送交者: 反伪求真 于 July 15, 2005 23:01:54
太阳系图对学生的误导
雷元星
在高中《地理》（2004年印人教版）第4页下面，有一张传了几百年的太阳系图，上面还有太阳与行星的比较数据表，但表中没有列出个天体的大小与相隔的距离，容易使人误以为地球就在太阳身边。其实，编课本的人忘了一件应该做的事情，就是在该图的下边注上一句：“该图没按真实比例来画”。有了这条注释，学生心目中的太阳系将完全变化成另一幅图景，这就是天上真正的太阳与夜空，由此而对太阳系的起源与运动规律作另外的遐想，进而摆脱西方旧宇宙观的束缚，构思中国人自己的宇宙故事。下面是本人在两书中的相关章节，对该图作了一番议论：
一、 书上的太阳系图是假的! （摘自《大坠落》第三章）
20多年前，笔者在怀疑行星有向太阳坠落的趋势时，也不太相信这是真的，因为从小学到大学，我们从书本上看到的太阳系图已经先入为主了，这些图是以开普勒的同焦点椭圆为底本的，见图二十九。
图二十九
1984年的一个秋天，本人开始怀疑图二十九的真实性，便找来尺子与铅笔，先在一张A4规格的纸上画了巴掌大的一个太阳，其直径是7个厘米，代表太阳140万公里的直径，每个厘米表示20万公里。然后我想用同样的比例画一个地球，结果没办法画了，因为地球一万两千多公里的直径只能取半个毫米，这只能用铅笔在纸上轻轻一点。
由于地球离太阳15亿公里，若用真实的比例来确定地球的位置，就必须把这个点点在7.5米之外的一个地方。由于本人的寒舍太小，把这个7.5米一量出来，刚好在阳台门上。当我想继续画火星时，就没办法用铅笔表达了，因火星距太阳228亿公里，它的位置只好安排在114米之外，而这个距离已远远超出了我的四楼阳台范围。
如果用同样的方法来画木星、土星、天王星、海王星，就只好把这些星球丢在70米之外的足球场上去了。而当你站在距家100米的足球场上看我家中那块巴掌大的“太阳”时，其视圆面就成了一个小点。
这次的模拟使本人认识到这样一个简单的事实，太阳系是没有办法用真实的图形来表达的，真实的图景只在天上，而画在书上、电脑屏幕上的一切太阳系图都是假的。如果相信图二十九，那么所有行星同太阳就是一个差不多大的天体，而且其轨道间距同行星的直径长不了多少，这显然是不真实的。
当然，我们现在看到的这些太阳系图并没强调它的真实比例，而只是要求表明太阳与各行星轨道的结构层次。就仅仅让人明白这层意思的话，这种图是有意义的，但超出这种意义之后，它就是虚假的，不可信的。对于那些不愿深入思考问题的人来说，这种图给人一种潜在的定论：即每一颗行星都有一条固定不变的永恒轨道，这些轨道是自然定律，是上帝为不同的行星所做的预先选定。
当用真实的比例描摹出太阳系之后，我们却很清楚地看到了另外一层图景，它很自然地使人想到：难道这样一些远离“太阳”的“沙粒”能永远忠实地守护着同一条轨道?它们全都不会有越轨行为发生?太阳用什么力量来控制它们各自在其特定轨道上旋转呢?尤其那些远离太阳的天王星、海王星，山高皇帝远，它们凭什么那么忠实地循着同一个椭圆反复地旋转? 在这种真实的太阳系图中，行星的封闭轨道是更不可信的，而所有行星旋向太阳的螺旋轨道则是一种最好的解释。这些飘荡在太阳外围的“沙粒”(行星)可以像卫星那样环绕太阳旋转，当它们的轨道越来越低之时，就会像和平号轨道空间站一样坠落，回归于它们的“母体”。
因此，现在出版物上的太阳系图是误导人们思索的根源，不首先识破这张图里的骗招，就没有办法相信大坠落会发生，而只能去坚守那一圈圈永恒不变的、僵死的伪行星轨道。
