发信人: eigolomoh(异调)
整理人: yanboguang(2002-07-19 23:31:56), 站内信件
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第二章 哥白尼学说的革命
神学与科学的第一次交锋，在某种意义上也是最引人注目的交锋，是在天文学上的
分歧，亦即究竟是地球还是太阳处于我们现在所说的太阳系中心。正统的托勒密(Ptolemy)
理论认为：地球处于宇宙的中心并且是不动的，而太阳、月亮、行星以及其它星体
则围绕着地球沿着各自的圆形轨道运转。哥白尼(Copernicus)的新理论则认为，地
球不是不动的，而是作着两种周期运动：每天一个周期的自转和每年一个周期的绕
太阳的公转。
在十六世纪，哥白尼理论被认为是一种全新的理论，但事实上它是为具有天文学才
能的希腊人首先发明的。毕达哥拉斯学派极力推崇这种理论，并将其归功于他们学
派的创始人毕达哥拉斯(Pythagoras)，尽管没有史实表明是毕达哥拉斯发明的这种
理论。生活在公元前三世纪撒莫斯(Samos)的阿里斯塔求斯(Aristarchus)是人们所
知道的第一个教授地动论的人，他在许多方面都堪称一个杰出的人。阿里斯塔求斯
发明了一种在理论上可行的，测量月亮和太阳相对距离的方法，但是由于观测的误
差，他的测量结果与实际相差甚远。象加利略(Galileo)一样，他也被加上了亵渎神
灵的罪名，并受到斯托葛斯克里斯(Stoic Cleanthes)的谴责。但在他所生活的年代，
顽固派对政府并没有很大的影响，因此这种谴责也未对他造成任何伤害。
掌握了高超的几何技巧的古希腊人，通常可以对许多事情进行科学的论证，他们知
道月食的原因，而且从地球在月亮上阴影的形状推断出地球是球形的。继阿里斯塔
求斯之后，埃柔图斯坦(Eratosthenes)发现了估算地球大小的方法。但是由于希腊
人当时还不具备最基本的动力学知识，所以那些接受了毕达哥拉斯派地动说原理的
人，没能对他们的观点提供进一步的有力的论证。大约在公元前130年，托勒密推翻
了阿里斯塔求斯的观点，重新确立了地球处于宇宙中心的特殊地位，直到中世纪，
他的观点没有受到任何怀疑。
日心说常被称为哥白尼(1473-1543)理论，尽管他并非这个理论的真正发现者。在结
束了克拉考(Cracow)大学的学业后，年青的哥白尼先去了意大利，并于1500年在罗
马担任数学教授，三年后他又回到波兰，在那里受聘负责货币改革并参加抵抗日耳
曼骑士的战斗。在1507至1530的二十三年中，他的业余时间全部用在撰写他的巨著
《天体运行论》上，在他去世的前一年出版。
尽管哥白尼理论自身并不完善，但它卓有成效的想象为后来的发展提供了空间。我
们现在知道，行星是沿着椭圆形而不是圆形轨道围绕太阳运行，太阳也不是处于轨
道的中心，而是处在椭圆的一个焦点上。哥白尼理论坚持行星的轨道必须是圆的，
认为太阳不处于任何轨道中心的假设不合常理。与托勒密理论相比，哥白尼理论的
最大优点是它的简洁，而其缺点也是它的过于简洁，若不是开卜勒(Kepler)对它的
修正，后来牛顿(Newton)不可能在其基础上发展成更普遍的理论。在当时复古主义
盛行的意大利，哥白尼了解到阿里斯塔求斯曾教授过他的日心论，这给了他出版新
理论的勇气，但是由于担心教会的非难，他还是推迟了他的理论的发表时间。作为
一个牧师，哥白尼献题他的著作给教皇，出版商奥森德(Osiander)也在书的序言中
声称(这个序言可能并没有征得哥白尼本人的同意)：地动理论只是作为一种假设，
而不是作为一个可坚信的真理而公诸于世。相当一段时间，这种策略起到了足够的
保护作用，直到后来加利略的公开挑战，才引起官方对哥白尼的追讨。
一开始，新教对哥白尼的攻击竟胜过天主教对他的攻击。路德(Luther)就说：“人
