古代最後一位天文學家

來自靜雅思聽 00:00 13:58 ↑點擊收聽↑ 著/蘇珊·懷斯·鮑爾 播/小新

關於宇宙的另一種解釋，該解釋有更縝密的數學計算的支持，但除此之外就沒有其他證據了。

我常想，是否還能為天體運行軌道的分布找到一個更合理的解釋。

　　——尼古拉·哥白尼（NicolausCopernicus），

　　《短論》（Commentariolus，1514年）

尼古拉·哥白尼對偏心等距點心懷疑問。

1491年，當時18歲的哥白尼還是克拉科夫大學（UniversityofCracow）的一名學生，那時他第一次讀到《〈天文學大成〉摘要》。

從一開始，他就對那些複雜而笨拙的軌道提出了質疑。整個托勒密模型是在亞里士多德物理學——重物質和輕物質的屬性，以及前者向宇宙中心墜落的傾向——的基礎上構建起來的，但是托勒密模型違背了亞里士多德的另一條核心原則，即天體總是在做圓周運動。

偏心等距點和本輪二者都是名義上維持了星球的圓周軌道，事實上卻都扭曲了軌道；只有眯著眼看，且必須使勁眯著眼看，托勒密的軌道才是圓形的。

並且，每個星球都有其運動軌跡和特有法則。

哥白尼後來寫道，就像一位藝術家想畫一個人，但是他分別依照不同的模特畫出了雙手、雙腳、頭以及身體其他部位，每一部分都畫得很好，但是無法組成一個完美的人體……最終的作品與其說是個人，不如說是個怪物。

困擾著他的並不是托勒密體系的不準確，而是其粗糙的本質。

接下來的15年，哥白尼一邊學習《天文學大成》，一邊獨自進行觀測。

就讀克拉科夫大學5年後，他開始記錄畢宿五（Aldebaran）上出現的食。

又3年之後，他按照順序詳細記載了土星和月球的每一次相合。他在羅馬講授數學，自學了希臘語，並一直進行天象觀測。

到1514年，他構建了一條更為細緻的理論。他以簡潔易讀的形式將該理論寫了下來，刪掉了其中所有的數學運算，並在朋友之間傳閱。

這份通俗的理論構想《短論》（Commentariolus）開篇承認托勒密系統總體上很好，能解釋天體運動；哥白尼的主要目標是要擺脫該系統要求的數學運算。

儘管托勒密及其他大多數天文學家的天體理論與大量的數據一致……

但仍存在較大的問題，即除非構想出相應的偏心等距點，否則這些理論是不成立的……

我常想，是否還能為天體運行軌道的分布找到一個更合理的解釋；根據該軌道分布，可推導出每一個均差，且其中的一切都會環繞各自中心點做一致運動。這也是絕對運動定律所規定的。

在我著手設法解決這一極其困難、幾乎不可解決的問題很長一段時間後，我才知道，如果我能做一些假設（或稱之為公理），那麼我就可以通過比之前更少、更簡單的運算來解決這個問題了。

這些假設非常簡單：「一切天體都以太陽為中心旋轉，因此太陽是宇宙的中心。」

地球只是「月球圓周」的中心，並且這一中心並不是固定不動的。相反，它圍繞太陽在軌道上快速運轉（就像其他的星球一樣），它運轉速度驚人，這樣才能在一年內完成一次環繞。

除此之外，地球「每天圍繞著其固定不變的地極做整周的自轉」。地球的這一旋轉事實上（給我們造成了）太陽在運動、其他行星在逆行（的錯覺）。

哥白尼的結論說：「地球運動本身……就足以解釋天體中如此多的明顯的不均等。」

1800年前，阿里斯塔克曾提出日心宇宙觀，並說地球不停地運轉；阿基米德在《數沙者》思維實驗中利用了這一模型。

但這一觀點從未獲得太多的關注。但是與先前希臘的日心說思想家們相比，哥白尼的優勢在於：他可以獲得幾個世紀以來的觀測數據。

托勒密體系從未達到過百分百的精確，其預測與現實之間總有一點兒延誤和差異。隨著數據積累，時間流逝，這一延誤也愈加明顯。

正如托馬斯·庫恩（Thomas Kuhn）所指出的，行星環繞均輪和本輪所做的圓周運動就像鐘錶指針的運動一樣，每年都慢一秒鐘，可能10年甚至100年後，鐘錶看似還是準的；但是1000年之後，誤差就會變得明顯了。

換言之，對《天文學大成》提出挑戰的時機已經到了；隨後的25年，哥白尼繼續研究《短論》中提出的想法，補上了數學運算，使該書成為一本完整的手冊。

這是一本精心撰寫的反《天文學大成》之作，其篇幅和複雜性都與備受推崇的《天文學大成》相匹敵，形式也類似。

這本書就是《天體運行論》（On the Revolutions of the Heavenly Spheres），是一部數學傑作。

如此前的希臘天文學家一樣，哥白尼決心要「拯救現象」——進行一系列計算，使其與數據相吻合。

不同之處在於：哥白尼認為星球是圍繞太陽而非地球運轉的。他成功地做到了這一點，並且沒有用到托勒密的偏心圓旋轉。

正如他唯一的、私下教授的學生雷蒂庫斯（Rheticus）所言，哥白尼把天文學從偏心等距點（的束縛中）「解放出來」。

但是《天體運行論》這本書，即便是其定本也仍有大量值得商榷的問題。

一方面，為了能完全拯救天體現象，與信奉托勒密體系的天文學家相比，哥白尼不得不引入更多彼此相連、不斷旋轉的天體；他撇開了偏心等距點，但沒有脫離天體中的那個極其精細的傳動裝置。

另一方面，他所堅稱的地球一邊自轉一邊以極快的速度在太空運行的這一說法，明顯與普通人的經驗不符。

顯而易見的是，大家都知道，人向上跳起後會落回原地；當一個人跳起在空中時，地球不會從他腳下「嗖」的一下移開。

16世紀的物理學根本無法解釋這一現實情景，更合理的做法似乎就是相信地球就如我們所看到的那樣——完全靜止。

此外，日心說理論似乎與《聖經·約書亞記》第十章第12—13節的詮釋相矛盾，《聖經》中這一段說，太陽和月亮都是「靜止」的，並不是環繞地球不停地運動的。

其實，這其中的神學問題實際上不如科學問題更棘手，但是二者結合在一起，就會對哥白尼的新模型產生很大的懷疑。

人們普遍對此產生懷疑，事實上，當1543年《天體運行論》首次出版印刷時，書中附加了一篇匿名導言，導言解釋道，日心說模型只是一種計算的工具，是另一種拯救天體現象的數學方法。

「這些假設不必是真的，甚至不必有可能是真的。」導言向謹慎的讀者坦言，「相反，如果這些假說能提供一個與觀察結果相吻合的計演算法，這就夠了……提出這些假說，並不是要試圖說服每個人相信它們是正確的，而只是為計算提供一個可靠的基礎。」