托勒密的地心說,有三個要點,1)大家都繞地球轉;2)大家都做勻速圓周運動;3)算行星軌道的方法,是輪子繞輪子。 這個數學模型,隻要你不怕難不怕煩, 算行星運動的軌道,真能得到準確的結果。
這兩件事,第一件的前兩點是迷信執念,第三點是幾何算法,都好理解。第二件就透著大古怪。一個建立在迷信執念的基礎上,錯得不能再錯的數學模型,怎麽就能真的被用來計算預測行星的位置,而且計算和觀測的結果,還能高度一致。這是什麽道理?
這個問題,文科生答不出正常,對理科生,其實不難答。現代數學之所以了不得,從根子上是因為它在科學技術上的廣泛應用。數學既然是工具,那最好的數學,就必定是應用最廣泛的工具。現代科學現代技術,什麽具體的數學工具,被應用得最廣泛? 答案是傅裏葉分析。從醫學到工程,從CT成像,到探油采礦,哪兒哪兒,都是傅裏葉分析。理科生到了大學三年級,必須學傅裏葉分析,從傅裏葉級數開始。傅裏葉級數,一句話來描述,簡單直接,就是用三角函數的序列,去逼近周期函數。
勻速圓周運動,寫下來,是三角函數,本輪法,本質上就是用不同頻率的三角函數,逼近行星的軌道函數。所以地心說這個數學模型,用勻速圓周運動和本輪法算行星的軌道,是古人在做傅裏葉分析。古人當然不知道什麽是傅裏葉分析,不過他們做的事,雖然原始粗糙,但本質上就是傅裏葉分析。這種做法,不管你拿地球做中心,還是拿太陽做中心,隻要不怕煩定下心來算,都能出好結果。如果你發神經,拿木星或者月亮做宇宙的中心也可以。隻是想得到同樣精確度的逼近,你可能需要多用些不同頻率的三角函數。這個就是說,你需要多加些輪子。