概念图式的功能

与本章前面部分描述的观察不同，两球宇宙是人类想象的产物。它是一个概念图式，是一个理论，由观察得来但同时又超越了观察。由于它还不能解释所有天体的运动（特别是行星在这里被忽略了），所以两球宇宙学并不完善。但是，它已经提供了在某些逻辑功能和心理功能方面令人信服的例证，科学理论可以为发展或利用这些理论的人们实现这些功能。任何科学概念图式的演变，天文学的或非天文学的，均取决于它实现这些功能的方式。在下两章详述两球宇宙模型之前，通过明确其中的一些功能，我们可以进一步凸显在这次哥白尼革命的研究中将浮现出来的一些最基本的问题。

图14　在地球上不同位置观察到的太阳运动。

（a）观测者在中北纬度：在夏至点，太阳在正东点的最北方沿一条斜线升起；它的周日平行圈的多半部分处于地平线以上，所以昼长夜短。在分点，太阳从正东升起，刚好有一半的周日平行圈是可见的。在冬至点，太阳在最南边升起，此时昼短夜长。太阳每日距地平的最大高度在夏天最高，但在所有季节中，太阳的正午阴影必定指向正北。
（b）观察者位于赤道：无论太阳在黄道上的哪个位置，地平面都把太阳的周日平行圈分为两个相等的部分。昼夜总是等长的，气候几乎没有季节性变化。有半年的时间（春分到秋分）太阳从正东以北的地方升起，其正午阴影指向正南方。剩下的半年，太阳在东南升起，其正午阴影指向北方。
（c）观察者位于地球北极：总有一半黄道在地平之下，以至有半年时间（从秋分到春分）丝毫看不到太阳。太阳从春分点开始在地平线之上露头，每日绕它旋转并逐渐螺旋式上升直到夏至。然后太阳又螺旋式地向地平回落，在秋分点逐渐地消失在地平之下。在春分到秋分之间太阳不会落山。

两球宇宙最显著的特点可能就是为天文学家的记忆提供帮助。概念图式的这一特点经常被称为概念的经济性（conceptual economy）。尽管它们都是被精心地挑选并系统地提出来，但更早部分讨论过的对太阳和恒星的观察，作为一组描述，却非常复杂。对于一个对天空并无透彻了解的人来说，有些观察，比如太阳升起所沿着的斜线的方向或与日晷指针阴影相对应的现象，看起来与另一些观察，比如天极的位置或恒星在南天短暂的出现，没有关联。每一个观察都是一长串关于天象的纯粹事实中孤立的一项，并且，要同时记住这所有的事实是困难的。

两球宇宙中就不存在这样的问题：一个负载着恒星的巨大球体绕一个固定的轴每23小时56分稳定地向西旋转一周；黄道是这个球体上与天赤道成23½°斜角的大圆，而太阳每365¼天沿黄道稳定地东移一周；对太阳和恒星的观察，来自位于这个巨大的恒星天球中心的一个很小的固定球体。这么多东西可以一次性记住，而且一旦被记住，那种一长串的观察就可以忘掉了。模型代替了清单，因为，正像我们已经见到的，观察可以由模型推导出来。它们时常甚至都不用被推导出来。一个将两球宇宙模型深植于脑海中的人观察天空，会发现概念图式揭示了那些没有它就是不相关的观察之间的关系，一系列的观察首次成了一个有机的整体，而单独的一项因而更容易被记住。没有这些由科学理论提供的有规律的总结，科学就不可能积累起这么多有关自然的详尽信息。

由于它为大量的重要观察材料提供了一个简明的总结，所以今天还有许多人在运用两球宇宙模型。按照图11的规格制造的模型，可以使航海与测量的理论和实践发展得具有极大的简单性和精确性，并且由于现代天文学所要求的模型更为复杂，所以在讲授这些课题时，通常两球宇宙优先于哥白尼宇宙被使用。大部分航海或测量手册开头的几句话一般都是：“出于目前的用途，我们要假设地球是一个静止的小球体，它的中心与一个大得多的旋转着的恒星天球的中心一致。”从经济性方面进行评价，两球宇宙模型正如它一向所是的，是一个非常成功的理论。

然而，在其他方面，两球宇宙模型不再是成功的，并且自哥白尼革命以来它就没有成功过。它保有经济性仅仅是因为经济性是一个纯逻辑的功能。古代天文学家所了解的以及现代航海家所使用的那些天象观测，是两球模型的逻辑结果，而不管这个模型是否被认为代表实在。科学家的态度，他是否相信概念图式的“真实性”，并不影响这个图式去提供一个有效概括的逻辑能力。但概念图式不仅有逻辑功能也有心理功能，而这些确实依赖科学家的相信或怀疑。举例来说，在第二部分中讨论的对于“家园感”（at-homeness）的心理渴求可以由一个概念图式来满足，只是因为这个概念图式被认为不只是可以方便地用来概括那些已知的东西。在古代以及中世纪末期的欧洲世界确实将这种额外的承诺赋予两球宇宙概念。科学家和非科学家一样都相信恒星确实是一个巨大球体上的亮点，这个大球对称地包围住人类的地球住所。因此，几个世纪以来两球宇宙论的确为许多人提供了一种世界观，规定了他们在被创造的世界中的位置，给他们与诸神的关系赋予了物理意义。正如我们将在第三、四章中看到的，一个被相信的从而作为宇宙论的一部分发挥作用的概念图式，不只是具有科学上的价值。

