望遠鏡發明前的天文學

　　前不久，世界最大的天文望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡（英文簡稱fast）在貴州省平塘縣克度鎮大窩凼村正式落成啟用。這隻「天眼」是具有我國自主知識產權、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，將主要用於實現巡視宇宙中的中性氫、觀測脈衝星等科學目標和空間飛行器測量與通信等應用目標。

　　望遠鏡的發明為我們掀開了洞察宇宙大舞台的幕布。但望遠鏡出現之前，祖先們憑藉著肉眼和豐富的想像力進行的思索，總讓我們心生敬畏。

發源於古希臘

　　如果說今天的科學乃至天文學，區別於其他文化，這些差別就發源於古希臘。天文學提供給我們的不僅是數據、方法、技術，更是一種思維路徑，一種講人與世界相互連接的總習慣。這個地中海邊的古老民族，最偉大之處在於，他們異想天開地發明了一個概念，這個概念在其後的幾千年的人類歷史上，從未在別的民族的文化中出現過。這個概念就是「自然」。

　　中國古代也提出了自然的概念，道家說「人法地，地法天，天法道，道法自然」，這裡的自然與古希臘的自然概念很不一樣。我們今天說自然，指的是包括動物、植物、大氣、水、土地在內的一個生態系統，俗稱大自然。古希臘人提出的自然概念，其深層次的內涵，指的是抽象的事物本質。古希臘人認為什麼才是自然呢？事物內部隱含著的內在的本質原因才是自然，抽象的，脫離事物本來面容的特質才是自然。

　　拋開哲學和科學史不談，通俗地說，古希臘人心中的自然，就是本質。古希臘語言中這個詞與後來的「物理學」是一回事。在古希臘人心中，這樣的東西是規律，是原因，是自然。

　　後來，古希臘人談論的知識內容逐漸地固定下來，系統化地發展成七門基本學科：文法、修辭、邏輯、算術、幾何、天文、音樂。前三門是為了讓人在辯論和演講的時候有更好的口才，後面四門更多的是在養成人的道德。音樂的本質是數量的和諧，天文的本質是天地觀測，幾何的本質是空間關係，算術的本質不是計算數字，而是領悟萬事萬物都有客觀的規律表達。

　　古希臘先後誕生了多個著名的學派。畢達哥拉斯學派，最早認識到地球是圓的。柏拉圖學派，提倡討論要從實際問題出發，堅持用數理邏輯指導精神世界。柏拉圖學派集大成地提出了天文學的統一觀念：我們生活在地球上，地球之外，籠罩著一個天球，地球位於中心。更多的細節和修飾都圍繞著地球和天球展開，這就是著名的「兩球模型」。

　　古希臘人相信，距離地球最近的月亮是區分天上和人間的界限。月亮以下的空間是人間，有四種基本元素構成，沉重，不穩定，混亂，多變。月亮以上的空間，是天界。所有的天體，不會橫衝直撞。它們各自安放在所屬的水晶天球上做著機械運動：旋轉。

　　沒過多久，細心的人們發現了這個體系的害群之馬。第一，有幾顆行星（舉例來說是行星）總不按照規律運動，時不時地會停著不動甚至逆行幾天。第二，四季的分布並不均勻。要解釋這些問題，無非兩種選擇。要麼，放棄天界完美的信仰，接受上述的不完美；要麼，堅持天界完美永恆不變，但必須給出充分的解釋。古希臘人選擇了後者，這項工作並不容易，從古希臘人開始，延綿一千多年的這項天文學史上最重大的工作，史稱「拯救現象」。

　　古希臘晚期的天文學集大成者托勒密，在拯救現象的工作上成果顯著。托勒密自己的工作加上他對前人工作的總結，寫成了巨著《天文學大成》。他的成就千年來都沒人能突破。托勒密創造性提出本輪+均輪的辦法解決了拯救現象的大課題。火星並不是直接圍繞地球轉的。火星圍繞一個中心轉，這個中心再圍繞著地球轉。火星自己圍繞中心旋轉的小球就是本輪，整個本輪帶著火星一起圍繞地球運動的天球就是均輪。其他行星類似，通過增加本輪，可以獲得與實際觀測完全一致的水晶球模型。這一切都依賴托勒密高深的數學技巧和驚人的想像力。一整套宇宙體系就此誕生，而且經得起觀測的檢驗。