们竟然相信一个自命不凡的星象家在试图显示，是地球而不是天体、天空、太阳和
月亮在运动。任何试图夸耀自己聪明的人总是要设法发明一种新的体系，并显示只
有他的体系才是所有体系中最好的一个。这个傻瓜妄想推翻整个天文科学，想告诉
我们在神圣的圣经中耶和华命令太阳、而不是地球固定不动。”麦兰史弘(Melanchthon)
对哥白尼的攻击也是同样强硬。开尔文(Calvin)在引用了圣经中(诗篇93篇第一节)的：
“世界就坚定，不得动摇 ”一句之后，得意洋洋的宣称：“有谁胆敢把哥白尼加在
圣灵的权威之上？”甚至直到十八世纪，威斯莱(Wesley)还在宣称哥白尼的天文学
理论是“趋向亵渎神灵的”，尽管口气已不再那么强硬。
在某种意义上讲，我认为威斯莱说的是对的。强调人的重要性是旧约和新约教义的
核心部分，上帝创造世界的目的主要是为了人类。如果人不是上帝创造的最重要的
生灵，显圣与赎罪的教义就显得不那么合理。尽管哥白尼的天文学并没有证明我们
人类不象我们自己以为的那么重要，但是把我们居住的星球从主宰宇宙的中心位置
拉下来，很容易引起对我们自身主宰地位的怀疑。当我们相信太阳、月亮、行星和
其它天体每天围绕地球转一周时，我们很容易以为它们是为我们而存在的，造物主
对我们有着特殊的关照。但是当哥白尼和他的继承者昭示世人，是我们在转动，而
星体根本不在意我们地球的存在与否时；当我们认识到地球比某些其它的行星要小、
而它们比起太阳还要小得多时；当计算结果和望远镜观测揭示了太阳系、银河系以
及无数其它星系的惊人巨大时；我们越来越感到困惑：如果人类真象传统的神学所
说的那样在宇宙中地位显赫，那么为什么要居住在地球这样一个遥远、狭小的避难
所？如果只从地球的大小考虑，大概我们不是宇宙的目的，但是一种挥之不去的自
尊也似乎在驱使我们悄悄地说：如果我们不是宇宙的目的，那么宇宙可能根本就没
有目的。我并不是说这种见解具有逻辑上的说服力，虽然它最初在哥百尼理论闹得
一时沸沸洋洋时是如此，我这里只是说在这种新理论的刺激下，非常可能在某些人
的头脑中产生这种印象。因此毫不奇怪的，基督教会、新教以及天主教等等都对这
个新的天文学理论持有敌意，并且寻找原因把它打成异端邪说。
天文学的下一个重大进展是由开卜勒(1571-1630)完成的，尽管他的观点和加利略是
一致的，但是他却从来没有卷入与教会的冲突。相反天主教当局基于他科学上的卓
越成就，反而原谅了他的新教立场。当开卜勒所任教的古拉茨(Gratz)镇由新教转手
为天主教所控制后，新教派教师被全部罢免，但是已经出逃的他后来却在耶稣会的
帮助下得到重新聘任。他继承了泰乔巴赫(Tycho Brahe)成为鲁道夫(Rudolph)二世
皇帝的“帝国数学家”，并且接手了泰乔巴赫的珍贵天文学资料。除了作为一个天
文学家之外，他还是一个星象家，而且是一个很虔诚的星象家，他的官方职位名义
上享有很高的薪奉，但是却一分钱也未曾支付给他，如果不是他作为星象家的收入，
他可能连饭钱都没有。他为皇帝以及其他显赫
人物绘制星象天宫图，并收取佣金。他开诚布公的解释说：“一如赋予所有动物以
谋生手段，大自然也把星象家当作附属和同盟赏赐给天文学家。”绘制星象天宫图
不是他唯一的生活来源，他娶了一个继承了遗产的女子为妻。尽管他常常抱怨贫穷，
但是在他死后人们发现他实际上很富有。
开卜勒的智慧具有非比寻常的特色，对太阳神的崇拜与理性探索在他接受哥百尼假
说中起了同样重要的作用。他在发现他的三个定律的研究中，一直受一个古怪的假
设所指引，那就是他相信五种正面体一定与水星、金星、火星、木星和土星这五个
行星有某种联系。这是一个在科学史上并非罕见的情况的典型事例：有些重要并且
被证明是正确的理论，当最初被它们的创立者提出时，往往是基于一些杂乱无章、
甚至荒谬的考量。假设是科学探索中的关键一步，但是并没有指导如何迈出这一步
