一、哥白尼敲响“地心说”的丧钟 

公元1500年左右的欧洲,文艺复兴运动和地理大发现,极大地解放了人们的思想。展现在人们面前的,一方面是古希腊和古罗马哲学和艺术的辉煌;另一方面是新大陆的发现和环球航行的成功,让欧洲人大开眼界,大长见识。尼古拉·哥白尼于1473319日出生在波兰维斯杜拉河畔的托伦城一个商人家庭。当时的波兰是欧洲强国,势力覆盖现在的德国、立陶宛、俄罗斯和乌克兰。十岁他父亲去世,是靠舅父抚养大的。哥白尼的舅父学识渊博、思想开朗,在他的影响下哥白尼从小酷爱自然科学知识。

1491年,哥白尼进入克拉科夫大学学医,这所大学是当时欧洲的学术中心。在这所以天文学和数学著称于欧洲的高等学府,哥白尼对天文学产生了浓厚兴趣。之后,他又在波仑亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学,通过学位考试后,获得博士学位。哥白尼在意大利著名天文学家诺瓦腊(14531504)指导下学习天文学,其间,他和诺瓦腊经常一起观察天体,共同参加有关天文学的讨论。诺瓦腊曾批评托勒密体系太繁锁,不符合数学的和谐,这对哥白尼后来天文研究产生极大的影响。那时的波兰和意大利的大学深受文艺复兴的影响。革新派和保守派的斗争十分激烈,两派学生在大街的辩论经常演化为格斗,这强烈地影响着哥白尼的思想。哥白尼在谈到建立日心说的过程时曾说,最初也是以托勒密的地心说体系为基础来修订天文学的,但他认为在托勒密体系太繁琐,希望能找出一个比托勒密体系简单的解释,为此他攻读了大量古希腊原著。哥白尼说,“我不辞辛苦地重读了我所能得到的哲学著作,看看在各天球运动方面有没有跟数学派不同的假说,结果,在西塞罗的著作中发现了海西塔斯逼真地描写过地球的运动,后来又在普鲁塔尔赫的著作中看到了还有别的人也赞成与之类似的见解…这就启发了我也开始考虑地球的运动。”

哥白尼的学说不仅把托勒密的学说推翻了,而且,还在更重要的方面影响了人们的思想和世界观。作为一个牧师,哥白尼并没有把精力完全放在宗教职位上,而是更多倾注于天文学的研究和观测方面,他用教堂城垣的箭楼建立了一个小小天文观测台,自制了一些仪器,有四分仪、三角仪、等离仪等,进行了观测和计算,三十年如一日,终于完成了他的天体运行学说,写成划时代的科学著作《天体运行论》。值得特别提出的是,哥白尼观测计算得到的数值精确度是惊人的,例如,他得到恒星年时间为3656小时940秒,比现在的精确度约多30秒,误差是百万分之一;他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的60.30倍,同现代值的60.27倍相比,误差只有万分之五。事实上,测量的数值越是准确和精确,就越容易发现内在的规律,哥白尼的信心就毫无疑问地建立在可靠的事实基础上。

哥白尼在《天体运行论》中明确宣布,地球不是宇宙的中心。它和别的星球一样,是一种一边自转一边公转的普通行星,天球由远到近顺序如下:“最远的是恒星天球,包罗一切,本身是不动的,它是其它天体运动必须的参考背景…在行星中土星的位置最远,三十年转一周,其次是木星,十二年转一周,然后是火星,两年一周,第四是一年转一周的地球和同它在一起的月亮,金星居第五位,九个月转一周,第六为水星,八十天转一周,中心就是太阳…细心观测的人将注意到,为什么木星的顺行和逆行比土星长,而比火星短,但金星的顺行、逆行都比水星短,为什么土星的这种摆动比木星频繁,但火星、金星却没有水星频繁,为什么土星、木星和火星在冲日的时候比隐沉在太阳之中的离地更近…这些现象,都是由于地球转动造成的。哥白尼指出,托勒密体系之所以繁琐,乃在于他把地球的三转运动(自转、公转和地轴的回转)都强加给每一个天体,这样,每个天体都加了三个圈,因而使宇宙体系人为地复杂化了,哥白尼把当时的托勒密体系中的80个圈减少为34个圈。《天体运行论》全书共六卷。第一卷主要论述了日心地动说的基本思想,第二卷论证天体运动的基本规律,第三卷至第六卷根据宇宙观测结果,用数学方法分别讨论了地球、月亮、内行星和外行星的运行规律。