　　古希臘天文學，與其他學科一道，成為今天科學的奠基石。它們或許有著不成熟的思維模式，卻造就了今日科學的內在性格。將科學，視作對本質規律的探尋，視作個人之外的存在，視作高尚的情懷。

阿拉伯的翻譯家

　　可惜的是，古希臘滅亡後，其燦爛文化沒有得到應有的保護和繼承。繼承了那片土地的羅馬人對這些形而上的內容興趣不大，羅馬人更喜歡鑽研築城、灌溉、行軍、武器這樣實用的知識，對天球怎麼運轉缺乏熱情。在基督教興起的初期，殘存的古希臘文明的火種更是遭受了沉重打擊。逐漸地，古希臘的知識和精神，在歐洲漸漸消亡。這片土地的繼承者，沒有成為它文明的繼承者。

　　真正的繼承者，恰恰是和後世的歐洲敵對著的阿拉伯民族。阿拉伯民族對天文學知識的興趣遠遠超過了中世紀早期的歐洲。阿拉伯在統治者哈里發的授意和資助下，建立起了可以跟古希臘的亞歷山大圖書館媲美的智慧宮。智慧宮早期位於敘利亞，後來移師巴格達，成為阿拉伯世界的知識中心，在很長一段時間裡，也是世界的知識中心。智慧宮下設翻譯局、科學院、圖書館，科學院下設天文台。翻譯局，是專門用來翻譯各國書籍資料的國際學術機構。希臘語、拉丁語、波斯語、敘利亞語、梵語、漢語……都被集中在此的各國學者研究、翻譯，轉變為阿拉伯語。所涉獵的主題相當廣泛，天文學、地理學、醫學、數學、化學、歷史、宗教、政治、軍事等等門類。世界各地匯聚的學者就在這裡翻譯整理書籍文獻，豐富阿拉伯語的知識體系。科學院聚集最知名的學者進行科學研究，邀請其他宗派的學者前來演講，並鼓勵交流和辯論。大圖書館，就像亞歷山大圖書館一樣，收集整理文獻資料，在哈里發的資助下修復、分類、保管。並鼓勵阿拉伯本土學者著書立說。

　　哈里發馬蒙曾經發布聖諭鼓勵人們將其他地方的書籍帶回阿拉伯來，凡是哈里發過去不曾有過的書，都可以換取同等重量的黃金作為獎勵。簡單的舉措，包容的學術空氣，讓阿拉伯帝國很快就成了世界文明的中心。巴格達聚集了各種古籍、學者、財富。

　　智慧宮裡堆滿了世界各地收集來的書籍，大量的古希臘珍本保管於此，大量古希臘的智慧被翻譯成阿拉伯語流傳下來。

　　阿拉伯的年輕人被鼓勵不分門第、出身投身於智慧宮的大師門下。起初，學徒的身份需要做很多雜務。之後可以根據個人的修為跟隨大師學習本學派的知識。出徒之日會收穫到一張特質的證書作為證明。學有餘力的年輕人還可以博覽眾家之長。因此，阿拉伯的智慧宮不僅是大翻譯運動的主場，也是嚴肅的高等教育機構。

　　位於今天烏茲別克的撒馬爾罕天文台建成了40米的六分儀，成為世界之最。比魯尼對月球運動的研究，伊本·沙提爾對水星軌道的推論，都使阿拉伯成為當時天文學的研究中心，不停地發布著最佳的成果。其中圖西發現的多個圓運動的疊加可以成為直線運動，極大地刺激了後世的「拯救現象」課題的推進。

　　阿拉伯人出於信仰的需要，專門研製了方便旅行者攜帶和使用的速查星表，可以讓外出的人很容易地知道自己所處的位置和需要朝拜的方向、時間。對代數學、平面三角學、球面幾何學的掌握，對定時和定位技術的精益求精，發展了這一時期的天文學，這些對細節的追求和不厭其煩地實驗的精神，成為後來的實驗天體物理學的古代奠基。

