哥白尼及其工作简述
哥白尼出生于1473年2月19日。父亲经商，家道殷实[8]。他的名字原来写作Koppernigk，现在的写法Copernicus是他上大学后按当时的习惯改的拉丁化名字。哥白尼长大的地方叫Ermland，是一处夹在波兰和条顿骑士团势力范围之间的半独立的领土。哥白尼的舅父Lucas Waczenrode在当地很有势力，后来升到Ermland的主教。哥白尼父亲早逝，十岁以后全由舅父抚养。舅父生性刚强自信，哥白尼以后的生活道路完全出于舅父的安排。1491年哥白尼十八岁，舅父把他和他哥哥Andreas送去科拉科夫（Krakow）大学。Krakow是当时波兰的首都，波兰又正处于欧洲东西两部交流的要冲。波兰的鼎盛期Jagellonian王朝刚刚过去，科拉科夫仍旧弥漫着强烈的文艺复兴时期特有的人文气氛。五年以后，哥白尼兄弟在舅父的安排下又游学意大利。先在Bologna大学学习教会法规，稍后也学习诸如希腊文、占星术之类的课程。天文学也占很大的比重，因为教会法规的学生应当能利用星表来推算重要的宗教节日。在博洛尼亚（Bologna）哥白尼结识了著名的占星家Domenico Maria Da Novara（1454—1504）[9]。Novara和哥白尼一起做过星表的计算。大部分研究者认为哥白尼在Novara那儿第一次听见对托勒密体系的批评。Novara认为托勒密在《地理学》里描述的若干地方的纬度已不适用，他进一步推论说北天极以大约四十万年的周期在移动。Novara的这一理论非常著名，虽然哥白尼未能同意此说，但论者以为对于哥氏日后地动说的创立，Novara对托勒密权威的质疑当有深远的影响。
1500年，哥白尼兄弟去罗马参加教会庆典，其间哥白尼应邀做过几次数学或天文学的讲演。1500年11月6日，他还在罗马观察了月蚀。1501年，哥白尼返回Ermland参加了就任教会职务的典礼，随后又返回意大利。这次他的目的是学习医学，所以转入帕多瓦（Padua）大学。在中世纪和科学革命时代，学生们在各大学之间转来转去是很普通的事。
在帕多瓦大学，哥白尼从Girolamo Fracastoro教授学习哲学、医学和占星术。很可能在这一阶段，哥白尼还接触到了阿拉伯天文学的一些成就——我们自然不能肯定，因为没有任何史料帮助我们了解他这一阶段的生活[10]。1503年5月31日哥白尼在Ferrara大学获教会法博士学位。在此之前，舅父已为他在Heilsberg安排了一个教会职位，哥白尼从此可以不愁衣食。
回到Heilsberg之初，哥白尼充当他舅父Warmia区主教的私人医生和助手。1510年，他离开Heilsberg去Frauenburg，开始独立生活。哥白尼离开舅父的原因并无史料记载，但科学史家相信这很可能和他的“日心观念”的形成有关。
哥白尼的“日心说”的第一次系统的、半公开的表述见于一个现在被科学史家称为《提要》的文件。据分析，这份《提要》写于1508到1514年间，多数可能在1512年之前，甚至在1510年[11]。这份《提要》是匿名的，流传的份数也不多。最令人惊讶的是哥白尼以后再也没有提到过这份文件，他留下的书籍和笔记记录中也没有提到过这份文件。
《提要》的写作时间和哥白尼离开Heilsberg去Frauenburg的时间一致，所以很多史家猜想这两件事有关联。如果真是如此，那么这个科学史上最重要的事件应当发生在1510年，——恰是伽利略观察到木星的卫星系统的一百年前。有趣的是，和一般猜想相反，晚近的科学史研究表明，哥白尼的这份《提要》，或哥白尼关于日心体系的最初设想，与天文观察似乎没有什么关系，而与Peurbach，尤其是他的学生Regiomontanus的星表有直接联系[12]。
