呂仕儒，高 海

（山西大同大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，山西大同 037009）

近代自然科學(xué)誕生的標(biāo)志是1543年哥白尼《天體運(yùn)行論》的發(fā)表．《天體運(yùn)行論》把托勒密本末倒置的“地心說(shuō)”重新顛倒了過(guò)來(lái)，指出太陽(yáng)是宇宙的中心，地球只不過(guò)是其中一顆普通的行星．那么，哥白尼對(duì)托勒密“地心說(shuō)”的否定是緣何作出的呢？在理論的建立過(guò)程中，視覺(jué)化經(jīng)驗(yàn)究竟在起著怎樣的作用呢？

1 哥白尼的成長(zhǎng)經(jīng)歷

尼古拉·哥白尼（Nikolaus Copernicus，1473～1543年）是波蘭偉大的天文學(xué)家，近代天文學(xué)理論的奠基人，因“日心說(shuō)”理論的建立而成為近代自然科學(xué)的先驅(qū)．哥白尼10歲喪父，由舅父烏卡什·瓦茲洛德?lián)狃B(yǎng)．他的舅舅烏卡什·瓦茲洛德是一個(gè)知識(shí)淵博、崇尚科學(xué)的人文主義者，對(duì)哥白尼影響很大，是哥白尼的啟蒙者之一．哥白尼從小學(xué)到大學(xué)都是在他舅舅的照顧和安排下完成的．18歲他進(jìn)入克拉科夫大學(xué)讀書(shū)．在克拉科夫大學(xué)，哥白尼得到了當(dāng)時(shí)僑居波蘭的意大利人文主義者、著名革命詩(shī)人卡里馬赫的指導(dǎo)，還得到波蘭著名天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家沃依切赫勃魯澤夫斯基的悉心教誨和栽培．

1496－1503 年，哥白尼從博羅尼亞到意大利帕多瓦．又從帕多瓦轉(zhuǎn)入費(fèi)拉拉，以后又從費(fèi)拉拉重新回到帕多瓦大學(xué)，并一度受聘于羅馬大學(xué)講授天文學(xué)和數(shù)學(xué)．這使得年輕的哥白尼可以盡情地在各大學(xué)府吸取人文主義的精華，領(lǐng)略處于世界文化和學(xué)術(shù)中心的意大利的最高科學(xué)成果，站到了當(dāng)時(shí)人類(lèi)最先進(jìn)的思想精髓和最高學(xué)術(shù)水平這個(gè)“巨人的肩膀上”．從而使哥白尼始終以人文主義思想和追求科學(xué)真理的態(tài)度作為自己的精神動(dòng)力，去開(kāi)拓新的宇宙結(jié)構(gòu)理論體系，改變?nèi)祟?lèi)有史以來(lái)篤信了幾千年的宇宙觀．在博羅尼亞哥白尼有幸結(jié)識(shí)了天文學(xué)家、意大利文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)領(lǐng)導(dǎo)人達(dá)·諾瓦拉（de Novara，1454－1540年）教授．達(dá)·諾瓦拉是一位實(shí)踐的天文學(xué)家，他親自測(cè)量過(guò)南歐一些城市的緯度，發(fā)現(xiàn)這些緯度數(shù)據(jù)與托勒密（Ptolemy，90－168年）理論的差異，他還測(cè)量了黃道的傾角，發(fā)現(xiàn)了黃道傾角變化，這些觀察發(fā)現(xiàn)使他對(duì)托勒密的理論體系發(fā)生了懷疑．他信奉古希臘哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯的主張，認(rèn)為宇宙的法則是通過(guò)簡(jiǎn)單的幾何圖形或數(shù)字間的關(guān)系建立起來(lái)的．這位具有探索獻(xiàn)身精神的對(duì)“地心說(shuō)”大膽懷疑的科學(xué)家，其思想傾向和科學(xué)風(fēng)格給哥白尼以深刻影響．正是在諾瓦拉的引導(dǎo)下，哥白尼學(xué)習(xí)和閱讀了大量古希臘羅馬哲學(xué)著作，從中找到了與占統(tǒng)治地位的“地心說(shuō)”的不同見(jiàn)解，促使哥白尼對(duì)“地心說(shuō)”產(chǎn)生懷疑，啟發(fā)他開(kāi)始探索建立宇宙結(jié)構(gòu)新體系問(wèn)題．建立“日心說(shuō)”科學(xué)體系的因素主要有兩個(gè)：一個(gè)是古人的啟發(fā)；另一個(gè)是視覺(jué)化經(jīng)驗(yàn)的提示．

