亚里士多德的宇宙

亚里士多德的宇宙

在古代的世界观中，天文学和非天文学概念被编织在一个单一而连贯的概念织品中，为了审视它，我们必须颠倒年代的顺序，暂时回到公元前4世纪中期。那个时候，对于行星问题的技术性发展几乎尚未开始，但引导了行星天文学家之数学研究的两球宇宙论，已经获得了基本的非天文学功能。它们可以在希腊最伟大的哲学家和科学家亚里士多德（公元前384—前322）的卷帙浩繁的著作中找到，他有着巨大影响力的观点后来为中世纪绝大部分的宇宙论思想和相当多的文艺复兴时期的宇宙论思想提供了起点。

亚里士多德的著作只以不完整的和高度编纂的形式流传到今天，它所涉及的科学主题如今被称为物理学、化学、天文学、生物学和医学，非科学的领域则被称为逻辑学、形而上学、政治学、修辞学和文学批评。对于其中的每一门学科，特别是生物学、逻辑学和形而上学，他都贡献了许多独属于他自己的新思想，但与其零散的实质性贡献相比，更为重要的，是他把所有的知识组织成了一个系统和连贯的整体。他并不是非常成功；要在亚里士多德的著作中找出不一致和偶尔的矛盾之处并不困难。但是，在他关于人与宇宙的观点中，有一种基本的统一性，这种统一性从此再也没有在哪种规模和原创性可与他相比的综合中达到过。这就是他的著作为什么会有如此巨大的影响的一个原因；其他的原因我们将在本章最后加以考察。我们首先需要对亚里士多德宇宙作一个简明的结构化勾画，然后对亚里士多德思想中赋予地球和天球的多种功能做更详尽的讨论。

对于亚里士多德来说，整个宇宙被包含在天球之内，或更精确地说，在天球的外表面之内。天球内部的每一点都有某种物质——在亚里士多德的宇宙中不可能存在空洞或真空。在天球之外什么也没有——没有物质，没有空间，什么都没有。在亚里士多德的科学中，物质和空间是合在一起的，它们是同一个现象的两个方面；真空概念完全是荒谬的。这就是亚里士多德设法对宇宙的有限尺寸和唯一性做出的解释。物质和空间必须同时终止：人们不必建造一面墙来围住宇宙，然后再来琢磨是什么东西围住了这面墙。正如亚里士多德在他的《论天》中写道：

很明显，在天之外，没有、事实上也不允许有任何有形物质。作为整体的世界是由全部所有的物质所构成……并且我们可以得出结论，现在没有、从未有过、也不可能有多个世界。世界是单一的、仅有的、完全的。此外亦很明显，在天之外既无处所也无虚空，因为在所有的处所中，都有物体存在的可能性，而虚空按其定义就是能够包容物体，虽然目前没有包容它……1

像第一章曾部分简要地介绍过的柏拉图宇宙一样，亚里士多德的宇宙是自我包容和自给自足的，在它自身之外别无一物。但亚里士多德在宇宙内部的区分上比柏拉图更为细致。宇宙内部的绝大部分由单一的一种元素以太所填满，它聚集成一系列层层相套的同心球壳，形成了一个巨大的空心球，其表面正是恒星天球的外层，而同心球的内表面带动最低的行星即月亮。以太是天上的元素，在亚里士多德的著作中是一种水晶固体，尽管它的固体性经常被他的后继者所置疑。与地球上所知的实体不同，它纯净、不可变易，透明而又无重量。行星和恒星以及那套同心球壳均由它制成，同心球壳的转动解释了天体的运动。

在亚里士多德和哥白尼之间的年代里，对推动天体的那些天球的形式和物理实在性，有过许多不同的观点。亚里士多德的观点是其中最详细和最明确的。他相信有恰好55个由以太构成的真实的水晶球壳，而且这些球壳把欧多克斯及其后继者卡里普斯所发展的同心球数学体系，体现在一个物理机制上。亚里士多德几乎把早期数学家所使用的天球数量增加了一倍，但是他所添加的那些球在数学上是多余的。它们的作用是为保持整套同心球壳的旋转提供必要的机械联结；它们把整套天球转变为由恒星天球驱动的巨大的天钟的一部分。由于宇宙是充满的，所以所有的天球都相互接触，球与球之间的摩擦带动了整个系统。恒星天球带动与它最接近的内部邻居，即七个同心球壳中最外面的那个推动土星的天球。这个球壳又带动它下面的内邻，以此类推，直到运动最终传到带动月球的最低天球。这是以太壳层的最内层，是天界或月上天的最低边界。