《提要》分九段论述日心体系[13]。第一段为引言。引言开宗明义地指出先前的天文学家所遵奉的基本原则是“天体应常依正圆作匀速运动”。但在天文学实践中，无论Calippus和Eudoxus的同心圆技术，或是托勒密的等位点技术都未能达到完美表述这种原则的地步。因此，哥白尼认为他有理由试探一种“更加合理的”方案。这一方案先由七条基本“公设”建立日心体系的图景。第一条论“天体运动的中心”。对今天的读者说来，这一概念一定颇为怪诞，但从亚里士多德物理学的角度考察，这一中心非先定义不可，不然重物向什么方向下坠，轻物何以上升都不好解决。哥白尼没有否定这个概念，但他说事实上没有这么一个中心存在。——所谓的中心，对哥白尼来说，是天体运动的“轨迹”“轨道”或是“圈”“球”的中心[14]。哥白尼也没有原则上定义这两个概念；抑或是天体运行所画出的空间里的路径，还是真正承载天体，使之运行的，有实在物质可言的球体。
第二、第三两条分别说地球绕日、太阳居于宇宙的中心。第四条说太阳和地球的距离较之整个宇宙的尺度是非常小。第五、六条说太阳和恒星的运动只不过“看来如此”，实际上是地球在运动而不是日月星辰。最后一条即第七条说行星的逆行也是由于地球运动造成的。
细看这七大公设，可以看出在撰写《提要》时，哥白尼的日心体系已经形成，其基本图景与今日我们所了解的，也就是三十年后他本人在《天体运行论》中所描写的，已没有大的不同。但在这几段简短的文字中，我们还可以注意到，哥白尼的表述仍有很重的亚里士多德体系的色彩。我们上面力图指明，谈论“运动中心”，谈论“圈”或“球”，自然还是在亚氏托氏理论框架中，而且整个图景以“公设”的形式提出，自然也为日后的理解留下争论的余地[15]。
在“公设”以下，哥白尼花了整整一段说明以前关于地球不动的说法，最主要的依据是“外在现象”。如果说在“公设”中我们看见很重的亚氏理论色彩的话，这儿对“外在现象”的质疑，虽然只是在公设后的说明里，则是非常非亚里士多德化的。在这以后的一个半世纪里，也就是所谓的“科学革命”时代里，理性对现象的理解和批判，将成为科学的新精神和主流。
《提要》第二段谈“天球次序”，基本上是“公设”3的细微阐述，第三段是对“公设”6即太阳的视运动的阐发，也是哥白尼理论的概念核心。哥白尼认为，太阳有三种视运动，对应于地球的周年、周日运动和地球轨道的偏斜。这就解释了年复一年，太阳东升西落和四季交替的现象。
地球一旦被赋予运动，立即发生的问题是宇宙万物的运动原来所依据的一个不动的参照点消失了。——以后再谈论运动时，我们应该以什么为判断的最终依据呢？哥白尼《提要》的第四段即致力于建立一个新的“绝对参照体”，那就是全体恒星，或者说是布满恒星的苍穹。
第五段是月球理论。晚近的研究表朋，哥白尼的月球理论与一位14世纪的阿拉伯天文学家Ibn al-Shātir一模一样，只不过所用的参数稍有不同而已。
六、七、八三段讨论行星，其中六讨论外行星，七、八分别讨论金星和水星。这不仅因为后两者较地球更靠近太阳，而且，对哥白尼以前的天文学家说来，此两者实在是周天除日、月外最引人注目的天体。而恰恰是在行星理论上，哥白尼对于托勒密显示出巨大优势。这倒不是哥白尼比他的先人少用了多少本轮均轮，而在于哥氏在数学上更加优美，在天文学上更加合理。
但是这种判断是从以后的发展“倒过来”做出来的。对于我们这些在整幅图景已经完成，机制已经明了，物理基础已经确立以后受教育的人说来，这是当然的。因为我们据以判断理论“好坏”的标准正是这个我们正在研究其好坏的理论所提供的。对于哥白尼同时代人，这个理论的“巨大优势”完全不是不言而喻的，甚至不是显而可见的。《提要》在一些同人中传阅以后，未闻有革命性的后果。——唯一有史料支持的后继事件是1514月5月1日一位名叫Matthew[16]的Krakow医生在笔记本里写下他收到或见到一份手稿。据他的描述，这份手稿只可能是哥白尼的《提要》。但我们还知道这份手稿引起了相当的注意，因为二十几年以后Rheticus就以此为因缘来见哥白尼并促成了《天体运行论》的出版。这是后话。