2 古希臘“日心說(shuō)”對(duì)哥白尼的影響

在閱讀古典的作品當(dāng)中，哥白尼發(fā)現(xiàn)在天文學(xué)史上首先提出太陽(yáng)是宇宙中心的則是約公元前3世紀(jì)生活在希臘塞莫斯島的阿利斯塔克（Aristarchus of Samos，公元前310～公元前250年）．這位古希臘的偉大學(xué)者在他的《論日月的大小和距離》中詳細(xì)記錄了他測(cè)定兩個(gè)天球距離之比的方法．阿利斯塔克經(jīng)過(guò)觀察和計(jì)算得出：太陽(yáng)的直徑是地球直徑的19倍，地球的直徑是月球直徑的3倍，太陽(yáng)的體積是地球體積的200～350倍．當(dāng)然從今天的角度看結(jié)論，無(wú)疑是不準(zhǔn)確的甚至可以說(shuō)是錯(cuò)誤的，但是他的研究方向和原理則是正確的．在這樣的基礎(chǔ)上哥白尼提出：地球不應(yīng)該是宇宙的中心，因?yàn)榈厍虿皇怯钪嬷凶畲蟮奶祗w，而太陽(yáng)才是宇宙的中心，地球和其他行星均在繞著太陽(yáng)作圓周運(yùn)動(dòng)，地球每天繞軸自轉(zhuǎn)一周，每年沿圓周繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一周．恩格斯對(duì)曾經(jīng)這樣評(píng)價(jià)阿利斯塔克的工作：“塞莫斯的阿利斯塔克早在公元前270年就已經(jīng)提出哥白尼的地球和太陽(yáng)理論了．”說(shuō)“他是古代的哥白尼”．阿利斯塔克等人的思想對(duì)哥白尼的影響很大，他說(shuō)：“我不辭辛苦重讀了我所能得到的一切哲學(xué)家的著作……我首先在西塞羅的著作中查到，赫塞塔斯設(shè)想過(guò)地球在運(yùn)動(dòng)．后來(lái)我在普魯塔爾赫的作品中也發(fā)現(xiàn)，還有別的一些人持有這一見(jiàn)解……地球像太陽(yáng)和月亮那樣，沿著傾斜的圓周繞一團(tuán)火旋轉(zhuǎn)……就這樣，從這些資料出發(fā)，我也開(kāi)始考慮地球的可動(dòng)性．”[1]當(dāng)然哥白尼很清楚這些結(jié)論僅僅是古人的一種推斷和猜想，要把它變成真正的科學(xué)理論，還有好多工作要做，要經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的觀察和理論論證．

3 視覺(jué)化經(jīng)驗(yàn)對(duì)哥白尼的啟示

在畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖影響下，哥白尼認(rèn)為上帝是按照完美的圓形和勻速圓周運(yùn)動(dòng)的方式創(chuàng)造世界的，所以當(dāng)他看到托勒密模型用了80多個(gè)本輪和均輪，而且還使用了偏心圓，便認(rèn)為這不符合上帝的意志，所以是不正確的．他說(shuō)：“我看到這些缺點(diǎn)，時(shí)常想，也許能夠找出這些圓形更合理的一種安排，使每一個(gè)出現(xiàn)的差異都可以從它推導(dǎo)出來(lái)，根據(jù)這種安排，每個(gè)天體都繞著它合適的中心均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，正如絕對(duì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律所要求的那樣．”[2]可見(jiàn)，哥白尼從內(nèi)心對(duì)托勒密的理論產(chǎn)生排斥是由托勒密所描繪的這種繁雜和不協(xié)調(diào)的圖景引起的．因此，他認(rèn)為“地球不動(dòng)的看法是沒(méi)有道理的．”當(dāng)然，認(rèn)為托勒密模型不真實(shí)的并非哥白尼一人，甚至連托勒密本人都說(shuō)：“看起來(lái)，推動(dòng)這些行星運(yùn)行似比了解它們的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)還容易些．”當(dāng)然，哥白尼明白僅有懷疑是不夠的，要想建立一個(gè)新的理論是需要進(jìn)一步的論證和探索．