出于数理天文学的目的而替代同心球的本轮和均轮装置，与亚里士多德所提出的这些水晶天球并不能很好地吻合。结果，为本轮运动寻求机械解释的尝试在公元前4世纪后经常被忽略，而水晶天球的真实存在性只是偶尔被质疑。举例来说，从《至大论》中我们看不出托勒密是否相信它们。但从托勒密到哥白尼的这段时期里，包括天文学家在内受过教育的人似乎至少相信某种不纯粹版本的亚里士多德天球理论。他们承认恒星有一个球壳，每颗行星各有一个球壳，并且假设每个行星的球壳足够厚，刚好使得行星在最接近地球的时候处在球壳的内表面，在最远离地球的时候处在球壳的外表面。这八个球一个套一个充满了整个天区。恒星天球的运动为恒星的周日运动提供了精确的解释。七个行星天球的连续旋转解释了行星的平均运动，但也仅仅是平均运动而已。不知道或不关心行星运动不规则性的人的确可以接纳厚厚的天球：每颗行星都被固定在它的天球上并由它带动旋转。行星天文学家使用本轮、均轮、偏心匀速点和偏心圆来解释每颗行星在它们厚球壳内的运动。对他们来说，这些球壳通常至少有比喻意义上的实在性，并且他们几乎不为球壳内行星运动的物理解释而烦恼。

在亚里士多德死后的五个世纪或更长的时期内，这个层层相套的厚球壳的概念为后托勒密时代的天文学增加了一项重要的技术成分。它使天文学家去计算单独行星天球的实际大小，以及宇宙作为一个整体的大小。对穿梭于恒星中的行星运动的观察只能让天文学家决定它的本轮和均轮的相对尺寸或它的偏心率的相对数值。收缩或扩大行星的组合圆体系并不改变行星在黄道上的位置，只要本轮、均轮和偏心圆的相对尺度保持恒定。但是，如果每个球壳都必须厚到足以使行星在离地球最近和最远时都被包含在里面，那么关于本轮、均轮以及诸如此类的相对尺度的知识就能够决定每个天球壳内外直径的比率。进而言之，如果这些天球必须被一层套一层地充满整个天界，那么一个天球的外直径就必定等于下一个的内直径，并且所有跨球壳边界的距离比率可以被计算出来。最终，通过使用在公元前2世纪被确定下来的月球天球的距离，这些相对尺度可以被转化为绝对尺度。技术性附录的第四部分讨论了确定月球天球距离的方法。(https://www.daowen.com)

充满空间的天球球壳之大小正好容纳每一行星的本轮及其他圆轮装置，基于这种概念对天球大小的估计直到托勒密去世都没有在天文学文献中出现，这也许是因为第一批行星天文学家们对这些天球的实在性均表示怀疑。但公元5世纪之后，这类估计变得相当普遍了，并且它们再一次使整个宇宙论看起来是真实的。一个广为人知的宇宙论尺度是由阿拉伯天文学家阿尔法加尼提出的，他生活在公元9世纪。根据他的计算，月球天球的外表面到宇宙中心的距离是地球半径的64⅙倍，水星天球到中心的距离是地球半径的167倍；金星是1120倍，太阳是1220倍，火星是8867倍，木星是14405倍，土星是20110倍。由于阿尔法加尼给定的地球半径是3250罗马里[1]，所以他把恒星天球放在距地球7500万罗马里以外的地方。这是一个巨大的距离，但从现代的理论来看，它几乎比地球与最近恒星间的距离小了100万倍。

