
在仅凭肉眼观测星空的时代,哥白尼为何会提出与实际感官完全不符的“日心说”理论?
人类对星空的仰望和惊异与生俱来,自神话时代起,宇宙的图像便与文明一同成长。尤其是文艺复兴时期,人类在探索自然秩序的过程中,将世界的中心从地球移到太阳,物理概念、宏大观念和研究方法在一个全新的世界观中被重塑。
黑暗的中世纪,天主教以神的名义,将与神学冲突的学说付之一炬,科学和哲学俨然成了神学的婢女。虽然文艺复兴伊始,很多思想先驱以各式各样的艺术形式抨击黑暗,但直面神权的还数自然科学。因为自然科学相对于艺术最大的优势在于讲究证据,而证据一旦被人们掌握,便会以星火燎原之势摧枯拉朽。

高枕无忧的天主教会肯定不会想到吵醒他们的居然是一位虔诚的天主教徒,尽管这位教徒的初衷并非想冒犯上帝,他不过是为了寻找一个简单而又可行的真理。
这位教徒名叫尼古拉·哥白尼,出生于波兰的一个富裕家庭。长大后的哥白尼成了一名非常出色的医生,搞天文只是他的业余爱好,但谁知一不小心就在这条业余的道路上越走越远。

自从托勒密《天文学大成》中的观点成了人们的思维习惯之后,在1300多年里,人类在天文学方面几乎没有任何突破性的进展。托勒密认为,地球是宇宙这个有限球体的中心且静止不动,恒星镶嵌在天空这个巨型球体上。从地球往外有11个等距天层,月球和其它已观测到的行星位于不同的天层,并围绕地球在不同的圆形轨道上匀速运动。
然而,各行星的实际运动并不总是匀速的,它们与理论预测的位置经常存在不小的偏差。为了解决这个问题,托勒密定义了本轮、均轮的概念,把行星运动的周期分解为不同的层次。经过这种复杂的数学处理,托勒密的模型在一定程度上解释了行星运动的观测结果。
不幸的是,托勒密的理论被教会利用,被妖魔化成了支持“神创论”的科学依据。以至于即使这种本轮和均轮的数学模型非常复杂且在很多情况下和观测结果不一致,但天主教会禁止一切对“地心说”的怀疑。在这种情况下,托勒密的理论成了欧洲天文界发展的拦路石。

随着人们对天体观测手段的不断提高,“地心说”已愈发不能解释天文现象了。哥白尼发现,在完整的一年时间里,如果在不同的时间和地点观察行星,则行星运动的情况有所不同。这使他产生怀疑,地球有可能不是行星运动的中心。
此外,在长达20年的观测中,他还发现,唯独太阳的周年变化不明显,这意味着太阳和地球之间的距离是基本恒定的。于是,他大胆猜测:太阳是宇宙的中心,而地球是绕着太阳运动的。
哥白尼的“日心说”有着重要的意义:即如果所有行星都是绕着太阳运动的,那么托勒密所建立的那些本轮模型就可以抛弃了,这大大简化了行星运动的模型,是“奥卡姆剃刀原则”(如无必要,勿增实体原理)在科学上的一次早期应用。

通过精密的观测和数学推导,哥白尼又在其著作《天体运行论》中重新描述了地球的三种运动:一是在地轴上的周日自转运动;二是环绕太阳的周年运动;三是地轴的回转运动。
同时,他进一步提出:地球并不是宇宙的中心,而只是月球轨道的中心;所有天体都绕太阳运转,地球到太阳的距离同天穹的高度之比微不足道;在天空中看到的天体运动,是地球的自转和公转运动引起的。

当然,和所有大破大立的科学理论一样,“日心说”并非一开始就得到了人们的认同。这主要来自两个方面的原因:
一是由于宗教势力在“地心说”理论上的顽固坚持以及对持异见者的迫害,人们不敢公开讨论“日心说”。这种宗教势力影响之大,以至于哥白尼生前甚至都不敢发表自己的著作。直到他病逝的那一年(1543年),才最终由其学生出版了该著作。
二是哥白尼认为地球和其他行星的运行轨道是圆的,这与实际观测得到的结果仍然存在偏差,导致其理论长时间都没能被人们广泛接受。
但无论如何,《天体运行论》的出版对中世纪后期人们的思想是一次极为强烈的震撼。“日心说”动摇了教会长久以来秉持的宇宙观根本,从此之后,“根据事实观测去怀疑和提出理论”成了科学界标准的工作方法。因此,“日心说”的提出被认为是科学革命的开端。

在哥白尼之后,丹麦天文学家第谷·布拉赫、意大利物理学家伽利略·伽利雷、德国天文学家约翰尼斯·开普勒继续完善了天体运行理论。
其中,开普勒的行星运动三大定律科学阐述了天体运动的真正规律。在开普勒看来,行星的运动轨道不是正圆,而是椭圆,这解释了哥白尼理论中的一些困惑。
受开普勒理论的启发,牛顿于1687年完成了《自然哲学的数学原理》,通过提出万有引力定律,从物理本质上解释了天体运动的原因和规律,标志着“日心说”的最后胜利。

“日心说”的提出是人类历史上的一件大事,它的意义绝不只局限在天文学方面,更是对压抑人们思想的教会势力提出了有力的挑战。也正因为如此,哥白尼被当作开启人类科学革命的第一人而被永远纪念。
如今,人们对宇宙的认识早已跳出太阳系,甚至越过银河系向更遥远的星系发起挑战。虽然宇宙是否存在一个中心目前尚无定论,但随着时间的推移,宇宙更多的未知将逐一呈现。