革新的动机——哥白尼的序言
哥白尼是为数不多的一群最早复兴整个希腊化技术性的数理天文学传统的欧洲人之一。这一传统在古代由托勒密的著作推至顶峰。《天球运行论》不仅模仿《至大论》，而且它差不多只是针对当时一小群有能力阅读托勒密论著的天文学家。经由哥白尼，我们首次回到在第三章探讨发展了的托勒密体系时所遇到的那类技术性的天文学问题。事实上我们回到的是相同的问题。《天球运行论》正是为解决在哥白尼看来托勒密及其继承者尚未解决的那些行星问题而著。在哥白尼的著作中，地球运动的革命性观念最初只不过是这位熟练而又忠实的天文学家试图改良计算行星位置的技巧时一个反常的副产品。这是《天球运行论》中第一个重要的不协调之处：激发哥白尼之革新的目标同革新本身之间的不相称。这一点差不多在序言性的信的开头就可以看出来。哥白尼把它加在《天球运行论》的前面是为了概述他的科学工作的动机、根源和性质。1
献给至圣之主，教皇保罗三世
尼古拉斯·哥白尼为《天球运行论》作的序言
教皇陛下，我完全可以设想，某些人在听到我在此书中将苍穹的旋转归因于地球的运动之后，就会大叫大嚷，说既然我主张这样的观点，就应当立即被哄下台来。我对自己的著作还没有偏爱到这种程度，以致不顾别人的看法；而且尽管我知道哲学家的深思与俗众的看法相去甚远，因为他的目的就是在上帝所允许的人类理性所及的范围内探寻万物的真理，但我还是主张那些相当错误的意见应当予以摆脱。
我深深地意识到，由于人们因袭很多世纪以来的传统观念，对于地球居于宇宙中心静止不动的见解深信不疑，所以我把运动归之于地球的想法肯定会被他们看作是荒唐之举。因此我犹豫了很长时间，不能决定到底是应该公开阐明我所写的证明地球运动的《提纲》，还是仿照毕达哥拉斯学派和其他人那样，习惯于只向亲朋好友传授他们的哲学奥秘，而且只是口授不见诸文字，就像吕西斯给希帕克斯的信所证实的那样。［哥白尼曾打算将这封信收入《天球运行论》中，它记述了毕达哥拉斯学派和新柏拉图学派关于不准把自然的秘密泄露给未加入其神秘教派的人的禁令。在这里提到此信，正好成为上一章讲过的哥白尼参与文艺复兴时期新柏拉图学派复兴的例证。］我认为他们这样做，不像有的人想的那样是害怕别人分享他们的学说，而是因为担心学者们的这些来之不易的辉煌成就会受到一些人的轻视。因为有这样一班庸人，除非是有利可图，从不关心任何科学研究；或者虽然受到他人的鼓励和示范而投身哲学的自由研究，却因心智迟钝只能像蜂群里的雄蜂那样混迹在哲学家当中。想到这些，我不得不担心我的理论中那些新奇的和不合时宜的东西招致嘲笑，这个念头几乎使我放弃我的计划。
克服这些疑虑和实际的异议的是我的朋友们。……［他们中的一位］经常要求并极力敦促我发表这部著作，它被束之高阁至今已不止一个九年，而是四个九年了。……他们强调，不能再因为我的疑虑而拒绝把我的劳动果实贡献出来以飨数学爱好者。他们还坚持说，虽然我的地动说初看很奇怪，但是等我的阐释性的注解出版后，必将驱散迷雾，地动说也会受到钦佩和欢迎。在他们的劝说下，我终于同意出版这部朋友们期待已久的书。
我在如此辛苦地研究之后，终于公开发表我的著作，不再顾虑书面地记载我关于地动的观点，这可能使陛下您感到惊奇。［《天球运行论》出版的前几年，哥白尼曾在他的朋友中间散发一部短手稿称为《提纲》（Commentariolus），其中记述了他的日心天文学的早期形式。另一部关于哥白尼的主要工作的先期报告是由他的学生莱蒂克斯写的《简述》（Narratio Prima），曾于1540年出版，并于1541年再版。］大地在运动，这不仅与数学家们公认的理论相反，更与感官的印象相悖。我怎么会胆敢持有这样的观点，陛下一定更期望我对此做出解释。那么我想告知陛下，正是因为我清楚数学家在这些研究中的自相矛盾，才促使我去思考一个计算天球运动的方法。