看一下阿尔法加尼的测量就知道，地界即月球天球内面之下的空间，仅仅是宇宙中一个微小的部分。大部分的空间是天界，大部分的物质是水晶天球中的以太。但是月下天尺寸较小并没有令它不重要。甚至在亚里士多德的版本中，以及在更大的范围里，在中世纪基督教版的亚里士多德宇宙论中，宇宙微小的中心核是核心，其余的都是为它而造。它是人类的栖居地，它的特性与它之上的天界极为不同。

月下天并不是被一种而是四种（或者，按照后来的著作者，数目更小）元素充满，而这四种地上元素的分布，尽管理论上简单，事实上却格外复杂。根据下面将要讨论的亚里士多德的运动定律，如果没有任何外在的推拉作用，这些元素将会安置成四个同心球壳的系列，就像包围着它们的第五元素形成的以太球壳一样。土，是最重的元素，它会自然地运动到处于宇宙的几何中心的球上。水也是重元素但不如土那样重，它会安放在一个以土为中心区域的球壳中。火是最轻的元素，会自然而然地升起形成一个紧靠月球天球以下的壳层。气也是轻的元素，将填充水和火之间的壳层从而完成整个结构。达到这些位置后，诸元素会静止而又保持其元素的完全纯粹性。听其自然，不受外力的干扰，月下天将是一个反映了天球结构的静止的区域。

但是地界从来不是未受干扰的。它被运动的月球天层所包围，而这个外围的运动持续地推动着它下面的火元素壳层，在整个月下世界激起了将各种元素推撞、混合的潮流。因此，这些元素从未能够以其纯粹的形式被观察到。这个一环推动一环的链条直接得自月球天球，而最终来自恒星天球。它把诸元素混合成不同的而且变化着的比例。不过，壳层结构仍然近似地保留着；相应的元素仍然在相应的区域占有主导地位。但每种元素都至少包含了一点点其他的元素，而这些其他元素改变了它的特性，并且按照混合比例的不同，导致了在地球上可以发现的所有各种各样的物质。因此，正是诸天的运动引发了在月下世界可以见到的所有变化和几乎所有的种类。

前面的简述并没有再现亚里士多德宇宙的范围和充足性，但我们必须在它之中探究前哥白尼天文学传统的威力所在。为什么天文学家不顾托勒密体系所遭遇的实际困难，如此长时间持续地假定地球是宇宙的静止中心，至少，是行星平均轨道的静止中心？对这个问题的一种熟悉的回答已经有了：亚里士多德，古代最伟大的哲学家-科学家，已经宣布地球不动，而且他的话被他的后继者们赋予无比的重要性，对他们中的许多人来说，他是“哲学家”[2]，是在科学和宇宙论的所有问题上的第一个权威。

但是，亚里士多德的权威性尽管重要也只是一个答案的开始，因为亚里士多德曾经说过的许多事情被后来的哲学家和科学家没怎么费力就给否定了。在古代世界还有科学思想和宇宙论思想的其他学派，明显地不受亚里士多德观点的影响。甚至在中世纪后期，当亚里士多德确实成了科学问题上占支配地位的权威时，有学识的人对其理论的许多孤立部分做重大改变时并没有犹豫不前。由后期的亚里士多德主义者引入对亚里士多德原初教导的修正几乎没完没了，而且这其中的有些修正远不是细节上的。正像我们将在下一章见到的，亚里士多德的后继者针对他的许多批评，在哥白尼革命中发挥了直接而又决定性的作用。

可是却没有一个后来的亚里士多德主义者提出地球是一个行星或者它不处于宇宙的中心。这种革新被证明对于一个亚里士多德主义者来说是特别难于理解和接受的，因为一个独一无二的中心地球概念与亚里士多德思想织品中太多的重要概念交织在一起。一个亚里士多德的宇宙可以由三种或五种地上元素所构成，就像四种一样，用本轮构成也差不多跟用同心球构成一样，但是它不可能也没有在经受了把地球作为行星这样的修正之后还幸存下来。哥白尼试图去设计一个地球在运动但在本质上又是亚里士多德的宇宙，但他失败了。他的追随者们看到了他的革新的全部后果：亚里士多德的整个结构崩溃了。地心和地静的概念，是一个编织严密而又高度融贯的世界观中少数主要的创设性概念之一。