的简便的方法，因此设想一个正确的假设并非易事。所以任何有条理的计划，都会
有利于新假设的提出，如果探索者对他的假设坚信不移，便能耐心地对各种新的可
能性探索下去，尽管某些可能性会在探索中逐步被抛弃。对于开卜勒就是这样的。
他最终的成功，特别是第三定律的发现，就在于他难以置信的耐心，而这种耐心却
是源于他的直觉信仰：与正面体对应的东西一定可以提供某种线索，行星本身通过
它们的转动也应该产生某种“天堂的音乐”，而这种音乐只有太阳之魂才听得到，
因为他坚定地相信太阳是某种神灵的躯体。
开卜勒第一和第二定律是在1609年发表的，而第三定律则在1619年才发表。就太阳
系作为一个整体观点，开卜勒三定律中的第一个最重要，它表明行星围绕着太阳以
椭圆轨道运转，而太阳位于椭圆的一个焦点。(椭圆可以这样画：将两个大头针分开
大约一寸的距离插在一张纸上，把一根大约两寸长的线的两端固定在两个大头针上。
用一只笔撑紧线移动所画出来的曲线就是一个椭圆，两个大头针的位置就是两个焦
点。这表明椭圆上的任何一点与两个焦点距离之和是一个常量。)起初古希腊人曾猜
想所有的天体一定是沿着圆周运动，因为圆是最完美的曲线。当后来他们发现这个
假设不好用时，他们便接受了行星作“周转圆”运动的观点。“周转园”是围绕一
个作圆周运动的点作圆周运动的轨迹。(画周转圆的方法是：把一个大轮放在地上，
再拿一个边上固定着钉子的小轮，使小轮沿着大轮的周边滚动时钉子在地上的轨迹
就是周转圆。如果地球沿着圆周围绕太阳转，而月亮又沿着圆周围绕地球转，月亮
就是沿着周转圆围绕太阳转。)尽管希腊人当时对日蚀、月蚀有很丰富的知识，并且
认真的研究了它们的数学特性，但是由于先入的审美观念主宰着他们的思索，使他
们排斥一切最对称的假设之外的任何东西，他们从来没有设想过任何圆或者复合圆
以外的运动。经院学者继承了希腊人的偏见，开卜勒则是第一个在这方面敢于向他
们挑战的人。审美引起的偏见和道德、神学引起的偏见同样可以造成误导，仅仅在
这一点上开卜勒就堪称一个头等重要的创新者。在科学史上他的三个定律也享有崇
高的地位，因为它们后来被牛顿的引力定律所证实。
与引力定律不同，开卜勒定律是纯粹描述性的，它们没有提供任何导致行星运动的
根源，只是给出了从观测结果总结出来的最简单的公式。描述的简洁性是日心论唯
一优越于地心论的地方，天体的每天一周绕地球的转动完全是地球自转的表现。对
于十七世纪的天文学家，地球自转以及行星围绕太阳转“似乎”不只是寻求简洁而
做的假设，而是“真实的”，这种观点因牛顿的工作而得以强化。但是事实上，由
于一切运动都是相对的，地球围绕太阳转与太阳围绕地球转这两种假设并无分别，
二者只是描述同一现像的不同方法而已，就好像说A和B结婚或者说B和A结婚这两种
说法对一个婚姻的描述一样。但是当我们进行细致研究时，开卜勒描述的巨大简洁
性就变得非常重要了，没有一个神智正常的人会利用地球不动的假设而使自己陷入
复杂的困境。我们通常说一辆火车向艾丁堡(Edinburgh)行驶，而不说艾丁堡向火车
开来。当然如果我们说艾丁堡向火车开来也没犯理性思维上的错误，但是我们必须
想象铁路两侧所有的城镇和田野也同时突然冲向南方，并且这种运动还要推展到地
球上除火车之外的所有物体。这在逻辑上是可能的，但是在实际上却陷入了不必要
的复杂。托勒密的星体环绕地球周日运动的假说并没有理性思维的错误，但却是随
意的和盲目的。由于没有意识到运动的相对性，对于开卜勒、加利略以及他们的对
手来说，他们所争论的就不只是描述方法的简洁与否，而是客观真理性。这个误解
对当时天文学的发展似乎是一种必要的刺激素，因为如果没有哥白尼假说带来的简
洁方法，主宰天体运动的规律将永远不会被发现。
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