哥白尼在天文学方面进行的伟大变革,从方法论上看,它的实质是什么呢?哥白尼在谈到自己的构思时曾经说过:“这种想法(指地动说)看起来似乎荒唐,但是前人既然可以随意想象用周围运动来解释星际现象,那么我更可以尝试一切,是否可以假定地球有某种运动能比假定天球旋转更好的解释。”哥白尼充分运用了这种想象的自由之后,他又将当时所有的观测资料进行了核对,在没有出现矛盾之后,他才把太阳中心说作为理论定下来。可见,他的创造道路包括了论证旧学说,作出另一种新的体系的假设,以及用观测取得材料检验新的理论体系等步骤,这些正是现代物理学研究中的方法论要素。

在哥白尼所处的时代,托勒密的“地心说”在欧洲占统治地位,中世纪的教会把地心说加以神化,用它来作为上帝存在的依据,哥白尼正确地指出:托勒密由于没有区别现象和本象,而将假象视为真实,由于感觉不到地球的自转以致只感觉到太阳自东方升起而在西方下落,这正像人们坐在大船上行驶时,往往感觉不到船在动,而只见到岸上的东西在往后移一样,同样,太阳绕地球转是假象,地球自转并绕太阳运动才是真实,这段叙述是多么恰当生动。

哥白尼学说的诞生,在自然科学史上具有深远的意义。诗人哥德也说:“哥白尼地动学说撼动了人类意识之深,自古无一种创建,无一种发明,可与之相比…自古以来没有这样天翻地覆地把人类意识颠倒过来。因为若是地球不是宇宙的中心,那么无数古人相信的事物成为一场空了。谁还相信伊甸园的乐园,赞美的颂歌,宗教的故事呢?”

的确,对于西方信奉上帝的人来说,哥白尼的学说是灾难性的打击。

哥白尼创立“日心地动说”,表现出非凡的才能和胆识,从而也受到了迫害。当一些人听说哥白尼在观测天象检验“地心说”的真伪,便惶恐不安,像要他们的命一样。他们利用宗教干扰并命令哥白尼终止他的天体研究,并称之为邪教徒。哥白尼经过几次被迫害后,表面上向基督教服从,但私底下仍然进行研究,并说:“天体的运行丝毫也不会因为这些笨蛋的嘲弄或尊敬而受到影响。”

由于害怕天主教教会的迫害,哥白尼在1506年—1512年就已写成《天体运行论》初稿,但直到1543年临死前才战战兢兢地出版。他不急于出版,不仅怕危及自己的生命,而且怕危及自己的学说。自1512年到1540年间,他三次修改了初稿后才正式定稿。1543524日,哥白尼在临死前,终于接到了刚印好的《天体运行论》。为了欺骗教会,该书的前言还说,书中表达的全部思想纯属猜测,只是一种数学练习,而不是对真实世界的描写。在全书的最前面,哥白尼还表示,把此书“献给最神圣的教主——保罗三世教皇陛下”。

哥白尼的伟大贡献,使整个人类重新思考自己的地位,地球的地位。地球由中心地位而变为与其它行星一样的普通星体,而人类这个万物之灵也只不过是生物的一种。把人类从自高自大的思想框框中解放出来,摧动了甚至启动了近代科学的发展。哥白尼的天文学不但把经院派纳入自己体系内的托勒密学说摧毁了,而且还在更重要的方面影响了人们的思想与世界观信仰。