首先，那些数学家们对日月的运行很不了解，他们甚至连季节年的恒定长度都无法加以解释和观测。其次，在测定日月和五大行星的运动时，他们既不依照相同的原理和假设，又不使用相同的表观的旋转运动的实证。这样他们有的只用同心圆［指亚里士多德体系，由亚里士多德总结欧多克斯和卡里普斯的成就得出，在哥白尼去世前不久被意大利天文学家弗拉卡斯托洛和阿米奇在欧洲复兴］，而有的［使用］偏心圆和本轮。可是尽管用了这么多手段，他们并未完全达到他们的目的。依靠同心圆的那些人，虽然他们已经证明某些异常运动可以被组合出来，但仍然不能由此完整地建立起与现象相符的体系。设想偏心圆体系的那些人，虽然看起来通过符合假设的计算几乎确定了视运动，可是所用的前提却违反了运动一致性这个首要原则［例如使用偏心匀速点］。他们都没能从自己的理论中辨识或推断出最重要的东西——即宇宙的形状及其永恒的对称性。他们这样做就好像一个画家为了作画从不同的模特儿身上临摹了手、脚、头以及其他部分，每一部分都画得不错，但却不是出自同一人体，并且由于各部分不协调，结果画出来的只会是个妖怪而不是人。所以在他们的阐释（那些数学家这样称呼他们的体系）当中，……我们发现，他们不是遗漏了一些必不可少的细节，就是塞进了一些毫不相干的东西。假如他们遵循固定不变的原则，就肯定不会变成这样；假如他们的假定不是这么容易被人误解，那么由此得出的所有推论都会得到证实。虽然我现在的主张还不能使人们明了，但最后终究会使大家逐渐弄清楚。
哥白尼说，对当时天文学的坦率评价表明，靠地心说解决行星问题希望渺茫。托勒密天文学的传统方法没有也不可能解决这些问题，相反还产生了一个怪物。他断定，在传统行星天文学的基本思想中，一定存在一个根本性的错误。这是首次有一位在技术上胜任的天文学家出于其研究的内在理由而拒绝历史悠久的科学传统，正是对这个技术性错误的内行的了解启动了哥白尼革命。已经感觉到的那种必要性是哥白尼发明的来源。但是，对这种必要性的感觉是一个新的东西。天文学传统以前并不显得荒谬。到哥白尼的时代发生了一个变形，哥白尼的序言出色地描述了这一转变已被感觉到的原因。
哥白尼和他的同代人不仅继承了《至大论》，还继承了许多伊斯兰天文学家和少数欧洲天文学家的天文学成果。这些天文学家曾批评和修正了托勒密体系，他们就是哥白尼所说的那些“数学家”。他们有的给托勒密体系增减数个小轮；有的改用本轮去解释托勒密最初用偏心圆来描述的一类行星不规则运动；有的发明一种托勒密所不知的方法来解释单本轮单均轮体系的微小预测偏差；还有的在新的测量的基础上改变了托勒密体系中复合轮的转速。托勒密体系已不再是一个，而是变成了一大堆，而且随着专业天文学家的增多，这个数目还在迅速增长。所有这些体系都模仿《至大论》，因此都是“托勒密的”。但是由于有这么多不一样的体系，“托勒密的”这个形容词已经失去了它原有的许多意义。天文学传统已经变得散乱，再也不能完全规定一个天文学家在计算行星位置时应该用什么方法，从而也无法确定他从他的计算中会得出什么样的结果。像这样的模棱两可使得天文学传统丧失了其内在力量的主要源泉。
哥白尼的“怪物”还有其他的面孔。哥白尼所知的“托勒密体系”没有一个能给出完全符合肉眼观测的良好数据。它们并不比托勒密的结果差，却也好不了多少。经历了13个世纪毫无结果的研究，任何一个敏锐的天文学家都会怀疑，在原来的传统内部进一步努力是否可能取得成功。此外，托勒密与哥白尼之间的漫长岁月放大了传统方法的错误，这又成为不满情绪的另一来源。本轮-均轮体系描述的运动非常像钟表的指针：明显的误差会随时间的流逝不断增加。比如说，一只钟每10年慢1秒，经过1年或者10年，误差或许并不明显。但是过了1000年，误差就不容忽视了，因为此时误差已增加到近两分钟。哥白尼和他的同代人掌握了比托勒密的数据覆盖面多1300多年的天文数据，因此能够对他们的体系进行精密得多的检测。他们必定更清楚古老方法的内在错误。