對(duì)于宇宙這個(gè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人的直接經(jīng)驗(yàn)范圍的認(rèn)識(shí)客體，在論證的過(guò)程中包含一些主觀臆斷的成分是在所難免的，即使在今天仍然如此．托勒密從直觀的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)認(rèn)為恒星的東升西落是地球不動(dòng)的最好的證明．哥白尼同樣也是從經(jīng)驗(yàn)出發(fā)對(duì)這種觀點(diǎn)提出質(zhì)疑和否定的．他說(shuō)我們觀察一個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)存在三種情況：一是觀察者不動(dòng)而被觀察者在運(yùn)動(dòng)；二是觀察者在運(yùn)動(dòng)而被觀察者不動(dòng)；三是觀察者與被觀察者都在運(yùn)動(dòng)，只是速度不同而已．譬如第二種情況，正如古羅馬的維爾吉爾所說(shuō)：“我們乘船向前航行，陸地和城市后退了．”[4]他說(shuō)：“無(wú)論觀察對(duì)象運(yùn)動(dòng)，還是觀察者運(yùn)動(dòng)，或者兩者同時(shí)運(yùn)動(dòng)但不一致，都會(huì)使觀察對(duì)象的視位置發(fā)生變化（等速平行運(yùn)動(dòng)是不能互相察覺(jué)的）．要知道，我們是在地球上看天穹的旋轉(zhuǎn)；如果假定是地球在運(yùn)動(dòng)，也會(huì)顯得地外物體作方向相反的運(yùn)動(dòng)．”“這就如水上行船，當(dāng)船平靜地向前漂移時(shí)，外界的一切東西都像是在運(yùn)動(dòng)，而船里的人卻感覺(jué)自己和船上的一切都是靜止不動(dòng)的．”[5]因此，哥白尼說(shuō)：“所以，我認(rèn)為，必須首先仔細(xì)地研究地球在天空中地位，以免舍近求遠(yuǎn)、本末倒置，錯(cuò)誤地把地球運(yùn)動(dòng)造成的現(xiàn)象當(dāng)成天體運(yùn)動(dòng)的結(jié)果．”[6]那么地球在天空中究竟處于什么地位呢？他說(shuō)一方面地球和天空相比，地球是渺小的，而天空則巨大無(wú)比；而另一方面，按照亞里士多德的觀點(diǎn)，穩(wěn)定比變化高貴，而天空又比地球高貴．那么我們有什么理由讓巨大而高貴的天空繞著小小而卑賤的地球旋轉(zhuǎn)呢！從這里我們可以看到哥白尼首先是在視覺(jué)化的經(jīng)驗(yàn)的提示下證明地球的運(yùn)動(dòng)是可能的之后，才回到亞里士多德的觀點(diǎn)當(dāng)中為自己的主張尋求辯護(hù)和支持的．因此，他質(zhì)問(wèn)到：“為什么我們不承認(rèn)看起來(lái)是天穹的周日旋轉(zhuǎn)，實(shí)際上是地球運(yùn)動(dòng)的反映呢？”[4]正是這種視覺(jué)化圖景的提示才使他對(duì)自己的理論充滿(mǎn)信心，從而有勇氣去否定直觀感覺(jué)，進(jìn)而訴諸畢達(dá)哥拉斯主義的理性．