二、 行星轨道观念上的两个错觉 （摘自《大螺旋》第五章）
一提起行星轨道，每一位读者都会想起中学课本、百科全书、电视屏幕与天文网站给你提供的太阳系图，如图二十二所示。虽然这张图临摹得比较粗略，但内容与其它精美的彩图是一样的，即太阳在正中发光，9大行星依次环绕，并按逆时针或顺时针方向不停地旋转。这张图不是某艺术家的神来之笔，而是古人经过了几千年的迷茫与摸索，近人又经过了几百年血与火斗争，才逐步描绘出来的，它是地球人类对自己家乡的素描，是几千年天文学成就的结晶。
尽管这张太阳系图诉说了不少悲壮的历史，也传达了许多真实的天文知识，但必须同时看到 ，这张图不仅是假的，而且包含了许多错误。说一张画像是假的，必是指画师画得不像模特本人，比如某人把西施的耳朵画得比脑袋大，两条罗圈腿盘在一起，这样的西施谁还敢爱？因此，人们会说这张美女图是假的。现在的太阳系图也是如此，太阳的半径本来将近70万公里，地球的半径才6千多公里，小了109倍，怎么图二十二上会看起来差不多呢？再说，地球离太阳的距离15亿公里，而图上仅相当几个地球的直径，这怎么可能呢？这样的图同前面说的那幅西施画像一样，问题在于没按真实的比例绘制。
如果去找一张A4（相当一本杂志大小）的白纸，按1厘米代表20万公里的比例来画，那么阳就是一个巴掌大的圆面，刚好占据A4纸的中心，水星、金星、地球的真实位置就会超出A4面，只能画在写字台外面去了，而且只能用钢笔尖点一下，来代表它们的直径。如果要画火星，就要把这个点点在离A4纸114米远的地方。若再画木星、土星、天王星、海王星，就必须拿着笔走出家门，把小圆圈画在马路对面别人家的地板上。
如果你做过这种模拟，你就会认识到这样一个简单的事实，太阳系是没有办法用纸上的图形来表达的，真实的图景只在天上存在，画在书上、电脑屏幕上的一切太阳系图都是假的。如果相信图二十二，那么所有行星同太阳就是一个差不多大的天体，而且其轨道间距比行星的直径长不了多少，这显然是不真实的。当然，我们现在看到的这些太阳系图并没强调它的真实比例，而只是要求表明太阳与各行星轨道的结构层次。就仅仅让人明白这层意思的话，这种图是有意义的；但超出这种意义之后，它就是虚假的，不可信的。对于那些不愿深入思考问题的人来说，这种图给人一种潜在的定论：即每一颗行星都有一条固定不变的永恒轨道，这些轨道是自然定律，是上帝为不同的行星所做的预先选定。
当用真实的比例描摹出太阳系之后，我们却很清楚地看到了另外一层图景，它很自然地使人想到：难道这样一些远离“太阳”的“沙粒”能永远忠实地守护着同一条轨道？天王星、海王星，山高皇帝远，它们凭什么那么忠实地循着同一个椭圆反复地旋转？当人们深入思考了这些问题，就会澄清原来对行星轨道间距的错觉，就会感觉到行星与太阳的真实空间关系，它根本不像图上画的那么紧凑，行星轨道的间距是图纸无法表达的。
除了由空间比例不真实引起的第一种错觉之外，人们还有另一种错觉，即认为太阳用引力“拴住”了行星。为解释地球围绕太阳转的原因，中学物理与地理老师总是给学生做一种相同的演示，他们先把一个橡皮擦拴在一根橡皮筋上，然后把橡皮筋套在手指上，并不断地摇动手指，这个橡皮擦就会以1秒钟为转动周期，不停地绕老师的手指旋转。然后，教师们又换成一根约两米长的粗绳，拴住一只铅球，然后找一位同学抓住这根粗绳，甩动这只铅球，以3秒一周的速度绕着这位同学旋转。