时间的流逝也给16世纪的天文学家带来了赝品问题，具有讽刺意味的是，正是赝品问题比真实的行星运动更有效地促进了对托勒密方法中的错误的认识。哥白尼和他的同僚们继承的数据中许多都是错误的，把行星和恒星放到了它们从未出现过的位置上。一些错误的记录是拙劣的观测者收集的；另一些数据虽然起初基于正确的观测，但在传抄过程中被抄错或曲解了。没有一个简单的行星体系——无论托勒密的、哥白尼的、开普勒的还是牛顿的——能够把文艺复兴时期天文学家们觉得必须解释的数据整理出秩序来。文艺复兴时期的数据带来的问题，其复杂度超过了天体问题本身。哥白尼本人也是这些数据的受害者之一，尽管它们一开始帮助他抛弃了托勒密体系。假使哥白尼能像对待前辈的数学体系那样，也对他们的观测数据持怀疑态度，那么他的体系会得出更好的结果。(https://www.daowen.com)
散乱并且错误不断，这是哥白尼所说的“怪物”的两大特征。对于哥白尼革命所依赖的天文学传统自身的明显变化来讲，这两个是主要的根源，但不是仅有的。我们也许会问，为什么哥白尼能够发现这只“怪物”呢？旧传统的一些明显的变形肯定被这位目睹者看在眼里，因为这个传统早就变得散乱和不准确了。实际上我们早已探讨过这个问题。哥白尼能发现异常之处有赖于哲学和科学思想的大气候（其起源和性质在上一章已有叙述）。一个不像哥白尼那样具有新柏拉图主义倾向的人，根据当时天文学的状况可能只会断定对于行星问题没有既简单又精确的解答。类似地，一个不熟悉经院批判传统的天文学家也不可能在自己的领域发展出类似的批判。这些以及上一章详述的其他新思想正是哥白尼时代的主流思潮。虽然哥白尼似乎并未意识到这些，但他还是被裹在这些哲学思潮中，就像他的同代人毫不知情地跟着地球一同运动一样。如果不了解哥白尼的工作跟天文学的内部情况以及时代的思想大潮有什么联系，就无法理解它。这两方面共同造就了那个“怪物”。
不过，对所认识到的“怪物”的不满只是向哥白尼革命迈出的第一步。接下来就是探索了。在哥白尼的序言的剩余部分描述了这一探索工作的开端：
用来确定天球体系运动的数学传统如此不可靠，我对此深思了很久。最后我开始恼火，因为哲学家们并不能为至高无上的造物主为我们建造的有秩序的宇宙提出正确的理论，因为他们在别的方面对同宇宙相比极为渺小的事物都细心地做了研究。［请注意哥白尼把“有秩序的”等同于“数学上简洁的”，这是他的新柏拉图主义思想的一个方面，而任何一个虔诚的亚里士多德派学者肯定会强烈反对这一点。还有其他类型的秩序。］我因此耐心地阅读了我能找到的所有哲学家的著作，想知道有没有人提出过与各数学学派不同的天球运动的假说。我先是在西塞罗那里发现叙拉古的希西塔斯［公元前5世纪］已经认识到地球在运动。然后我又在普鲁塔克那里发现还有别的人也持相似的观点。为了让所有人都能读到，我想在这里加上普鲁塔克的原话是合适的：
“其他人认为大地是静止的。但毕达哥拉斯派的菲洛劳斯［公元前5世纪］认为地球像太阳和月亮一样，沿着一个倾斜的圆周绕［中心］火运行。旁托斯的赫拉克利德和毕达哥拉斯派的艾克方图斯［公元前4世纪］也认为地球是运动的，但不是直线运动，而是像轴上的车轮，绕着自身的中心自西向东旋转。”
这就启发了我也开始考虑地球的运动；虽然这个观点看上去荒谬，可是既然知道了在我之前已经有人在解释星空现象时可以随意地想象这种圆周运动，我想我更可以尝试一下，是否假定地球有某种运动能比假定天球旋转得到更好的解释。