哥白尼的“日心說(shuō)”所描繪的宇宙圖景看上去比托勒密的“地心說(shuō)”簡(jiǎn)潔優(yōu)美得多．用他的話(huà)說(shuō)：“中央就是太陽(yáng)，在這華美的宮殿里，為了能同時(shí)照亮一切，我們還能把這個(gè)發(fā)光體放在更好的位置上面嗎？太陽(yáng)被稱(chēng)為宇宙之燈，宇宙之心，宇宙的主宰，……好象是坐在王位上統(tǒng)率著圍繞它轉(zhuǎn)的行星家族．” 可以看出他對(duì)這種簡(jiǎn)潔對(duì)稱(chēng)的圖景是頗為滿(mǎn)意的．

4 “日心說(shuō)”理論的建立

哥白尼建立起一個(gè)新的宇宙體系，即太陽(yáng)居于宇宙的中心靜止不動(dòng)，而包括地球在內(nèi)的行星都繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的日心體系．離太陽(yáng)最近的是水星，其次是金星、地球、火星、木星和土星．只有月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)．恒星則在離太陽(yáng)很遠(yuǎn)的一個(gè)天球面上靜止不動(dòng)．哥白尼把統(tǒng)率整個(gè)宇宙的支配力量賦予太陽(yáng)，而各個(gè)天體則都有其自然的運(yùn)動(dòng)．哥白尼用了“將近四個(gè)九年的時(shí)間”去測(cè)算、校核、修訂他的學(xué)說(shuō)．1543年，當(dāng)一本印好的《天體運(yùn)行論》送到哥白尼的病榻時(shí)候，哥白尼已到了彌留之際．

《天體運(yùn)行論》出版后很少引起人們的注意．一般人不能了解，而許多天文工作者如奧塞安德?tīng)査f(shuō)的那樣，只把這本書(shū)當(dāng)作編算行星星表的一種方法．《天體運(yùn)行論》在出版后70年間，雖然遭到馬丁·路德（Martin Luther，1483－1546）的斥責(zé)，但未引起羅馬教廷的注意．后來(lái)因?yàn)椴剪斨Z（GiordanoBruno，1548－1600年） 和伽利略（Galileo Galilei，1564－1642年）公開(kāi)宣傳日心地動(dòng)說(shuō)，危及教會(huì)的思想統(tǒng)治，羅馬教廷才開(kāi)始對(duì)這些科學(xué)家加以迫害，并于公元1616年把《天體運(yùn)行論》列為禁書(shū)．然而經(jīng)過(guò)開(kāi)普勒、伽利略、牛頓等人的工作，哥白尼的學(xué)說(shuō)不斷獲得勝利和發(fā)展．恒星光行差、視差的發(fā)現(xiàn)，使地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的學(xué)說(shuō)得到了令人信服的證明．

哥白尼的學(xué)說(shuō)不僅改變了那個(gè)時(shí)代人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，而且動(dòng)搖了歐洲中世紀(jì)宗教神學(xué)的理論基礎(chǔ)．“從此自然科學(xué)便開(kāi)始從神學(xué)中解放出來(lái)”，“科學(xué)的發(fā)展從此便大踏步前進(jìn)”[1]．哥白尼在建立“日心說(shuō)”時(shí)，雖然聲稱(chēng)是由于受古人著作的啟發(fā)而產(chǎn)生的，但我們很容易看到，仍然離不開(kāi)他對(duì)自然現(xiàn)象中的運(yùn)動(dòng)相對(duì)性現(xiàn)象這種視覺(jué)圖景的較深刻的體驗(yàn)和細(xì)心的觀察[7]．

[1]恩格斯.自然辯證法[M].北京:人民出版社,1971.

[2]霍爾頓.物理科學(xué)的概念和理論導(dǎo)論：上冊(cè)[M].北京:人民教育出版社,1982.

[3]波德納爾斯基.古代的地理學(xué)[M].北京:商務(wù)印書(shū)館,2009.

[4]尼古拉·哥白尼.天體運(yùn)行論[M].葉式輝譯.武漢:武漢出版社出版,1992.

[5]徐毅毅.物理學(xué)家看世界[M].上海:上海遠(yuǎn)東出版社,1998.

[6]尼古拉·哥白尼.天體運(yùn)行論[M].啟斌譯.北京:科學(xué)出版社,1973.

[7]呂仕儒,高海.視覺(jué)思維在原子核式模型建立中的表現(xiàn)[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,24(6):94-96.