亚里士多德的经院批评者
中世纪学术的影响并不都像大综合使神学成为球形宇宙的保护伞那样保守。亚里士多德和他的注释者们是经院研究一成不变的起点，但他们也只是起点而已。对亚里士多德文本的高强度研究使得该理论或证明中的不一致性迅速地暴露出来，而这些不一致往往是重要的创造性成就的源泉。中世纪的学者几乎没有一个瞥见了由其16、17世纪的后继者所提出的新天文学和新宇宙论，但是他们扩展了亚里士多德的逻辑，发现了他的证明中的谬误，并且由于与经验检验不符而否定了不少他的解释。在这个过程中，他们提炼出了许多概念和工具，而这些概念和工具被证明对于哥白尼和伽利略等人的成功是至关重要的。
举例来说，可以在14世纪巴黎唯名论学派的成员奥瑞斯姆（Nicole Oresme）对亚里士多德《论天》的批评性注释中找到对哥白尼思想的重要预示。奥瑞斯姆的方法是典型经院式的。在他长长的手稿中，亚里士多德的文本被分成若干片段，每段有几个句子，这些片段都配有长长的评论和说明性的注释。读者读完后发现奥瑞斯姆几乎同意亚里士多德除创世以外的所有基本观点，但是他赞成的理由并不明确。奥瑞斯姆精彩的评论摧毁了亚里士多德的许多证明，并对许多亚里士多德的观点提出了重要的替代。这些替代理论很少被经院学者自己所采纳，但中世纪学者继续讨论它们，而这种讨论帮助制造了一种舆论氛围，在其中天文学家有可能想象对运动地球概念进行实验。
例如，奥瑞斯姆对亚里士多德关于地球唯一性的主要论证做了彻底的批判。8亚里士多德说如果空间中有两个地球（并且当地球成为一个行星时，就会有六个“地球”），那么它们均会落到宇宙的中心并结合在一起，因为地（土）自然地向中心运动。奥瑞斯姆说这个证明是无效的，因为它预设了一个自身无法证明的运动理论。也许土并不是天然地向中心运动，而只是简单地移向其他邻近地球的地方。我们的地球有一个中心，它可以是松动的石头所要返回的中心，而不管这个中心处在宇宙的什么地方。在这个替代理论中，一个物体的天然运动不是由它在绝对的亚里士多德空间中的位置所控制，而是由它相对于物质其他部分的位置来决定。类似于这样的理论是16、17世纪新宇宙论的前提条件，在新宇宙论中地球既不是唯一的，也不在中心。类似的理论以不同的外貌与哥白尼、伽利略、笛卡尔和牛顿的工作相通。
对哥白尼论证更为重要的预示出现在奥瑞斯姆批判亚里士多德对赫拉克里德的驳斥时，赫拉克里德这位毕达哥拉斯主义者通过假设位处中心的地球有一个向东的绕轴旋转解释了恒星的周日运动。奥瑞斯姆并不相信地球旋转，至少他是这么说的，但他关心的是展示出在静止和旋转的地球中做出抉择必须要基于信仰。他说，没有任何论据，无论是逻辑的、物理的甚至《圣经》的，可以反证地球周日旋转的可能性。例如，从恒星的视运动中得不出任何东西，因为，奥瑞斯姆说：
我假设仅当一个物体改变它相对于另一个物体的位置时，位移运动才可能被觉察到。于是，如果一个人在一艘平滑行驶、其运动或快或慢的船a中，只能见到另一艘与船a以同样方式行驶的船b……那我说，对他来讲两艘船都没有运动。如果a静止b运动，而对他来说似乎是b在动；而当a运动b静止时，对他来说仍然像是a静止b在运动……因此我说，如果前面提到的宇宙的两个部分中更高的［或天上的］部分在今天就像看到的那样进行了周日运动，而较低的［地下的］部分保持静止，如果明天相反，较低的部分周日运动，而另外的部分即天体静止，那么我们也无法看出有任何变化，今天和明天的每样事物看上去都是相同的。对我们来说自始至终都是我们的位置静止而宇宙的其他部分运动，正如在运动着的船上的人看到船外的树在运动一样。9
这种来自视觉相对性的论证对哥白尼和伽利略的著作有重大的影响。然而，奥瑞斯姆并没有止步于此。他的论文继续直接推翻了亚里士多德的一个甚至更为重要的论证，这个论证给出了地球的不动性，因为垂直上抛的物体总是回到地球上它离开时的点上：
［在对亚里士多德和托勒密论证的回应中］人们会说直射向空气中的箭［也］会跟着它所穿过的空气以及上述宇宙的最底部的［或地上的］整体块一起迅速向东移动，这个整体［地球、空气和箭］做周日的转动。因此，箭会返回到被射出时在地面上的那点。通过类比这看起来是可能的：如果一个人在一艘快速向东运动的船中，而未意识到船的运动，如果他迅速把他的手向下拉，靠着桅杆画出一条直线，那么对他来说他的手只有一个垂直运动；相同的论证显示了为什么箭对于我们来说好像是直上直下的。10