这样，从假定地球运动出发，经过长期反复的观测我终于发现，如果把其他行星的运动与地球圆周运动联系起来，并按每一行星的轨道比例来计算，不仅会得出各种观测现象，而且所有恒星和天球的次序及亮度，更确切地说是天体本身，都变得浑然一体，以致不能变动任何一部分而不在众星和宇宙中引起混乱。……［在这里哥白尼指出了他的体系与托勒密体系之间最显著的区别。在哥白尼体系中，再也不能保持其他不变而随意收缩或放大任一个行星的轨道了。这是第一次可以通过观测来确定所有行星轨道的顺序和相对尺度，而无须求助于假定空间中填充着的天球。在比较哥白尼体系与托勒密体系时我们将更充分地讨论这个问题。］
我毫不怀疑，有真才实学的数学家们，只要他们愿意按照科学的要求，深入地而不是肤浅地领会并意识到我的立论的依据，就会赞同我的观点。但无论博学者还是无知者都会看到，我不回避任何人的批评。是您，陛下，我选择将我的这些研究成果献给您而不是别人，因为，在我居住的地球一隅之中，由于您的教廷的尊严和对学问与科学的热爱，陛下乃是至高无上的人。尽管谚语有云：暗箭伤人最难防，但您凭着您的影响力和判断力定能轻而易举地制止毁谤者四处乱咬。还有这种事也会发生：对数学一窍不通的无聊的空谈家可能会宣称他们有权对我的工作发表看法，因为《圣经》上的某一节被卑鄙地曲解来迎合他们的目的。不论有谁敢于对我的工作吹毛求疵，我都不在乎。我认为他们的评价是轻率的，我完全不予理会。我非常清楚，即便拉克坦修在其他方面是颇有名望的作家，但也绝不是一个数学家，他在谈论大地的形状时表现得非常孩子气，甚至奚落那些认为大地是球形的人。因此，我的支持者们如果看到类似的人嘲笑我，不必吃惊。
数学方面的内容是为数学家而写的。如果我没弄错，他们会认为我的努力多少会为以您为首的教会作出贡献。因为不久前，在利奥十世治下，就修正教历的问题在拉特兰宗法大会上进行了讨论。最终未能决定，仅仅因为年月的长度和日月的运动尚未充分精确地测定。在曾经掌管历法事务的辛普罗尼亚大主教保罗这位杰出人物的建议下，我从那时起开始思考对日月的更精确的观测。我想让博学的数学家，更想请陛下您来评判我获得的成果。为了不使您觉得我要夸大本书的作用，现在我就开始叙述正文。
“数学方面的内容是为数学家而写的。”这是《天球运行论》中首要的不相称之处。尽管绝少有哪个方面的西方思想未受到哥白尼工作的影响，但他的工作本身只具有很窄的技术性和专业性的意义。哥白尼只是在数理行星天文学中而不是在宇宙论或哲学中发现了异常，并且促使他推动地球的只是对数理天文学的改革。假如他的同代人追随他，他们就得学会看懂他关于行星位置的复杂的数学论证，还要把这些深奥的论证看得比他们首先获得的感官证据更重要。哥白尼革命本质上不是在计算行星位置的数学技巧方面的一场革命，但它的起点就是如此。在认识到需要新技巧和发展新技巧方面，哥白尼为这场以自己的名字命名的革命做出了唯一的原创性贡献。
哥白尼并不是第一个提出地动说的人，他也没有宣称是自己重新发现了这一思想。在他的序言中，他引述了许多曾提出大地在运动的古代权威著作。在一份早期手稿中哥白尼甚至提到了阿里斯塔克，此人的日心宇宙模型与哥白尼的极为相像。尽管按照文艺复兴时期的惯例，哥白尼没有提及跟他更接近的一些相信地球在运动或者可能运动的前辈，但他一定知道他们的某些工作。例如，他可能不了解奥瑞斯姆的贡献，但他或许至少听说过那篇非常著名的论文，15世纪的红衣主教库萨的尼古拉在这篇论文里根据无边界的新柏拉图宇宙中的世界多重性推导出了地球的运动。地动从来不是一个大众化的观念，但是到了16世纪不能说没有先例了。前无古人的只是哥白尼在地球运动基础上建立的数学体系。地动说能够解决现存的天文学问题，甚至解决各类科学问题，认识到这一点的，除去阿里斯塔克这个可能的例外，哥白尼可称第一人。即使算上阿里斯塔克，哥白尼也是第一个详细地解释地动的各种天文学后果的人。哥白尼与他的先驱们不同之处就在于他的数学工作，也正是部分地因为他的数学工作，一场前人未能发动的革命爆发了。
