胆怯的革命

胆怯的革命

哥白尼（1473—1543年）出生在波兰，他通过家庭关系谋得了一个教堂管理人的职位（教士），而他一生的大部分时间都生活在当时科学文明的边缘。他看起来十分胆怯，服从权贵，怎么也不像那种会发起什么革命的人。1491年，哥白尼进入克拉科夫大学学习。在1500年前后的10年间，他曾经在意大利的几所大学读书，除了正式学习法律和医学，还对天文学产生了兴趣，并受到意大利文艺复兴运动的文化熏陶。实际上，还在当学生时，他就有过从事典型的古典文化探索的实践，翻译过在那以前尚不大为人所知当然也不会引起争议的希腊诗人狄奥菲拉克图斯（Theophylactus）的作品。

若要真正了解哥白尼和他的工作，我们必须明白，他是最后一位古代天文学家，而不是第一位近代天文学家。哥白尼其实是一个很保守的人，他是回头盯住古希腊的天文学，而不是要向前开拓什么新传统。他是托勒玫的后人，而不是开普勒和牛顿的前辈。他至多是一位感情矛盾的革命者。他的目的并不是要推翻旧的希腊天文学体系，而是要恢复那个体系的本来面目。具体说来，哥白尼认真领受了将近2000年前发出的那条“拯救这些现象”的命令，设法要严格按照匀速圆周运动去说明天体的运动。哥白尼发现，根据托勒玫天文学无法满意地解释行星的留和逆行，但是它的几何构架非常优美，因此，托勒玫天文学对于他来说就像是一个天文学“怪物”。于是，哥白尼抛弃了托勒玫的均衡点概念，因为那其实是在空间任意设置的数学点，是假想天文学家站在那里可以观测天体的匀速圆周运动。依靠均衡点所得到的轨道运动的匀速性仅仅是一种虚构，事实上，只要天文学家求助于均衡点，那就意味着行星运动的速度其实并不一致。肯定还存在着更好的方法，能够使匀速圆周运动和古代传统更好地统一起来。

对于哥白尼来说，更好的方法就是转向日心说，也就是把太阳安放在（或者至少是接近）太阳系的中心，而让地球成为一颗行星。他先是把他的日心说写成匿名的小册子，即《要释》（Commentariolus），于1514年后在专业天文学家中间流传。但是，他却把他的伟大著作《天体运行论》压了下来，没有出版。他这样做，可能是因为他觉得那样的秘密不该揭示出来，他肯定感到有些害怕。正如他在敬献给教皇的题词中所写，他担心那样的“荒诞”理论“难登大雅之堂”。一位较年轻的德国天文学家也是哥白尼门徒的雷蒂库斯（Rheticus）看到了哥白尼的手稿，并做了一个摘要于1540年先行出版，书名就叫《摘要》（Narratio prima）。哥白尼是在他的观点事实上已经公开以后，才同意正式出版的。这样，在1543年，《天体运行论》在他临终前终于得以完整问世。

哥白尼建立他的天文学时没有利用任何新的观测资料作为依据。事实上，在《天体运行论》中，他根本就没有证明日心说。毋宁说，他仅仅把日心说当做一种假设，然后由它出发来展开他的天文学。采用欧几里得几何学的方式，哥白尼先用不多的几条公理假设了日心说，然后再在所假定的条件下推导出关于行星运动的定理。他硬性作出这些大胆的假设，本质上是出于审美和观念上的需要。对于哥白尼来说，日心体系比起他所看到的笨拙的托勒玫体系来，不过是在导出有关的命题时显得更加简单、更加和谐而已，它在智识上更加优雅——更加“赏心悦目”——而且更加经济。

日心体系更加直截了当的简单性首先表现在用它来说明行星的留和逆行，而这个问题用地心体系来解释一直是矛盾重重。在哥白尼的体系中，行星的这种运动只是一种视觉现象，是地球和所观测的行星在恒星背景上作相对运动的结果。也就是说，仅仅是因为我们是站在一个运动着的地球上观测，所以才会看到一颗运动着的行星像是会暂时停留、逆行和再向前移动，实际上，被观测的行星和我们在上面进行观测的地球都在围绕太阳作圆周运动，根本没有什么逆行运动。根据日心体系，行星仍然表现出表观的留和逆行，但是问题却得到了解决：由日心假说自然而然就导出了行星的“逆行”。把哥白尼成就的革命性体现得再清楚不过的地方也正是在这里：采用日心说以后，困扰了天文学达2000年之久的最大的理论难题竟一下子迎刃而解。