在伽利略对于哥白尼体系的著名辩护《两大世界体系的对话》（Dialogue on the Two Principal Systems of the World）中，充满了与这种形式相同的论证，而且伽利略可能已经反复思考过来自包括奥瑞斯姆在内的那些哥白尼的经院前辈们所给出的暗示。但这并没有使奥瑞斯姆成为哥白尼。他甚至没有得出地球周日运动的结论；他做梦都没有想过围绕宇宙中心的轨道运动；同时他也没有想过假设一个运动的地球对天文学家会有什么好处。因为这些原因，他甚至不具有像哥白尼那样的动机，但正是这种动机的缺乏使他的工作更为令人惊讶。当奥瑞斯姆的论证在哥白尼和伽利略的作品中再度出现时，它们拥有了一种不同的并更具创造性的功能。后来的科学家希望表明地球可能运动是为了拓展在天文学上的优势，如果事实上它确实运动的话。奥瑞斯姆希望表明的只是地球可能运动；他只是在研究亚里士多德的证明。像经院科学的其他许多最有成果的贡献一样，他的哥白尼式的论证是中世纪后期思想与亚里士多德相符合的最卓越的成果。同意亚里士多德之结论的人们研究他的证明，仅仅是因为它们是由大师所做的证明。尽管如此，他们的研究往往帮助确保了大师的最终被推翻。
我们当然不能肯定哥白尼或伽利略读过奥瑞斯姆。要求学者和科学家指明其思想出处的传统直到16、17世纪的科学革命之后很久才建立起来。但是亚里士多德有许多经院哲学的评论者，并且他们写了大量的手稿，这些手稿在他们死后的岁月里被不断地复制。在奥瑞斯姆的评论写成后的五个半世纪中，仍然有六种保存下来的中世纪手稿复写本，有些标明是奥瑞斯姆死后的15世纪。在哥白尼诞生的那个年代，肯定还要更多。此外，经院批评传统是一个连续的传统。发源于14世纪巴黎的关键概念可以追溯到同一世纪的牛津和15、16世纪的帕多瓦。哥白尼在帕多瓦学习过，而伽利略曾在那里任教。尽管我们不能肯定哥白尼在《天球运行论》中任何特定的论证得自特定的经院批评，但我们不能怀疑这些批评作为一个整体，促成了那些论证的产生。至少它们创造了一种舆论氛围，使像地球运动这样的题目成为大学讨论的合法主题。哥白尼的一些关键论证非常可能借自更早期和未被公认的资源。
前面对于奥瑞斯姆的讨论展示了最典型的经院批判类型：检验亚里士多德的证据，研究可能的替代理论，一旦它们的逻辑可能性被证明，通常就被放弃了。但并不是所有的中世纪科学都是这种有限地批判就转瞬即逝的。经院哲学家也将一些新的研究领域和一些持久的理论修正引进亚里士多德的科学传统中。在它们当中最重要的是在运动学和动力学方面，它们的主题是地上和（中世纪以后）天上重物的运动。伽利略的某些最重要的贡献，特别是他关于落体的工作，可以被近似地看作是对从前那些零零散散的由中世纪学者艰难获得的物理和数学洞察的一种创造性的重新整理。但即使在17世纪伽利略把这些东西编织成一个新的动力学之前，运动的冲力（impetus）理论也已经对天文学思想有了重要的虽然非直接的影响。
冲力理论是在亚里士多德物理学体系中最薄弱的解释之一——即抛物运动的解释——的瓦砾之上建立起来的。亚里士多德相信除非有一个外在的推动使它运动，否则一块石头会保持静止或是朝向地球中心作直线运动。这是对于大量现象的一种自然的说明，但它并不能很容易地说明观察到的抛物的行为。当石块从人手中或投石机中飞出后，石头并不是径直地掉在地上。它会继续朝其开始被推动的方向运动，甚至在其脱离开原初的抛掷者（手或投石器）时也是这样。亚里士多德作为一个敏锐的观察者，知道抛射物是怎样运动的，而且他修补了他的理论，他设想在脱离第一推进者后被扰动的空气作为仍使抛射运动得以持续的推力来源。他好像对这种解决方案也不是非常满意，因为他至少提供了两种不相容的版本，并且在这一点上他总是有一点儿争议。但对他来说，这并不重要；他的主要兴趣在别处；他把抛射问题只是当作一句离题的话，而且明显只是因为它有可能给他的理论制造麻烦。
