術上的細節正確性。這是我近年寫得最滿意的科普文之一。
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地球會運動,而這運動由幾個部分組成:自轉、公轉,以及隨太陽環繞銀河系中心運行(其實還有自轉軸的進動和擺動,以及受其他行星重力影響等等問題,我現正慢慢寫另一篇文章詳述,敬請期待!)。
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《地球依然在動》長達七千多字,比普遍一本書約六千字一章更長。因此我把這文分為四個部分,每部分稍作調整,每天貼一部分,希望讀過或未讀過的朋友,讀完後都可以有所得著。
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第一部分「從古希臘地心說到伽利略船實驗」
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傳說伽利略接受宗教法庭審判、被迫簽下「地球不會動」的悔過書時,說過這一句說話:「地球依然在動。」(”And yet it moves.”)
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科學尋找大自然定律,而大自然不會受人類意見左右。所謂科學「常識」都必須經過無數科學家努力研究才能得出。今次的主題是「為什麼我們感覺不到地球在動?」古時候並沒有人知道答案。在這個資訊發達、恆常有人駐守國際太空站上、每個人都知道答案的時代,我們又有否思考過,為什麼答案是如此這般呢?我希望藉著這個看似簡單的問題帶出一些思考的盲點。
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觀察天空是古人思考宇宙奧秘的主要方法。日出日落,斗轉星移;東升西落,周而復始。這些觀察使古人歸納出一個結論:萬物都環繞地球轉動。這個直觀的理論叫做地心說(Geocentrism)。相反,古希臘學者亞里斯塔克斯(Aristarchus of Samos)提出太陽才是宇宙中心,稱之為日心說(Heliocentrism)。埃拉托色尼(Eratosthenes of Cyrene)更是首個做實驗計算地球直徑的人。
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雖然日常生活感覺不到地面彎曲,但平面世界並不能解釋幾個觀察。首先,從海岸上望向遠方海上的帆船,總是先看見桅桿和船帆後才能看見船身;在山崖上能夠比在海邊更早看見船隻,在船上也總是先看見山崖再看見海岸;在桅桿上的水手能夠比在甲板上的水手更早看見陸地。這些都是地球表面彎曲的最直接的證據。
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再者,月食發生時,月球上的黑暗面積總是圓形的一個部分。如果月食成因是地球遮掩了投射在月亮上的日光,那麼只有當地球是球狀的時候,才能總是投影出圓形的影子。我們可以試試分別用一個足球和一塊圓形的紙板,利用燈光在牆上投射出影子。我們會發現只有當燈光垂直照射平面的紙板時,影子才會是圓形的。但如果是立體的足球,無論從哪個方向投射燈光,影子都總是圓形的。
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晚間出沒的星星與日間出現的太陽有個共通點,就是會從東邊升起、西邊落下。不過有些星星從不落下,它們只會環繞天空中一個假想的點轉動。對於身處北半球的人來說,有些星星永不落下,它們會環繞北極星附近的北天極轉動,北緯越高越多星星會這樣做。相反,身處南半球的人也會發現有些星星永遠只會環繞南天極轉動。太陽、北天極或南天極在天空中的位置亦隨緯度改變,在平的世界裡這是不可能的。因為在平面的世界裡,世界各地看見的星空都應該是一樣的。除非不同緯度的人看見的並非同一個太陽、同一堆星星,否則地球不可能是平的。
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古希臘人認為物質分為兩種,各自會有自然的運動傾向:天上的物質自然而然環繞地球運動、地上的物質自然地向宇宙中心落下。人們傾向接受地心說,因為除了眾星辰都「明顯」環繞地球運動外,如果地球真的環繞太陽運動的話,為什麼地上的物質又會向地心落下?這是古希臘人未能解釋的。
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地心說一直稱霸西方思想,甚至在東方亦一樣。古中國天文學家認為地球是方形的平面,且天空則是半球形的,即「天圓地方」之說。西方反對日心說的最大理由是地球「明顯」靜止不動。人們說,如果地球在動,那麼當物件向下掉落時,不應該掉在腳邊,而應該掉在後方,因為物件正在空中向下跌時,地球向前移動了。他們認為,即使地球並非宇宙中心,「地上的物質自然地向宇宙中心落下」依舊應該成立,所以如果地球在動,物件就理應向後方掉落而非垂直掉落了。
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直至1624年,伽利略(Galileo Galilei)提出「船實驗」,才把這個攻擊日心說的主要理由消除。伽利略在行進中的船上觀察物件落下,發現與在陸地上時一樣掉在腳邊。這代表物件並不會原地垂直落下,而是會跟隨船隻一邊向前行進、一邊落下。在陸地上看,這個物件的軌跡是一條拋物線。這就代表地球並不一定是靜止的,因為這實驗證明了物件並非永遠向地球中心掉落。
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換句話說,伽利略發現了慣性定律。因為慣性定律,我們不能分辨地球究竟是靜止的還是在作等速運動。當然,地球的自轉和公轉運動並非等速運動,因此伽利略的船實驗只顯示了近似的慣性定律。根據牛頓力學,我們知道地球和太陽之間以萬有引力互相吸引,其結果就是地球環繞太陽公轉。不過只有公轉並不足以解釋恆星、太陽、月亮、行星的周日運動(diurnal motion)和周年運動(annual motion)。地球必須自轉才能解釋所有這些天文數據。然而,這些都只是地球會動的間接證明。
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我們會在下一節討論地球自轉對地球表面上的觀測者的影響,以及地球自轉的直接證據。
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14/ 育兒神器
陛下非常喜歡拼樂高,我甚至覺得他喜歡組裝的過程大於拼好的玩具本身。
看說明書組裝的過程,需要辨別各種形狀積木,拿正確的數量,組合在正確的位置非常刺激大腦。
加上除非遇到困難,否則他絕對不會找我們👍
我想不到防疫在家還有什麼比樂高還多功能的育兒神器了。
於是我們父子就這樣入了很深的坑,深到爸爸會怕的那種。
所以我決定開始拋磚引玉,希望有乾爹乾媽可以來贊助喔🙏
這盒是樂高 21321 國際太空站,就是宇宙兄弟裡面那個ISS。
當初我私心想買太空系列的樂高,所以開了全部的頁面讓兒子挑。
原本猜他會想要火箭或太空梭,沒想到他品味跟我一樣,選了我最想要的ISS(我發誓我沒有暗示他✋)
雖然這不是他第一盒小樂高
(我們稱baby時期玩的大塊樂高叫大樂高,這種叫小樂高)
不過我是從這盒開始確認他的閱讀說明書與組裝能力的,從這之後我們踏上了master builder之路,值得紀念。
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#lego
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驚!!!竟然把「國際太空站」推走了?!😨
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