哥白尼的假说既更加简单，又更具审美价值，这也体现在它对其他问题的解释上。它非常直截了当地解释了水星和金星为什么绝不会离开太阳太远，即它们偏离太阳的角距离各自绝不会超过28°和48°。在托勒玫体系中是把这种现象作为例外，解释得十分勉强；而采用哥白尼体系，解释起来就非常自然：因为水星和金星的运行轨道都在地球轨道的里面，所以它们在我们看起来就总是不离太阳左右。此外，哥白尼体系还为行星安排了一定的排列次序（水星、金星、地球、火星、木星、土星），而在托勒玫天文学中，这件事情是不确定的。利用哥白尼排列的行星次序，再根据观测到的各行星的位置，通过很简单的几何推理，天文学家就可以推算出各个行星到太阳的相对距离和太阳系的相对大小。

对于哥白尼和与他持相同观点的天文学家来说，太阳具有至高无上的地位。在《天体运行论》里有一段经常被引用的话，即使不是太阳崇拜，也有新柏拉图主义神秘哲学的意味。哥白尼写道：

在所有的座次中，太阳宝座居于正中。在这座最为金碧辉煌的庙宇里，他难道还会有别的更好的位置能够从那里照亮一切？他确实是宇宙的明灯、心灵和统领；特利斯墨吉斯忒斯尊他为可见之神（Visible God），索福克勒斯的伊莱克特拉（Sophocles'Electra）崇他为无所不见（All-seeing）。因此，太阳在那个位置犹如坐在王座之上，统领着在他周围转圈的那些行星子民……地球亦因太阳才有孕育，一年一生而成为丰产之地。

在哥白尼的日心理论中，地球每天绕自己的轴旋转一周，这就解释了天上所见的一切表观的日运动；地球还每年环绕太阳运行一周，这又解释了太阳在天空中被观察到的周年运动。但哥白尼赋予地球的运动其实不止两种，而是三种，只有了解了哥白尼的“第三种运动”，我们才能够看到他的世界观的本质。简单说来，哥白尼认为，所有的行星并不是在虚空中或者说在自由空间中环绕太阳运行，它们其实是嵌埋在传统天文学所说的一些水晶球里。由此可见，哥白尼的伟大著作《天体运行论》书名中所说的“天体”（Heavenly Spheres），指的并不是地球、火星、金星等行星，而是指携带着这些行星运动的那些水晶球。

哥白尼正是在这里遇到了大难题。如果地球是被一个固态的水晶球携带着环绕太阳运行的，那么，地球的南北轴线就不可能始终保持不变的倾角而对准北极星，而且，那样一来，也就不会有季节变化。哥白尼为了坚持地球是被它的天球携带着运动这一观点，不得不再假定地球的轴线在作“圆锥”运动，这样，他才能够让地球始终对准天上的同一点，并以此来说明季节变化。不仅如此，哥白尼还让地球的第三种周年运动比地球环绕太阳运行的年运动周期稍微长一点，以此来解释另一种怪现象——二分点的岁差，亦即恒星所在天球以26000年为一个周期的另一种运动。(https://www.daowen.com)

当然，同他之前的阿利斯塔克遇到的情形一样，哥白尼也要准备应付来自传统思想对运动地球观念的反对。为此，他把标准的亚里士多德物理学略作修改，用以说明地球为什么会运动。哥白尼提出，圆运动是球的一种本性，因此，地球是在按照其本性旋转的；同时，地球和其他行星一样，因为各自所在的水晶球在按其本性作固有的圆运动，才被携带着环绕太阳运行。物质粒子会自然聚集为球体，所以物体不是向宇宙的中心飞去，而是向下落到地上，那不过是在向着地球中心运动而已。尽管地球同时在作日运动和年运动，地上的物体却不会飞离而去，那是因为地球上的物体都在随它们的大地“母亲”一起参加这两种圆运动。哥白尼在《天体运行论》第一卷头12页（24面）里先描述了他的体系的总体轮廓，不仅把有关问题定性地解释得十分透彻，而且处处给人一种绝妙的美感。

《天体运行论》另外5卷共195页的内容则是全然不同的另一种写作风格。人们可以从中发现数学天文学的一种技术性很强的革新，就像托勒玫的《天文学大成》一样深奥难懂。当然，作这样肤浅的比较是无法讲清楚这两部著作的区别的。哥白尼没有指望他的著作能被普通人看懂，他只是希望其他的专业天文学家能够对他的体系作出判断。实际上，他对他的读者明确写道，“数学是写给数学家看的”；此外，在该书扉页的左页还印有柏拉图的名言：“不懂几何学者莫入。”

由于是要写成一本专业天文学的技术专著，《天体运行论》于是就基本上失去了它的美学魅力。正如书中所述，太阳只是处在接近太阳系的中心，而不是正中心。哥白尼虽然抛弃了讨厌的均衡点，然而却仍然拘泥于圆运动。他不得不继续使用本轮和偏心圆那样复杂的数学工具，仅仅是为了能够说明行星在围绕太阳运行时其视运动速度的仍然难以解释的一些不规则变化。这样一分析，说到底，哥白尼天文学由于堆砌了大量的技术细节，其实一点也不比托勒玫体系更精确、更简单。他虽然不必再使用大本轮来把一个一个的圆附着其上，却仍然用到了许多本轮，其数量恐怕比当时托勒玫的体系还要多一些。