它确实制造了许多麻烦，显然差不多是直接的麻烦。6世纪的基督教注释家菲罗波努（John Philoponus），记录了现存最早的对亚里士多德理论的反驳，而且把自己不完全的冲力理论方案归于希腊化时期的天文学家希帕克斯。其他大部分注释者都至少被亚里士多德思想的这一方面所困扰。也许没有人，包括它的作者在内，把以空气作为推动者这种说法当真。但是直到14世纪，当亚里士多德文本中的困难成了独立的问题时，通过对亚里士多德理论的实质性修正，抛物问题得到了完全的正视和解决。尽管它开始是一个地上的问题，但那种修正被证明对天文学有着直接的影响。
问题及其中世纪的解答均可以从奥瑞斯姆的老师让·布里丹的《亚里士多德物理学八卷中的问题》（Questions on the Eight Books of Aristotle'sPhysics）（这是一个典型的经院科学的标题）中找到精彩的细节性原貌：(https://www.daowen.com)
要探讨的是在离开抛射者的手之后，抛射物是被空气推动还是被推动它的东西所推动……我认为这个问题非常困难，因为亚里士多德好像还没有很好地解决它。因为他……［在一点上］主张，抛射物急速地离开它曾经所处的位置，而自然不允许出现虚空，就迅速地将后面的空气填充虚空。空气以这种方式运动冲击抛射物，推动其向前进。这个动作反复持续相当的路程……［但是］对我们来说，好像有许多经验显示出这种推进的方法是无效的……
［举例来说，这是布里丹所给出的众多例子中的一个］一个有着与其前端同样尖的锥形尾部的矛被抛出后，与没有尖的锥形尾部的矛应该同样迅速地运动。但可以肯定的是，其后的空气必定不能以这种方式推动尖锐的尾部，因为空气会很轻易地被锐利的部分分开［相反它能推动一个钝的尾部，因此也使具有钝的尾部的矛飞得更远］……
所以，我们能够也应该说，在石头或其他抛射物中具有某种传递的东西，作为抛射物的推动力。这明显要好于空气会［不断］推动抛射物的那种说法，因为空气看上去是起抵抗作用的……［抛射者］将一种特定的冲力或动力冲印到运动物体之中，这种冲力在推动者推动运动物体的方向上起作用，或上或下，或横向或圆周。并且，推动者通过一定量让运动物体更快地运动，通过同样的量它将在其中冲印更强的冲力。正是这种冲力使得石头在离开投掷者之后不致中止运动。但是那种冲力在空气和石头的重力的阻碍下逐渐减少，而重力使之前进的方向与冲力自然地预先安排的运动方向相反。因此石头的运动会逐渐变慢，直到冲力减少或耗尽，以致石头的重力最终获胜，并使石头落回到它的天然位置上。11
这还只是布里丹精彩讨论的一个片断，无数类似的处理可以在他的后继者的书中找到。到了14世纪末，冲力动力学以众多非常像布里丹所给出的形式之一种，在中世纪主要的科学家著作中替代了亚里士多德的动力学。这种传统一直持续着：哥白尼在帕多瓦就读期间，它被讲授；伽利略在比萨从他的老师博纳米科那里学到了它。他们两人都使用它，公然地或者含蓄地，如同他们的同代人和后继者一样。冲力理论在许多情况下，以不同的方式，在哥白尼革命中扮演了一个必不可少的角色。
我们已经见过，虽然还没有意识到这些角色。奥瑞斯姆对亚里士多德关于地球不动的核心论证的反驳，已经将冲力理论或类似的理论视为当然。在亚里士多德的运动理论中，一个被垂直抛出的石头必定会沿空间中固定的径向射线运动。如果地球运动的话，那么当石头在空气中时，石头（或箭）不可能跟随它运动，于是就不能回到它的出发点。但是，如果在石头仍然与抛射者保持接触的时候，地球的向东运动赋予了石头一个向东的冲力，那么这个冲力将持续下去，并使石头即使在脱离抛射者后亦追赶地球的运动。冲力理论使得运动的地球赋予了地上的物体一个内在的推进者，这个推进者则使它们紧随着地球运动。和他的老师布里丹一样，奥瑞斯姆也相信冲力理论，尽管他在对亚里士多德的反驳中没有明确地提到这个理论，但是若没有它，反驳就没有意义。以这样那样的方式，冲力理论隐含在中世纪和文艺复兴时期的大多数允许地球运动而不致让地上物体落在后面的论证中。
一些冲力理论的拥护者直接将其由地面扩展到天界中。在这个过程中，他们向即将到来的哥白尼主义迈出了第二大步。布里丹本人紧接着前面那段出自他的《问题》的引文说：