《提要》原稿上有些因为疏忽造成的错误，研究者据此推想《提要》是一时匆忙中的即兴之作。关于哥白尼的早期工作，除了《提要》之外，就是在1514年他曾应Middelburg的Paul之邀讨论过历法。他似乎没有给出什么“革命性的”意见。他之所以被选中征询对历法的意见，一则是因为他颇有天文学学术上的名声，更重要的是教士们原来就应该懂得利用天文学知识推算重要的宗教节日。
以后十几年，哥白尼都忙着履行他教士职务的另外一些义务。东普鲁士与波兰之间的争斗一直在恶化，直至1519年两边正式开战为止。哥白尼的教区大部分被东普鲁士军队占领，哥白尼本人逃到了附近的Allenstein。这场战争断断续续地延续到1525年，哥白尼有几次还必须亲自身披甲胄，效命沙场。这和我们的天文学关系似乎很远了。但是，对于了解为什么早在1510年前后就形成的日心说会迟迟到三十年后才发表，不无帮助。
从《提要》写作到1529年差不多二十年时间里，哥白尼时有天文观察记录。这些记录中有一部分后来用于《天体运行论》。细看这些记录，可知它们既非持续不断的像日后第谷那样的职业观察家的工作，又非一个天文爱好者偶然兴趣所至的完全零散的札记。这些记录更像介于两者之间的文字。与此同时，哥白尼的日心体系的主要观点已经在欧洲传播开来。1533年，甚至梵蒂冈教廷都有正式的关于哥白尼工作的解说和报告。差不多同时，1535年，波兰学者也提到了哥白尼的工作，并把它推荐给维也纳的同人。在他们看来，哥白尼的工作是重要的，因为“没有行星运动的真实知识，任何气象的或星相的预言都不能完成”[17]。(https://www.daowen.com)
从这些通信来揣测，哥白尼在1530年代中期就已经能相当系统地阐述他的工作了，但他仍未打算发表。其原因，就现在所知，有宗教教廷人事更迭，也有个人生活琐事，但似乎与天文学学问本身并没有多大的关系。一直到1539年，一个二十五岁的年轻人Georg J.Rheticus慕名来到哥白尼处，才在哥白尼的挚友Tiedemann Giese的帮助下，促成了《天体运行论》的发表。
Rheticus是1539年5月到达哥白尼所在的Frauenburg的。作为送给哥白尼的礼物，他带去了一大批Petreius出版的科学书籍。接着，他同Giese一起在Löbau待了几个星期，研究哥白尼的手稿。科学史家相信，他所看见的很可能就是《天体运行论》的初稿。是年9月，Rheticus完成了一篇长文，他把它叫做《初论》（Narratio prima），尽管他以后并未再写“再论”“三论”。这篇文章是现代科学史家知道的《提要》以后、《天体运行论》之前唯一一份阐述哥白尼理论的文件，1540年3月在Danzig发表。这篇论文写得非常好，“文采飞扬，清晰详实”。这就使得哥白尼《天体运行论》的发表提到议事日程上来了：一则哥白尼对Rheticus的才智热诚有了信心，二则欧洲学界对哥白尼理论的全面、细微的阐述有了兴趣。于是Rheticus介绍的出版商Petreius正式与哥白尼商讨接洽出版事宜[18]。