信仰也会影响概念图式在科学中发挥作用的方式。经济性作为纯逻辑的功能，宇宙论的满足作为纯心理的功能，处在一个谱型相对的两端。许多其他的重要功能位于谱型中这两个极端之间，既依赖理论的逻辑结构，又依赖它在心理上的吸引力以及它博得信任的能力。举例来说，一个相信两球宇宙之正确性的天文学家会发现，这个理论不仅提供了对现象的方便的概括，而且还解释了它们，使他理解了为什么它们是其所是。像“解释”（explain）和“理解”（understand）这些词显然同时涉及概念图式的逻辑和心理的方面。逻辑上，两球宇宙解释了恒星的运动，因为这些运动可以从远为简单的模型中推出。复杂性被化简了，而这种逻辑化简是解释的一个基本的要素。但并不是只有这一种要素。从心理上讲，除非相信它是真的，否则两球宇宙没有提供任何解释。近代航海家在他们的工作中使用两球宇宙模型，但他们并不用外层天球的旋转来解释恒星的运动。他相信恒星的周日运动只是一种视运动，并且他必定把它解释成真实的地球转动的结果。(https://www.daowen.com)

科学家乐于在解释中使用一个概念图式，表示他信任该图式，表明他相信自己的模型是唯一正确的。这种信任或相信总是轻率的，因为不管“真理”意味着什么，经济性和宇宙论的满足都不能保证真理。科学史中杂陈着各种概念图式的遗迹，它们也曾一度被人热烈地信仰，后又被不相容的理论所取代。无法证明哪个概念图式是最终的。但是无论轻率与否，这种对于概念图式的信奉是科学中的一种普遍现象，而且看上去是不可缺少的，因为它赋予了概念图式一个新的并且最重要的功能。概念图式是综合的，它们的结果并不限于已知的东西。所以，一个信奉比如两球宇宙的天文学家会预期自然展现那些还不曾被发现而概念图式预言了的额外性质。对他来说，理论将超出已知的范围，成为预测和探索未知的首要的强有力的工具。它将会像以往一样影响科学的未来。

两球宇宙告诉科学家这个世界上那些他从未经历的部分（比如南半球和地极）中太阳和恒星的行为。此外，它还告诉他那些他从未系统观测过的恒星运动。由于它们被固定在恒星天球上，它们必定像其他恒星一样沿周日平行圈旋转。这是新的知识，不是首先得自观察，而是直接得自概念图式，并且这些新的知识能够引发大量的结论。举例来说，两球宇宙论认为地球有一个圆周，而且它提出了一组观察（在技术性附录的第四部分讨论），通过这组现象，天文学家可以发现地球的周长有多大。其中有一组观察（很糟糕的一组，由它导出的周长值太小了）使哥伦布相信环球航行是实际可行的，他的航行的成就已被载入史册。这些航行以及后来麦哲伦和其他人的航行为先前只是从理论导出的信念提供了可观察的证据，并且它们还为科学提供了许多未曾料到的观察。如果没有概念图式指明道路，就不会有这种航行，新的观察也不会增补给科学。

哥伦布的航行是概念图式富有成果的一个例子。它们显示了理论是如何指引科学家去认识未知事物，告诉他到哪儿找，他能预期找到什么，而且这可能是概念图式在科学中最为重要的功能。但是概念图式所提供的指导并不是像上面展示的那样直接和明确。通常概念图式为组织研究提供提示而不是明确的指导，对这些提示的深究一般要求对那些提供提示的概念图式进行扩充或修改。举例来说，两球宇宙起初主要是用来解释恒星的周日运动以及这些运动随观察者在地球上位置的变化而变化的方式。但是它一经被发展出来，就很容易扩展出新的理论来给太阳运动的诸观察赋予规则和简单性。而且揭示了太阳行为的复杂性背后无可置疑的规律性之后，概念图式提供了一个框架，借助它可以研究更加不规则的行星运动。在天际的整体运动得以化简有序之前，这个问题一直是难以处理的。

本书的大部分内容将涉及特定概念图式的丰富成效，也就是涉及它们作为研究指导的成效和作为知识的组织框架的成效。下两章将特别检验两球宇宙模型在古代解决行星问题以及完全是天文学之外的问题中所发挥的作用。之后，我们会发现由哥白尼作为运动行星的地球的新概念给科学研究带来的相当不同类型的导向。然而，关于成效的丰富性最好的例子就是这整本书所讲述的故事。哥白尼宇宙本身就是一系列研究的结果，而正是两球模型使这些研究成为可能：行星地球的概念最有力地展示了与之不相容的一个独一无二的处于中心的地球概念对于科学的有效指导。这就是为什么讨论哥白尼革命必须从研究哥白尼主义使之彻底作废的两球宇宙论开始的原因。两球宇宙是哥白尼学说的母体；任何概念图式都不会无中生有。