同样地，由于《圣经》没有表明恰当的天使推动天体，因此可以说安置这些天使并不是必要的。因为可以［同样好地］回答问题：当上帝创造世界时，他按照他的喜好推动了每个天体，并且在推动它们的过程中为其冲印了冲力，使上帝不用再去推动它们，除非通过普遍影响的方法，在普遍影响的时候，他与一切发生的事物同在、同时起作用。因此，在第七日，他停止了一切工作，通过委托给其他人他已经依次完成了那些行动和热情。同时，上帝冲印进天体中的冲力不会减少和衰败，因为天体没有其他的运动倾向。也没有使这个冲力受到腐蚀或抑制的阻力。12
在布里丹的著作中，天和地可能是第一次，至少是尝试性地服从同一套单一的定律，并且相同的见解被布里丹的学生奥瑞斯姆发展到更进一层。他认为，“当上帝创造［天］时……，他在其中给运动冲印了一种特定性质和力量，正像他为地上的物体注入重量一样……；这就像人制造钟表并让它自己运转一样。上帝使天空不断地运动……根据的是［他已经］建立的规则。”13但是要设想天有着与地一样的运动机制，即类似于一只钟表，那就要打破月上天与月下天之间绝对的二分。尽管冲力理论至少在中世纪并没有进一步追随这一见解，但如果地球要被看作一个行星，那么正是这个由亚里士多德和神学中引出的二分必须被打破。
地球运动的可能性、地界与天界之规律的部分统一性，是冲力理论对哥白尼革命的两条最直接的贡献。不过它的最重要的贡献是间接性的，我们会在最后一章对之进行简要的回顾。通过它在牛顿动力学的进化中所发挥的作用，冲力理论在哥白尼死后一个多世纪促成了这场革命的最终胜利。哥白尼在16世纪只是提供了行星运动方式的一种新的数学描述；他并没有成功地解释为何行星像他所说的那样运动。起初他的数理天文学并没有什么物理意义，它因而向他的后继者提出了新型的问题。那些问题只能由牛顿来回答，他的动力学提供了哥白尼数学体系所缺少的基石，而牛顿的动力学甚至比哥白尼天文学更依赖此前的经院哲学对运动的分析。
冲力动力学并不是牛顿动力学，但通过指出新的问题、新的修正的可能性以及新的抽象，冲力动力学为牛顿的工作铺平了道路。在冲力理论之前，不论是亚里士多德还是实验都已经证明了只有静止才能持久。布里丹和其他的冲力理论家宣称，除非受到阻力，运动一样会永远保持下去，因此他们朝着我们今天所知道的牛顿第一运动定律迈出了一大步。此外，在上面所引用的那段话被省略的部分里，布里丹将一个运动物体中的冲力的量等同于物体的速度和它的物质的量的乘积。冲力的概念变得非常像近代的动量概念，虽然不能完全等同；在伽利略的著作中，“冲力”一词和“动量”一词经常可替代地混用。另外，再给出一个具有决定性的例子，布里丹的讨论近乎在说，在相同的时间间隔内重力（或重量）会为一个自由落体的物体冲印相同的冲力（从而速度）增量。在布里丹的后继者们借助经院学者提供的其他分析工具，准确地说出以及由之推出现代意义上的下落时间与距离的量化关系方面，伽利略并不是第一人。类似这些贡献给了经院科学在牛顿动力学的演化中一个重要的地位，而牛顿动力学是哥白尼及其后继者创造的新宇宙结构中的拱顶石。
在17世纪，当经院科学全部的效用被第一次展示时，它受到了试图建立全新的思想结构的人们的猛烈攻击。经院哲学家经常被人嘲笑，而且其形象被固定。中世纪的科学家更多地在文本中而不是在自然中寻找他们的问题；这些问题有许多在今天不再被视为问题；以现代的标准看，中世纪的科学实践难以置信地低效率。但是，科学又怎么会在西方复苏呢？经院哲学时期是古代科学和哲学传统同时重构、吸收和受到充分检验的时期。当薄弱环节被发现时，它们立刻便成了现代世界第一显著的研究焦点。16、17世纪伟大的新科学理论都是发源于经院批判在亚里士多德的思想织品中撕开的裂缝。这些理论中的大多数也体现了由经院科学所创造的关键概念。并且甚至比这些更为重要的是，近代科学家从他们的中世纪前辈那里继承下来的态度：对人类理性解决自然问题的能力无限地相信。正如已故的怀特海教授所说的：“在近代科学理论的发展之前就诞生的对科学之可能性的信仰，是无意识地从中世纪神学得出的。”14