具体做法大概是这样的。哥白尼先对初稿做修改润色，再送去纽伦堡Petreius处印出校样，校样再由哥白尼校核改定，再送回出版商印刷出来。在整个工作中，Rheticus起了两头奔走的联络人的作用。在修改过程中，哥白尼一定重新检讨了他的体系的整个构架。1540年7月1日他给不少朋友写信，提及如何应付“哲学家和神学家”的可能的批评。因为一方面他坚信他所说的地动说是对的，另一方面他也确实无法“证明”他的理论。1541年4月20日，一位叫做Andreas Osiander[19]的路德教派人士回信说，据他所见，天文学家的“假说”不一定是关于信仰的宣言，而可以只是用于提供计算方便的模型，仅是再现“现象”。在他给Rheticus的一封类似的信里他还说这样的提法可以使新理论更易于为人所接受。
在当时的气氛之下，Osiander的建议也不失为一种解决问题，化解歧见的办法。但哥白尼与Rheticus都不赞成。尽管如此，修订出版工作继续进行，到1541年10月，修订工作大概就完成了；1542年5月，Rheticus把书的清样交给了出版商，同时哥白尼写了给教皇保罗三世的献词。——整个出版工作至此顺利完成，余下来的只是Rheticus负责监督印刷出版就是了。
1542年10月，Rheticus得到了莱比锡一所大学的教授职位，必须赶去赴任，而且《天体运行论》的出版想必也没有什么大事要他非在左右不可。他于是离开纽伦堡而委托A.Osiander权董其事。这就使得Osiander有可能擅自给哥白尼的著作加了一个序言，《就本书所用的假说敬告读者》。他在这篇序言里发挥了他这年4月给哥白尼的信中所提出的“天文学理论只是假说，只提供计算的基础”的论点，进一步说天文学的假说根本不可能追溯到事物的真正原因，除非上帝有意披露这些原因。因此，在天文学领域中对假说信以为真的人实在比不研究天文学的人更蠢。他的这些说法显然没有得到Rheticus或是哥白尼的挚友Giese的赞同，因为Osiander的序言刊出后，Rheticus和Giese曾预备去纽仑堡控告他擅改原著。更糟的是，《天体运行论》出版两天以后，1543年5月23日，久病在床的哥白尼就去世了。而Osiander的“序言”又未署名，所以之后相当长的一段时间里，读者颇为这篇序言困惑，弄不清哥白尼的原意是什么。据Rheticus后来追述说，哥白尼对这篇文字也“深感不快”。
《天体运行论》这本宣告一个时代到来的书[20]，就其本身说来，倒不见得处处显着划时代的革命性。全书分为六篇，第一篇讲宇宙的基本构造和地球在宇宙中的位置。这一篇很有些像先前的《提要》，又与托勒密的《至大论》和Peurbach、Regiomontanus的《至大论提要》有相同的结构。我们在以后章节中还有机会再讨论这一篇。但第一篇的第12至14章则是相当纯粹的数学工作，对于哥白尼同时代的人说来，绝非轻易可以看懂。第二篇在某种意义上是这一讨论的继续，完全注重于球面三角的数学讨论。如果说哥白尼的工作有特别重要的意义，那么这种意义正藏在他的数学工作里。如果他仅仅对于地球的位置或运动作了一个猜想，尽管这种猜想为以后的发展所证实，他还是没有比古希腊的思辨哲学家前进了多少。正如库恩在研究了哥白尼工作以后说的，哥白尼工作的高度数学化使他免于被“哲学家”击倒，从而使他的工作真正成为传世之作。
在数学准备完成以后，哥白尼在第三篇里处理天体的非均匀运动和天体轨道平面的倾斜问题。这是一个托勒密处理过的天文学传统问题。哥白尼同时代人Johann Werner在1522年曾作《论第八层天球的运动》。哥白尼也参与讨论，所以对他说来这不是一个生疏的题目。对我们的主题饶有兴味的是，哥白尼在讨论中采用了所谓的“Tūsī连环”技术，显示了他对于阿拉伯天文学成果的了解。稍后我们会看见，库恩在《哥白尼革命》里对《天体运行论》的讨论止于第一篇的前十一章，所以未能注意到阿拉伯天文学的影响。当然，这是后话。
