剖析科学信念

前两节简述的本轮-均轮方法因为设计精巧，适应性强，结构复杂，功能强大，在科学史上直至近代之前一直无出其右。在它最发达的形态中，组合圆体系是一项令人惊叹的成就。但是它从来没有完全解决问题。阿波罗尼最初的概念解决了行星基本的不规则性——逆行、亮度变化和在黄道上相继两次旋转时间的变化等——这种解决方法非常简单迅捷。但它也揭示出残留着的次要的不规则性。其中一部分经由希帕克斯提出的更精致的组合圆体系解释过去了，但这个理论仍然不十分符合观测结果。甚至连托勒密将均轮、偏心圆、本轮和偏心匀速点复合起来，也未能使理论与观察精确地相符，而且托勒密的理论既不是最复杂的也不是体系的最终形式。托勒密的许多后继者，先是在伊斯兰世界，后来在中世纪的欧洲，着手处理托勒密遗留的问题，徒劳地寻找托勒密所没有找到的解答。哥白尼仍然是在跟同样的问题交手。

除了托勒密自己体现在《至大论》中的体系外，托勒密体系还有很多变种，其中一些在预测行星位置方面达到了相当的精确性。但这种精确性的取得总是以复杂为代价——增添新的小本轮或相当的装置——而不断增长的复杂性只能为行星运动提供更好的近似，而不能最终解决。体系的任何一种形式都没能彻底经受住更精密的观测的检验，这种失败，再加上概念经济性总体上的消失，最终导致了哥白尼革命，而这种经济性曾经使更粗糙的两球宇宙模型都能令人信服。

但是这场革命却经历了令人难以置信的长久时间才到来。从阿波罗尼和希帕克斯的年代到哥白尼出生的将近1800年间，地心宇宙中的组合圆轨道的观念主宰了针对行星问题的所有技术上的发展，并且在哥白尼之前有许许多多这样的解决方式。尽管发达的托勒密体系具有微小却为人公认的不精确性和明显地缺乏经济性（对比第一章中介绍的早期两球宇宙），但它却有一个漫长的生命跨度，这个宏大却具有明显缺陷的体系竟能如此长寿，这给我们提出了一对密切相关的难解之谜：两球宇宙和相伴的本轮-均轮行星理论如何能够紧紧地束缚天文学家的想象力？对传统问题的这一传统解决途径造成的心理上的束缚一旦形成又是如何松开的？或者把问题提得更直接一些：为什么哥白尼革命这么晚才发生？它最终是怎样发生的？

这是一套特定的观念的历史问题，作为历史它们会在后面详尽地加以探讨。但是它们又更一般地跟概念图式的本性和结构有关，跟一种概念图式取代另一种的过程有关。因此首先简要地回顾一下第一章倒数第二部分引入的抽象逻辑的和心理学的范畴，对于处理这些问题是具有启发性的。我们在那里曾经考察了一个概念图式的功能，我们现在要问，像早期两球宇宙那样的一个平稳运作的图式如何能够被取代。首先考察这种现象的逻辑。

从逻辑上讲，总存在多种可供选择的概念图式能够为任意指定的观测现象清单带来秩序，但是这些替代图式对清单上没有的现象的预测是不相同的。哥白尼体系和牛顿体系都能解释对恒星和太阳的肉眼观测，跟两球体系一样充分；赫拉克利德的体系也能做到，哥白尼的继承者，第谷·布拉赫发展起来的体系也可以；除此之外，理论上存在无穷多种替代图式。但这些替代图式主要是在已做出的观测上互相一致。它们并不对所有可能的观测给出同一解释。例如，哥白尼体系与两球宇宙的区别在于：前者预言恒星的周年视运动，要求大得多的恒星天球直径，提出对行星问题的一种新解答（尽管不是哥白尼自己的）。正是因为有类似于这样（还有更多）的区别，一个科学家必须信仰他自己的体系，然后才能把它确立为对未知事物富有成效的探索的一种指导。不同的供选择的图式中仅有一个能够可信地代表实在，探索新领域的科学家必须确信他已经选择了这个可信的图式或者现有的各种近似图式中最接近它的一个。但科学家信奉某个特定的可选择的图式是要付出代价的：他可能会犯错。只要有一个观测现象与他的理论不相容就会证明他一直使用的是错误的理论。他的概念图式就要被抛弃和取代。

