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哥白尼:革天文學(xué)的命,我是無心的

2023-10-20 15:35:28小白村
科學(xué)大眾(中學(xué)) 2023年10期
關(guān)鍵詞:日心說天球托勒密

小白村

日心說最吸引人的,是按照各個行星公轉(zhuǎn)周期,給出它們與太陽距離的確定順序:水、金、地、火、木、土。而在托勒密的地心說體系里,由于水星、金星與太陽繞黃道運(yùn)動的平均周期相同,無法確定此三者誰離地球更近。哥白尼的體系看上去更加簡單、對稱、清晰。

1521 年,麥哲倫環(huán)游世界的時(shí)候,比他大8 歲的哥白尼正在波羅的海邊和友人通信,討論日心說。

一些書上說:從前人們相信太陽圍著地球轉(zhuǎn),而哥白尼顛倒了兩者的角色,掀起了近代科學(xué)革命。這個描述過分簡單。實(shí)際上,中世紀(jì)沒那么落后,哥白尼也沒那么革命。

研究的初心是占星

與其說哥白尼是顛覆者,不如說他是建設(shè)者,小心謹(jǐn)慎地為中世紀(jì)天文學(xué)添磚加瓦。

1473 年,哥白尼出生于波蘭。哥白尼的父親很早就戰(zhàn)死了,哥白尼是由舅舅養(yǎng)大的,他的舅舅是一位有文化、有手腕的主教,也是波蘭國王的密友。在舅舅的關(guān)照下,哥白尼衣食無憂,還拿了教會法的博士,同時(shí)研究天文、醫(yī)學(xué)、古典文獻(xiàn),通曉多國語言。畢業(yè)后,哥白尼任職家鄉(xiāng)教會,給舅舅當(dāng)秘書,后來又干過醫(yī)生、翻譯、執(zhí)政官、外交官,還研究貨幣(他所在的教會金庫發(fā)行貨幣),創(chuàng)立了貨幣量化理論,第一個提出了“劣幣驅(qū)逐良幣”的觀點(diǎn)。

哥白尼時(shí)代的天文學(xué),是日新月異的。

1490 年前后,新出版的天文學(xué)著作如雨后春筍,其中大部分是占星學(xué)。我們不能把它們簡單理解為迷信,那也是在收集大量材料基礎(chǔ)上的嚴(yán)肅討論。哥白尼正是受到這些著作的吸引,才去研究天文的。

中世紀(jì)的人興奮不安地等待著世界末日,而天體運(yùn)轉(zhuǎn)或許能透露出紛亂世界的走向。1490 年的一幅版畫上,占星學(xué)家和神學(xué)家一邊看經(jīng)書,一邊指著頭頂?shù)奶烨驅(qū)蛹?,探討宇宙奧秘,這反映出調(diào)和《圣經(jīng)》與占星學(xué)是當(dāng)時(shí)知識界的主流。

14 世紀(jì)神學(xué)家皮爾·達(dá)伊的著作也很流行,他研究木星與土星的會合,試圖預(yù)言“基督之?dāng)场背霈F(xiàn)的年代。哥倫布就沉浸在皮爾·達(dá)伊的占星學(xué)預(yù)言中。

哥白尼的傳世著作里沒提到占星,使這一側(cè)面往往被人忽視。但史料顯示,哥白尼對天文學(xué)的研究開始于大學(xué)期間參加占星興趣小組。當(dāng)時(shí)的經(jīng)典——托勒密的《占星四書》,賦予行星不同的次序和特性來影響世人,哥白尼和同好們贊同這一認(rèn)識,只是對行星次序有不一樣的猜想。哥白尼研究的初心,是給占星學(xué)一個堅(jiān)實(shí)的根基。

沒那么革命的學(xué)說

哥白尼的巨著, 原書名為《Derevolutionibus orbium coelestium》,在中國一直被譯成《天體運(yùn)行論》。但是,有人認(rèn)為這是個誤譯,“orbium”一詞并不是我們現(xiàn)在理解的天體,而是“天球”。

天球像一層層透明的玻璃球,星球鑲嵌其上,被天球帶著轉(zhuǎn)動。天球是希臘人傳下來的觀念,所有的中世紀(jì)天文學(xué)家,包括哥白尼,都對此堅(jiān)信不疑。《天體運(yùn)行論》并沒有顛覆誰的世界觀。哥白尼通篇只是假設(shè):如果太陽在中心,天球體系會是如何如何。哥白尼雖然相信日心說,但是他的著作只是為同行們提供了一個好思路。