第三篇表明哥白尼所遭遇的困难是双重的。首先天体运行的参数从托勒密时代到他当时已有变化；其次这些参数的测定常常带有很大的误差。这两种不准确度又同时显示在相同的参数里，要在这样的基础上完成理论，实在很困难。哥白尼采用的方法也是两套，一是采用非常复杂的数学技术，实在不行时索性采用“凑”的办法；二是把这些古代的数据或理论搁置一边，简化问题，自做一套。但是不管采用哪一种方法，哥白尼都表明他深受阿拉伯天文学的影响。
第四篇谈太阳和月亮的距离、视差和半径。在这一篇里，哥白尼显得更多地受益于Regiomontanus的《提要》。论者以为本篇是《天体运行论》中“最令人困惑”[21]的一段。哥白尼为了能凑出合宜的结果来，对本来就含有错误的解说作了一系列不自洽的修正。但是从科学史的角度来看，这一篇实在是非常重要的，因为在这里可以看见Ibn al-Shātir的月球理论——哥白尼的陈述与这位比他早二百年的阿拉伯人一模一样，只是在参数上有所修正。而参数修正的依据，有来自希腊、印度、阿拉伯和中世纪拉丁文的资料。
哥白尼这样处理他的月球理论，或者说精心凑出“合宜的结果来”，自有其苦衷。与月球理论直接相关的就是月蚀日蚀，既为人人重视，又为人人可以测验。所以要“合宜”自是不易。第五篇进而研究行星理论，情形即迥然不同。首先这是哥白尼新理论的一个核心问题，其次这多少比较理论化，观测不尽是人人可为，因此哥白尼有可能在理论上发挥。初看起来，本篇大部分内容都由托勒密的理论出发，似乎在方法上无重要突破。其实在运用托氏方法的同时，哥白尼引进了两方面的革新。首先是引进了地球的运动，并以此解释、归算外行星的运动，计算一系列参数。这正是我们现在看到的哥白尼日心体系明显优于地心体系的地方；其次是通过上述革新，所有的行星运动即可以重新规划为匀速正圆运动的组合。这一点对我们今日而言似乎不太重要，但对哥白尼时代的人说来实在是重要得很。
第五篇文字最长，内容最丰富，而且对科学史家说来，另有一处引人注目的地方：哥白尼采用的模型常与13、14世纪阿拉伯天文学家的做法暗合。有一些重要的方面，哥白尼除了在“日心”这一点上和若干参数上与阿拉伯人不同之外，简直就是一模一样。这一点在二十五年以前还很少为人注意到，而对于现今的科学史学者说来，则是一个基本事实了。这一科学史研究成果的哲学意义，容稍后作更细致的讨论。
第六篇继续讨论行星理论，但哥白尼于此鲜有建树。大部分的内容与托勒密类似，而他引用的“观察资料”并非他自己所作，亦非托勒密所作。在讨论火星时，哥氏甚至改动“观察”资料以迁就理论模型。
但是无论如何哥白尼是第一个在完整的理论构造和模型的基础上提出了日心说的人，他在科学史上的地位亦因此确立。如果说日心说是一场“革命”的话，那么哥白尼是揭开序幕的人。在哥氏当时，恐怕并没有一个人认识到“革命”已经开始了。而哥白尼对于《天体运行论》出版的不安，则更多地来自于他内心的冲突。至于小说中常说的他是看见了《天体运行论》的一个印本才溘然长逝一节，固然能激发文学家的才思，构造戏剧性的情节，于科学史及其哲学意义，却无多关联了。
在哥白尼能提笔写字的最后几天里，他曾在一张小纸条上抄下了一段Thomas Aquinas的话[22]：
生命短暂，感官迟钝，加之性情的疏陋和生活的负担，人所能了解知道的事本来就很少。知识的误用，记忆的缺失，甚至使得那些我们先前有所了解的东西也随着时间的流逝从我们的心灵中忽忽退去……
带着这样的遗憾，哥白尼于1543年5月24日去世，下距牛顿的诞生恰一百年。
哥白尼把“地不动日动”的托勒密体系换成了“日不动地动”的新体系，从这一点上看，很容易相信这是一场把一切都正恰倒了个位置的革命。在欧洲中古史上，又找不出任何事件或人物作为哥白尼工作的真正先声。换言之，哥氏的工作在三十五年前的科学史家看来，真正如高山坠石，从天而降，这就很容易使人相信这是一场突然爆发的革命。库恩所要处理的，就是这么一个事件，这样一段历史。