这就是科学革命的概要的逻辑结构。一个因其经济性、富有成效性和宇宙论的令人满意而被相信的概念图式，最终却导致了与观察不相容的结果；信念于是必须被放弃，新的理论被采纳；之后上述过程重新开始。这个概要很有用处，因为理论与观察的不相容性是科学中每次革命的根本来源。但历史上，革命的过程从来不是，也不可能是像逻辑概要所说的那么简单。正如我们已经开始发现的，观察从不会与一个概念图式绝对地不相容。

对于哥白尼来说，行星的行为与两球宇宙模型不相容；他感到，在增加越来越多的轮子的过程中，他的前辈只不过在修补和扭曲托勒密体系以强行使之与观察相符；而且他相信，正是这些修补和扭曲的必要性，清楚地证明了我们迫切需要一种全新的方法。但是，使用着完全相同的工具和观测结果的哥白尼的前辈们，对相同的情况却做出了非常不同的估价。在哥白尼看来是修补和扭曲的东西对于他们却是调整和拓展理论的自然过程，就像早期把太阳运动纳入到最初是为地球和恒星设计的两球宇宙中的过程一样。哥白尼的前辈丝毫不怀疑这个体系最终会成功。

简言之，尽管当一个概念图式与观察产生不可调和的矛盾时，科学家会毫不迟疑地抛弃它，但是对逻辑不相容性的这种强调掩盖了一个本质性的问题。是什么把看起来是暂时的偏差转变成不可避免的矛盾？一代人褒扬为设计精巧、适应性强和结构复杂的一个概念图式，如何可能在后来的一代人那里变得晦涩、暧昧和笨拙？为什么尽管存在偏差但科学家还要坚持那些理论，已经坚持了又为什么要放弃它们呢？这就是在剖析科学信念时要面对的问题。它们是下面两章主要关注的内容，正是它们为哥白尼革命搭建了特有的舞台。(https://www.daowen.com)

我们目前的问题是分析天文学研究的古代传统对人类思想所施加的束缚。这个传统如何能够提供一组心理成规来引导天文学的想象，限制研究中可用的概念，使得某些创新难以理解更难以接受呢？我们已经严格的在天文学方面讨论过，至少是隐含地讨论过这个问题。两球宇宙以及与之相联系的本轮-均轮技术最初都具有很高的经济性，特别富有成效；它们最初的成功似乎已经确保了这种方法基本的有效性；当然只需要极小的调整就可以使数学预测与观察保持一致。这种信念很难打破，特别是当它一旦贯彻在整整一代天文学家的实践中时更是如此，而他们又将它口传笔授给后继者。这就是科学思想领域里的乐队花车效应[5]。

不过，这种乐队花车效应并不是对天文学传统的影响力的完整解释。在努力去达到完全解释的过程中，我们会暂时把天文学问题全部抛开。两球宇宙对天文学之内和之外的问题的解答都提供了富有成效的指导。到公元前4世纪末，它不仅用于行星问题，还用于解决地上的问题，如树叶的下落和箭矢的飞行，也用于精神上的问题例如人与诸神的关系。如果说两球宇宙，特别是地心和地静的观念，看起来是所有天文学研究无可置疑的起点，这主要是因为若不把物理学和宗教一并颠覆，天文学家就无法推翻两球宇宙。基本的天文学概念已成为更为庞大的思想结构的组成部分，而且，就束缚天文学家的想象力而言，非天文学因素与天文学因素一样重要。因此，哥白尼革命的故事就不仅仅是一个关于天文学家和天空的故事。