早晨太阳离我们近还是中午离我们近?
类比是思维的梯子,它是旧知识和新知识之间的桥梁。类比使得你不需要从头向新知识上爬,而可以借助类比这个梯子,从旧知识爬到新知识上,减少了认知难度和时间(如图所示)。
类比的思维导图
《两小儿辩日》是一个大家耳熟能详的故事,这其中也使用了类比的思维。
孔子到东方游历,见到两个小孩在争辩,便问是什么原因。
一个小孩说:“我认为太阳刚出来的时候离人近一些,而到中午的时候距离人远。”
另一个小孩说:“我认为太阳刚出来的时候离人远些,而到中午的时候距离人近(如图31所示)。”
图31 二小儿辩日和孔子
一个小孩说:“太阳刚出来的时候像车盖一样大,等到正午就小得像一个盘子,这不是远处的看着小而近处 的看着大吗?”
另一个小孩说:“太阳刚出来的时候有清凉的感觉,等到中午的时候像手伸进热水里一样热,这不是近的时候感觉热而远的时候感觉凉吗?”
孔子不能判决谁对谁错。两个小孩笑着说:“谁说您的知识渊博呢?”
两个小孩都使用了类比的思维。小孩甲的的观点是:太阳早晨离我们近。推论逻辑为:物体距离远就显得小,距离近就显得大;太阳早晨显得大,中午小,所以类比得到太阳早晨离我们近。
小孩乙的观点是:太阳早晨离我们远。推论逻辑为:距离热源越远越凉,早晨凉爽,所以类比得到太阳早晨离我们远。
那到底是早晨太阳离我们近,还是中午近呢?
这个需要思考一下,地球既绕着太阳公转,也绕自身自转,如果公转轨道是圆形,且太阳在圆心,那么中午的太阳比早晨的太阳离我们近,因为地球自转6小时后,地球自转了90度,太阳从斜射变为直射,我们距离太阳的距离减少了地球半径的距离(如图32所示)。
图32 假设地球公转轨道是圆的
但是,因为地球的公转轨道不是圆形而是椭圆形,所以可能就需要考虑一下公转轨道的影响。我们知道地球公转轨道有远日点和近日点,地球每年1月3日左右位于远日点时,地球距离太阳15210万公里;7月3日左右位于近日点时,距离太阳14710万公里。远日点比近日点远500万公里,这个偏差以0到500到0,这样循环往复,并且是非线性的。地球的平均半径为6371公里(如图33所示)。
图33 地球公转轨道
我们根据以上数据可以进行简单的估算。地球从近日点向远日点运动需要半年(365/2),运动距离为500万公里,那么每小时的平均速度为5000000/(365/2)/24=1142公里,那么从早晨6点到中午12点,6小时运行距离为1142×6=6852公里,这个距离不是地球公转的距离,而是地球远离或者接近太阳的距离。换句话说,就是地球中午距离太阳的距离减去早晨距离太阳的距离,也可能是-6852公里。如果公转轨道是圆形,那么这个距离为0。
在地球从近日点向远日点运行时,6个小时公转使得地球离太阳远了6852公里,而地球自转使得观察点离太阳近了6371公里,地球6小时远离太阳6852-6371=481公里,所以地球从近日点向远日点运行时,中午的太阳离我们更远。
在地球从远日点向近日点运行时,6个小时公转使得地球离太阳近了6852公里,而地球自转也使得观察点离太阳近了6371公里,地球6小时接近太阳6852+6371=13223公里,所以地球从远日点向近日点运行时,中午的太阳离我们更近(如图34所示)。
图34 早晨的太阳和中午的太阳
换句更通俗的说法,1月到7月,中午的太阳比早晨离我们更近,7月到来年1月,中午的太阳比早晨的太阳离我们更远。
至于早晨的太阳显大,那是因为参照系引起的,早晨的太阳和山峰或者树木相比,参照系小,所以太阳显得大。而中午的太阳和整个天空比,参照系大,所以太阳显小。因为地球距离太阳的距离太远,地球6小时最多离太阳近了13233公里,相比152100000公里来说,才占了0.009%,微乎其微,人眼根本分辨不出这种差别。小孩甲说远小近大,太阳早晨大,所以离我们近,这个类比推理是错误的,也就是类比错误,早晨太阳只是显得大,是由参照系不同引起的,而不是真的大。
中午的太阳比早晨太阳热,那时因为早晨的太阳是斜射观测点,6小时光照之后,温度比早晨高。小孩乙说远冷近热,太阳早晨冷,所以太阳早晨离我们远,这也是类比错误。远冷近热的前提是除了距离,别的条件都一样,而地球自转导致了除了远近,照射角度和初始状态也不一样。
按照类比的步骤,第三步类比获得答案很重要,但是第四步,验证答案更重要。类比的答案虽然是高可能性为真,但是不保真,给我们提供了一个方向,但是它不保真,需要进行验证。