歐洲的曙光

　　阿拉伯世界與中世紀的歐洲，有兩處陸地上的銜接。東邊是持續圍困後終於在1453年易主的拜占庭。西邊是對西班牙的拉鋸一樣的爭奪。大部分珍貴的古希臘文獻，通過拜占庭進入阿拉伯腹地。經過大翻譯運動的整理和發揚，這些知識在阿拉伯佔據的地區傳播，一直傳達到伊比利亞半島。就在基督教雙王（西班牙的阿拉貢國王和卡斯蒂利亞女王）和北非摩爾人（阿拉伯的一支）交戰正酣的時候，越來越多的西班牙人注意到阿拉伯人攜帶的書本中的智慧。

　　西班牙中部的古城托萊多光復之後，西班牙人迅速組織了對一大批阿拉伯語文獻的翻譯工作，這一次，是從阿拉伯語翻譯為拉丁語，其中包括著名的《阿方索星表》。托萊多古城才剛剛光復沒多久，翻譯工作就急忙開展了。托萊多翻譯學院就設在托萊多大教堂里。被殘酷鎮壓了的阿拉伯人必須放棄就有的伊斯蘭信仰，轉而臣服於天主教的權威之下。而阿拉伯人書寫的傳奇，被很好地珍視了。

　　得到了來自阿拉伯的新近翻譯為拉丁語的學術著作，歐洲人很興奮。其中有大量亞里士多德和柏拉圖等人的古希臘學說，也有阿拉伯學者的獨創性研究。阿拉伯人早早地就引進了印度和中國人發明的數字表達法，命名為阿拉伯數字。而這個時候的歐洲還在使用羅馬數字用來計數和運算。羅馬數字用於複雜的科學計算是災難性的，其複雜程度會讓熟練的學者望而生畏，而且極容易出錯。暫時沒有引入阿拉伯數字的歐洲，對著新翻譯來的著作，猶如童子見真經，似乎認識，又似乎不認識，似乎看得懂，又似乎看不懂。更有甚者，翻譯者學藝不精，無法深刻理解阿拉伯語的精髓，將大量的科學術語直接音譯，讓讀者無從讀起。

　　不懂要怎麼辦呢？面對浩瀚的新世界，充滿智慧的大案牘啊，歐洲的新一代年輕人看不懂了，他們選擇了怎樣的方式來面對未來呢？

　　他們以自己所在的城市為基礎，組織起了集體學習和討論的俱樂部。他們找來新近流行的書籍，通常是大家感興趣的主題，或雅典法律，或天文學基礎，或人類歷史，再聘請懂得阿拉伯語師傅來協助。各地都開展了大大小小的學習俱樂部，它們以小組的形式分散在歐洲各地，沒有固定的房產，也可能沒有固定的活動時間，卻有著固定的討論主題，和探尋未知智慧的勇氣。

　　這些由年輕人集結起來研讀阿拉伯著作，聘請師傅協助，利用業餘時間的集體學習小組，就是現代大學的雛形。托勒密的《天文學大成》是這些小組廣泛選擇研習的書目。12世紀中葉到13世紀初的短短几十年間，歐洲各地相繼創建了多所大學。1150年的博洛尼亞專攻《查士丁尼法典》，1160年成立的巴黎大學擅長亞里士多德哲學，1200年前後的牛津和劍橋各自發展自己的學問，1222年成立的帕多瓦大學在幾百年後繼續扮演科學史上的重要角色……雖然大學們會漸漸地與基督教會發生關係，不可避免地涉及越來越多的神學內容，但創立之初的學習小組和大學，成為歐洲大地上燎原的星星之火。它們分散、渺小，卻赤誠、勇敢，慢慢點燃了周圍的世界，最終照亮了人類的未來。這是年輕人讀書俱樂部的遺澤，這是珍貴的火種，這就是人類文明史上最偉大的發明。

　　就這樣，經過阿拉伯的轉手，歐洲文明間接地接續上了自己的遙遠祖先——古希臘。遺忘了亞里士多德的歐洲人，找回了自己的遠古智慧。這給歐洲帶來了新的空氣和自信。

新天文學大幕拉開

　　「拯救現象」的宏大課題，從阿拉伯手中再次交到歐洲。這一次接過重任披掛上陣的，是和其他年輕人一樣在大學裡研習科學與神學的哥白尼。

　　哥白尼的著作在國內有多種版本，《天體運行論》是它們共同的名字。很可惜的是，這個名字以訛傳訛地一直錯著。2014年商務印書館出版了張卜天翻譯的最新版本，終於將書名糾正過來，《天球運行論》才是哥白尼原著的真名。從「天體」到「天球」，一字之差，這麼嚴重嗎？是的，非常嚴重。這個錯誤導致了我們長期以來沒能客觀理性地認識哥白尼其人和他的天文學貢獻，導致我們一直在神化哥白尼和他的著作。