哥白尼的天文学仍然留有好些难以解决的技术难题，它们极大地损害了它的说服力。最大的一个问题是恒星视差，正是这同一个问题难倒了古希腊时代的阿利斯塔克和日心说。我们在讨论阿利斯塔克的观点时曾经介绍过，如果地球在围绕太阳运行，那么，恒星就应该改变它们彼此之间的相对位置。然而，天文学家没有观测到这样的恒星视差。

原来，恒星视差是一种非常微妙的现象，在肉眼天文学的时代绝不可能被观测到，事实上，在1838年以前，从未有人真正证明过视差的存在。英国皇家天文学家布雷德利（James Bradley）在1729年发现了恒星的光行差，那已能说明地球存在着周年运动；不过，令人奇怪的是，直到1851年，才有物理学家傅科（J.-B.-L.Foucault）使用一个非常大的钟摆确凿无疑地证明了地球的周日自转。到18和19世纪时，几乎已经无人还相信托勒玫天文学了，那时的天文学家都普遍相信地球有周日运动，并相信日心说。有了如此确凿的证据，怎么还不足以把当时的科学推进到一种新科学呢？

事情很可能是因为哥白尼的学说遇到了与阿利斯塔克同样的障碍，即没有观测到视差。他假定恒星离我们非常遥远，因此视差太小，未能被观测到。然而作这样的假定又引出了其他问题。最难办的是宇宙的尺寸按比例说必须膨胀到大得不可思议，而恒星的大小（按它们的视大小推断）也要大得令人难以置信。托勒玫天文学是把恒星球层确定在20000倍地球半径的距离，按照哥白尼的体系，则至少要把恒星的距离定在400000倍地球半径之外，那在16世纪的天文学看来简直是荒诞不经。

地球按照日心说应该在运动，可是下落的物体并没有落在靠后的位置，这个事实也在相当大程度上妨碍了人们接受日心说。存在着上述这些障碍及其他一些技术上的困难说明，哥白尼的日心说并没有被当成一种不证自明的理论立即获得成功，当然也没有成为公认完善的天文学体系。它反倒引来了这样那样的非议，其中就有来自宗教方面的抨击，认为日心说似乎与《圣经》中的有关段落相抵触。哥白尼把他的《天体运行论》印上题词献给教皇保罗三世（PaulⅢ）或许就是想避开这样的非议。教皇克雷芒七世（ClementⅦ）早在16世纪30年代就知道了哥白尼的观点，他并没有表示反对的意思。天主教的天文学家和教士在16世纪的后半叶也没有把哥白尼的假说看成是反对神学的异端邪说。反而是一些著名的新教徒，如马丁·路德和丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe），却表示了反对。只是在进入下一个世纪以后，由于伽利略挑起了一场神学争论，宗教人士才终于不能容忍，开始公开反对哥白尼学说。

《天体运行论》这本书附有一个并非由哥白尼所写的前言，这或许能够解释哥白尼学说为什么没有立即招来神学方面的激烈反对。一位路德派教士奥塞安德尔（Andreas Osiander）在印制的过程中看到了哥白尼的著作，他凭借自己的地位为它加上了一个没有署名的前言——“致对本书中的假说有兴趣的读者”。奥塞安德尔假哥白尼的语气所写的前言的意思是：书中论述的日心说未必是真实的情形，甚至未必有可能是那样，它只是提供了一种比较方便的有助于天文学家进行更精确计算的数学工具。哥白尼本人认为他的日心说是对物理世界的一种真实描绘，而在奥塞安德尔的前言里，则说哥白尼仅仅是制造了一幅有用的幻景。说来有趣，奥塞安德尔可能就是通过从表面上粉饰这本书的内容，从而为人们接受哥白尼的学说铺平了道路。

哥白尼死后，日心说思想在天文学家中渐渐传播开来。天文学家赖因霍尔德（Erasmus Reinhold）根据哥白尼的原理计算得到一套天文表，即通常所说的普鲁士表，并于1551年发表。那套天文表就代表了从哥白尼著作直接引出的一项实际成果。正是根据这套新的天文表，1582年，权威当局终于实现了历法改革，制订出一套一直沿用至今的格列高利历。［以教皇格列高利十三世（GregoryⅩⅢ）的名字命名。格列高利历删除了对逢整数百年的置闰，但能被4整除的整数百年除外。］由于同样的原因，哥白尼的书虽然在1566年和1617年两次重印，仍然只有很少的专业天文学家读到过它。在16世纪后半叶，天文学革命还仅仅处于萌动阶段。那个时代的天文学或者世界观都没有突然一下子改观，哥白尼的革命至多是一场渐进式的革命。