讲课开始了，老师自问自答地说：“为什么橡皮擦的转动周期只有1秒呢？因为橡皮筋只有40厘米长；为什么铅球的转动周期有3秒呢？因为粗绳有2米长。如果我们用一根38万公里长的钢绳拴住月球，那么月球的转动周期就是现在的一个月。如果我们用一根15亿公里长的大绳拴住地球，让太阳带着地球做圆周运动，那么地球的旋转周期就是一年。”
“当你进了某大学天文系，教授们还会重复这个自编自演的科普小品，只不过他们的钢绳加长到了3.3万光年，用银心来甩太阳，得出的周期是2.5亿年。甩银心与其它星系的钢绳似乎没有了，可能总星系太大？天体的圆周运动“到此为止”？教授们从来也不做出肯定或否定的回答，只是说“已超出教材规定的范围”，这个问题可要靠台下的“孙悟空”们自己去“悟”了。
老师与教授到底向学生传达了什么真理呢？归结起来就这么一条：物体、天体的转动周期同其旋转半径成正比，半径越短，周期越短，半径越长，周期越长。当然，数学老师也会讲这道例题，并给出一个方程，以便期末时考考你的记性。老师与教授的游戏做完了，学生考试的成绩也都在60分以上，可宇宙天体做圆周运动的原因弄清了吗？拴月亮、地球、太阳的钢绳在哪里？既然这钢绳不存在，那用什么方法保证它们的旋转半径长度不变？半径长度无法固定，那么它们的旋转周期能维持不变吗？再说，甩动它们旋转的力从哪儿来？它们的角速度为何不一致？当弄明白这些问题时就不难发现，老师们一开始就同你开了个天文玩笑，因为铅球旋转同天体运动的力学原因竟完全不是一回事儿。铅球是被长绳拖着做机械匀速圆周运动的，长绳的长度不变，故铅球每次都重复自己的圆周轨道，永恒地围绕同一个圆心旋转。
天体的运动则不然，它们同牛顿的炮弹与今天的卫星一样，是因第一次没有坠落到自己的引力中心，才沿着一条椭圆轨道绕其引力中心旋转的，因为它们一开始就是一种自由落体的加速运动，故它们不可能重复自己以前走过的轨道，而是应不断向自己的引力中心靠近，其旋
转半径在不断地缩短，直至落到引力中心为止。
如果我们对这两种运动不加以区别，只看书上画的或光听老师讲的，那就不可能注意到天体有坠向引力中心的趋势。以为月亮会永远挂在38万公里高空，地球会永远绕着同一条轨道圈转下去，太阳和恒星也会像铆钉一样恒定地呆在同一片天空。一旦你先入为主地形成了这样的直觉，有关天体轨道的其它理论便是不可思议与不可接受的了。当然，不能过分责备老师和教授们，他们是靠“教学大纲”吃饭的一族，任何怀疑和创新都会直接威胁他们的饭碗，他们对一代代学生的误导是被逼的，也是善意的。事实上，自伽里略自由落体定律与牛顿引力理论诞生之后，有关天体运动轨道的传统解释已经受到了严重的冲击。如果天体力学院的长老们不去追赶宇宙玄学的热浪，新的天体轨道方程早就印在“教程”之中了。
若对以上两种错觉稍加分析，不难看出它们都来自于早期“教育”，是那些似是而非的“教本”替人们建立了一个被预先压缩与歪曲了的“太阳系”。如果不对这些虚假的观念加以否定，在接受新的正确观念时将会遇到思维上的障碍。
************************************************************************
隆重再次推出反伪求真惊世新型科普文著
http://bbs17.xilu.com/cgi-bin/bbs/view?forum=puqingsong&message=62
************************************************************************