教堂裏的自然光

這是數月前寫給幾個朋友看的短文.看到大媽在意大利拍攝的照片,轉載在這裏.
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(Weston 注: 若引用,請注明出處)

中世紀教堂頂部用拱形圓頂dome的式樣, 同時上方有圓洞是為了方便觀察天象.
現代天文觀察所(observatory)就是按同樣模式造的.
這圓洞加上教堂裏的黑暗,和地板正好組成了一個像針孔相機(pinhole camera)那樣的投影,方便觀察太陽.
教堂裏對自然光常見利用最常見的例子是:圓洞下麵的地板上一般都有十字架,或者一個長軸.頂上射下的光柱(太陽的投影)會在正午時停在十字架的長軸上.每天停的位置會稍有變化.長軸的兩頂端正好相當於夏至和冬至時(solstice days). 這樣正午時的太陽位置就在長軸的兩端之間周而複始移動著.




照片裏地上的長軸上麵有很多標記,是記錄一年之間重要的日子.最重要的是對複活節的準確確定.
下次去教堂,天晴時也可以靜靜地坐著前排看著的地上太陽投影在地板上慢慢地移動.很mesmerizng.
長時期裏,人類對太陽的知識就是看著這個地上的投影來的.
最重要的觀察就是Cassini對開普勒猜測的求證.
開普勒繼續了伽利略的傳統,堅信地球圍著太陽轉,同時猜測這個軌道是橢圓形的,而太陽是其中一個焦點.在這之前,哥白尼也堅信太陽中心說,不過他以為地球是按圓周軌道運行.
Cassini的第一個想法是如果開普勒假設成立的話,那太陽投影的大小就會按季節的變化而改變.他算出了大小比例(如果的確是那個軌道的話),觀察了近十年,而求證.
同時Cassini的觀察對修正日曆很有幫助.近代使用的格利高裏日曆就是那時定下的.
所以那個頂上圓洞對人類知識的進步之作用非常重要.

基督教和其他宗教一樣常用自然現象來印證上帝(或其他的神)的存在或者加深信徒對上帝的敬畏.
著名的例子有: 通過高超的窗口和內部的設計,利用傍晚時equinox day最強光線,射在基督受難的十字架上.這樣一年兩次會有"顯靈"的效果.




一位朋友提問:
伽利略和布魯諾因為支持哥白尼的“日心說”而受到基督教會審判被燒死，那Cassini為什麽可以利用教堂的圓頂去驗證這一理論？

答曰:
伽利略的判刑相當複雜.日心說隻是原因的一部分.
日心說起源已久.古希臘的大學者阿利斯塔克（Aristarchus）就已經根據太陽,在地球和月亮上的投影,算出了地球和太陽的直徑比例.他是最先提出有根據的日心說.
根據接近教廷的說法,伽利略是因為提出邪說同時沒有根據而且拒不認罪.他的潮汐論按今天的看法是有嚴重缺陷的.
Cassini是一個非常聰明的人.他屬於會做事知道什麽時該開口.
第一, 他的計算一直是在默默地做.同時他和教廷有很好的關係.Basilica of San Petronio裏麵的太陽鍾就是教廷和Bologna的貴族在他倡議下按他的設計建成的.這成為格利高裏日曆的基礎.
第二, 他支持的是第穀係統(Tychonic system).按照此係統,太陽圍著地球,但是其他太陽係行星圍著太陽轉.這其實和哥白尼日心說是等同的,就是一個坐標轉換的事.教廷已經采納了第穀係統.
Cassini後來創建巴黎天文台是那裏的館長,一直到他去世.
他對天文學貢獻極大.最近美國宇航局探查土星的衛星以他命名.

我的提問:
看著同樣的天空,古希臘和後來意大利人對天文的了解遠超過其他的文明.他們的探索尋求為近代科學的突飛猛進打下了根基.
為什麽其他文明進步的民族,包括中國人對著同樣的天空,得出了相比之下少得可憐的知識.思維裏缺了哪根筋? 值得深思.

[weston]

回複武勝的評論:
請參照wiki對此的解釋:

Galileo, Kepler and theories of tides

Cardinal Bellarmine had written in 1615 that the Copernican system could not be defended without "a true physical demonstration that the sun does not circle the earth but the earth circles the sun."[68] Galileo considered his theory of the tides to provide the required physical proof of the motion of the earth. This theory was so important to Galileo that he originally intended to entitle his Dialogue on the Two Chief World Systems the Dialogue on the Ebb and Flow of the Sea.[69] For Galileo, the tides were caused by the sloshing back and forth of water in the seas as a point on the Earth's surface speeded up and slowed down because of the Earth's rotation on its axis and revolution around the Sun. Galileo circulated his first account of the tides in 1616, addressed to Cardinal Orsini.[70]

If this theory were correct, there would be only one high tide per day. Galileo and his contemporaries were aware of this inadequacy because there are two daily high tides at Venice instead of one, about twelve hours apart. Galileo dismissed this anomaly as the result of several secondary causes, including the shape of the sea, its depth, and other factors.[71] Against the assertion that Galileo was deceptive in making these arguments, Albert Einstein expressed the opinion that Galileo developed his "fascinating arguments" and accepted them uncritically out of a desire for physical proof of the motion of the Earth.[72]

Galileo dismissed as a "useless fiction" the idea, held by his contemporary Johannes Kepler, that the moon caused the tides.[73] Galileo also refused to accept Kepler's elliptical orbits of the planets,[74] considering the circle the "perfect" shape for planetary orbits.

[weston]

回複janechi的評論:
你的觀點很常見啊.
值得比較一下古希臘對太陽距離的估算和我們古代的方法. 再加一個:沒有幾何,投影幾何,兩次方程和幾何的關係,怎麽能推演天體?

[武勝]

伽利略的"邪說"就是日心說或者地球運動說,他的潮汐論和教庭判決無關.

[janechi]

您對中國曆史了解太少了，我國古人對天文的認識和對人類的貢獻遠遠超過古希臘人呀。