《天球运行论》:翻天覆地
我们认识到太阳位于宇宙的中心。正如人们所说,只要“睁开双眼,正视事实”,行星依次运行的规律以及整个宇宙的和谐,都使我们能够阐明这一切事实。

东欧国家波兰,历史上曾出现过好几位有世界性影响的人物,比如居里夫人、肖邦,但这两位著名人物对世界历史的影响,和哥白尼相比,又只能是小巫见大巫了。

公元1543年,即将去世的天主教徒哥白尼,出版了他的天文学专著《天球运行论》。正是在这部著作里,哥白尼颠覆了当时欧洲天文学中盛行的托勒密地心体系,将太阳放在宇宙中心,让地球环绕太阳运转。

哥白尼

哥白尼本人是天主教会的教士,他本人或许永远也想不到,这部著作在他去世数十年后,会在欧洲引发一场激烈论战,这场争论远远超出天文学的范畴,扩大到科学与神学的交锋、权力和学术的对垒,布鲁诺因此惨死,伽利略惨遭囚禁,哥白尼终身效力的天主教会的权威和影响,也在这场争论中受到巨大冲击。如在恩格斯看来,哥白尼的著作不仅仅是在天文学中颠倒了天地,还把现实世界搅了个天翻地覆,开启了现代科学的大门。

今天的人们都知道,地球和其他行星都是沿着椭圆轨道,环绕太阳运行。但从上古时期开始,世界各地的人们,几乎不约而同地认为地球是宇宙的中心。即便有个别古希腊哲人提出过不同意见,甚至提出过太阳是宇宙的中心,但都没有产生多大影响。

毕竟,日月星辰东升西落,脚下的大地岿然不动,很难让人不觉得地球就是一切的中心。

公元2世纪的托勒密,结合古希腊人天体运动必须是匀速圆周运动的哲学观念,运用精巧的几何技巧,构建了一个地球中心说的理论体系。

在这个体系里,地球是静止不动的,位于宇宙的中心,太阳、月亮和五颗行星以及恒星都镶嵌在层层天球上环绕地球运行。整个天球每天自东向西环绕地球一周,日月五星,又在各自的天球层中,自西向东环绕地球运行。

当然,日月五星在天空中的运行是时快时慢的。为此,托勒密假设它们在一个小圆“本轮”上运行,而本轮的中心则在均轮上环绕地球运行。通过调整本轮、均轮的比例,并在几何学上做出一些精巧的设计,托勒密的体系可以在当时的观测精度下,很好地解释和预测天体的运行。

在近2000年前,这当然也是了不起的成就。但睿智的哥白尼,看出了问题的关键,“造物主特别注意避免造出任何多余无用的东西” :地球如果在自转,那天球就不用每天带着日月五星、众多的恒星绕地一周;地球如果是绕着太阳运行,那行星的运行解释起来也变得更加简单,而且在理论上也更加一致和和谐。

在这个基础之上,他在六卷本的《天球运行论》中构建了新的宇宙体系,详细介绍了计算日月五星位置的新模型和方法。

1543年《天球运行论》初版

几十年后,哥白尼学说在欧洲引发了激烈的论战。坚持地心说的天主教会一度将《天球运行论》列为禁书,日心说的一些支持者如伽利略则遭受残酷镇压。但是,日心说毕竟比地心说更加符合物理现实,同时在理论上更加优美、和谐。当德国天文学家开普勒发现行星是沿椭圆轨道绕太阳运行后,哥白尼体系的弱点得到了修补,绽放出强大的生命力。

开普勒、伽利略、牛顿在哥白尼的基础上,一步步构建了近代科学的大厦。随着天文观测水平的提高,一系列新发现更加证实了哥白尼日心体系的正确性。今天的人们都知道,太阳其实也不是宇宙的中心,但后来的天文学成就,恐怕都无法和哥白尼《天球运行论》中提出的新学说相比。

毕竟,哥白尼的翻天覆地,启发了人们向浩瀚的宇宙一步步扩展自己的视野,而曾经似乎牢不可撼的旧思想,则再也回不来了。

日心说示意图

需要指出的是,现代研究已经证明,由于哥白尼并没有认识到椭圆轨道,而且仍然拘泥于古希腊人匀速圆周运动的观念,他的日心说,在当时的天文学计算中,其实并没有胜过托勒密太多,而且当时的天文学水平,还不能从观测中证明日心说是否符合现实世界。但这一学说的意义,正如托马斯·库恩在《科学革命的结构》中所说的那样,是“范式”(paradigm)的转变,是思维方式的转变。

同样需要指出的是,哥白尼的这部巨著,早年中文翻译为《天体运行论》。近年新出的译本,如张卜天的译本,将其改为《天球运行论》。从其拉丁文原名De revolutionibus orbium coelestium的原意来说,其中的orbium coelestium并不是现在人观念中的天体,在哥白尼那个时代,指的是天文学家们假想的带动天体运行的透明“天球”,哥白尼本人在其著作中也是这样理解的。

【名家评论】

哥白尼的这个伟大的成就,不仅铺平了通向近代天文学的道路,而且也帮助人们在宇宙观上引起了决定性的变革,一旦认识到地球不是世界中心,而只是较小的行星之一,以人类为中心的妄想也就站不住脚了。

——(美)爱因斯坦

【扩展阅读】

1、(意)伽利略著,周熙良译《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》,北京大学出版社,2006

2、(美)托马斯·库恩著,吴国盛等译《哥白尼革命》,北京大学出版社,2003

阅读数 1.7万