哥白尼提出的宇宙仍然是球體,因?yàn)樗J(rèn)同亞里士多德說的“球體最完美”。

哥白尼自認(rèn)為最大的貢獻(xiàn)不是日心說,而是反駁托勒密的偏心圓體系,他并沒想著摧毀經(jīng)典的宇宙觀。

哥白尼之所以看不慣托勒密體系,是因?yàn)樗粔蛎?。文藝?fù)興時(shí)期流行新柏拉圖主義,大家期望宇宙應(yīng)該是簡單的、對稱的。而托勒密體系依賴于偏心圓,太隨意了,在哥白尼看來,“明顯違背了均勻運(yùn)動的第一原則”。哥白尼指出:“無法由偏心圓推導(dǎo)出最重要的一點(diǎn),即宇宙的結(jié)構(gòu)及其各個部分是真正對稱的。”

順便一提,雖然哥白尼在駐地建了一個小天文臺,但是不像第谷和伽利略,他志不在觀測。他的創(chuàng)新是數(shù)學(xué)意義上的,有點(diǎn)像是當(dāng)代的弦理論。

日心說最吸引人的,是按照各個行星公轉(zhuǎn)周期,給出它們與太陽距離的確定順序:水、金、地、火、木、土。而托勒密體系里,由于水星、金星與太陽繞黃道運(yùn)動的平均周期相同,無法確定此三者誰離地球更近。哥白尼的體系看上去更加簡單、對稱、清晰。

哥白尼宇宙學(xué)名噪一時(shí)

生命最后幾年,哥白尼才同意出版《天體運(yùn)行論》。據(jù)說,當(dāng)剛印出來的書送到哥白尼床前時(shí),他就從昏迷中醒來,撫摸著書頁去世,那是1543 年。

有人說,哥白尼的謹(jǐn)慎是怕教會打壓。但也有人認(rèn)為,哥白尼是怕理據(jù)不充分,招來同行惡評。畢竟,哥白尼的理論像托勒密一樣不完美,也回答不了“地球既然運(yùn)動,為什么蘋果還能落在正下方”的問題。

不過,哥白尼細(xì)致的工作仍被當(dāng)時(shí)的人重視和稱贊。他死后第8 年,基于其成果的《普魯士星歷表》出版,迅速被天文學(xué)家和占星家采納。

哥白尼像是在雪山頂上扔雪球,本無心搗亂,卻導(dǎo)致了雪崩。因?yàn)楹髞碚呦氲剑ň拖癖粺赖牟剪斨Z主張的):太陽是眾多恒星之一,地球是眾多行星之一,人類也不是宇宙中唯一的靈長。這對于傳統(tǒng)的心靈可就過于刺激了。

哥白尼的天文學(xué)一直局限于小圈子。直到伽利略發(fā)表的望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)震撼了歐洲,有力支持了哥白尼的日心說,哥白尼才走入學(xué)術(shù)界的視野。一時(shí)間,法國皇后在窗口裝上望遠(yuǎn)鏡,英國大學(xué)生討論“月球是否宜居”,酒館里傳播著這些新鮮事。僅5 年后,傳教士就把伽利略的發(fā)現(xiàn)介紹到了中國。

擁護(hù)哥白尼的學(xué)者們形成的哥白尼學(xué)派名噪一時(shí),甚至可能被寫進(jìn)了莎士比亞戲劇。有研究者認(rèn)為,《哈姆雷特》就在隱喻哥白尼學(xué)派的崛起。

當(dāng)哈姆雷特說“我可以被束縛在果殼里,并認(rèn)為自己是無限空間的國王”,那是在對比天球之殼的舊模型與無限宇宙的新模型。哈姆雷特可能是暗喻當(dāng)時(shí)英國的哥白尼派天文學(xué)家托馬斯·迪格斯,他十分激進(jìn),認(rèn)為天球不存在,宇宙是無限的。

劇中國王和兩個臥底反角的名字,則象征了舊學(xué)說一派——克勞迪烏斯是天文學(xué)家托勒密的名字,羅森克蘭茨和吉爾登斯特恩則是丹麥天文學(xué)家第谷的兩個祖先。他們最終都被哈姆雷特干掉了。

當(dāng)哈姆雷特告訴國王想回維滕貝格(當(dāng)時(shí)的哥白尼學(xué)派中心)學(xué)習(xí)時(shí),國王說:“這可就與我們的愿望悖逆(retrograde)了?!边@個詞意為“行星逆行”。

或許以上都是捕風(fēng)捉影。但莎士比亞的另一部戲劇《辛白林》的最后一幕中,主角在監(jiān)牢里夢見4 個鬼魂繞著床轉(zhuǎn)圈,此時(shí)朱庇特(也就是木星)從雷電中騎鷹下降,眾鬼魂跪伏。這瑰麗又怪誕的一幕,讓人無法不聯(lián)想到:在《辛白林》寫成的同一年,伽利略的小冊子《星際信使》傳遍歐洲,描述了4 個以前未知的木星衛(wèi)星。

無論如何,莎劇中頻繁出現(xiàn)的新概念:真空、虛無、無限、新世界……應(yīng)該間接來自倫敦人感興趣的哥白尼宇宙學(xué)熱潮。

(責(zé)任編輯:吳宇)

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