　　古希臘人提出了水晶天球的概念，後世沒有打破。在哥白尼的年代，沒有人能理解太陽和月亮是怎麼憑空懸浮在空中的。所有的星球，都需要一個水晶的天球支撐。天文學家研究的是水晶天球的運動，而不是獨立的天體，天體只能鑲嵌在水晶天球上被動跟隨天球的運轉。簡而言之，哥白尼和他同時代的天文學家，根本沒有人知道「天體」是什麼東西。

　　1543年的歐洲是一個亂世，各國之間、基督教的各個派別之間正處在劍拔弩張的氣氛里，大戰一觸即發。70歲的尼古拉·哥白尼在生命的最後一天，還有快遞送來一個包裹。從德國紐倫堡，到波蘭弗龍堡，直線距離800公里，快遞送來的重要包裹是哥白尼的著作《天球運行論》的扉頁。哥白尼並沒有意識到，他手裡握著的這一頁紙，可能會成為天文學歷史上最重要的一頁紙。但在當時，無論紐倫堡還是弗龍堡，上至教皇下到普通民眾，1543年的世界上的每一個人都沒有覺得這一天有什麼了不起。

　　那麼，哥白尼究竟是什麼人呢？

　　小哥白尼10歲的時候，父親就去世了。哥白尼母親家裡是當地的貴族，他從小就被舅舅撫養長大。舅舅把哥白尼送進最好的大學讀書，舅舅負擔哥白尼的全部開銷，舅舅讓哥白尼學習宗教法學和醫學，舅舅還給大學畢業後的哥白尼安排了工作，接替自己的職位，做了一名基督教的教士。

　　哥白尼先後在波蘭、義大利等多個地方上學，最終獲得了宗教法學博士學位。回到家鄉的哥白尼，聽從舅舅的安排，從基層教會做起，一步一步成長為地區教堂的教士。中國古代也有類似的情況，每個村子裡都有土地廟，每個社區里都有一些小的祠堂、寺廟的之類的設施。宗教的神職人員，除了傳播宗教以外，也要兼職很多地區的世俗事務。比如小鎮上誰家生病了，都來找哥白尼，因為哥白尼學過醫學。誰家要做生意，都來諮詢哥白尼，因為哥白尼研究過經濟學。誰要出遠門，也來找哥白尼，因為哥白尼出過遠門。生了孩子要找哥白尼洗禮，人死了要找哥白尼安葬，結婚要找哥白尼主持，小鎮里的事，就是哥白尼的事。哥白尼用我們今天的話來說，基本上是居委會大媽的身份在研究天文學。這可能是歷史上最著名的居委會大媽。當然，居委會大媽也是基層行政人員。在中世紀的歐洲大陸，底層的民眾的生活處在溫飽和飢餓的邊緣，識文斷字者少之又少。教士掌握著文化，也就掌握著管理民眾生活的權威。

　　哥白尼中年之後開始寫作的《天球運行論》，吸取了大量來自阿拉伯的智慧。哥白尼站在古希臘文明的基石上，沉醉於水晶天球的和諧美。他不能容忍水晶天球以外的過於複雜的設計，那有悖於月亮之上的簡單天界。托勒密為了讓理論符合觀測數據，硬生生地使用了對點的設計，並且讓多層天球相互嵌套，每顆行星要用多個本輪和均輪協調描述。這在哥白尼看來，太複雜了！當然，對別的天文學家來說，同樣意味著複雜，所以多少年來都沒人挑戰托勒密的理論。直到哥白尼，這位可能是當時數學水平最高的人，堅持認為不該用這麼複雜的方式解釋世界。

　　因此，出於審美的要求，哥白尼首先對「對點」痛下殺手。必須摒棄對點！世界的中心必須是一個實實在在的存在，偏心的設計太不古希臘了。收到阿拉伯一些學者和可能來自古代印度的思想的啟發，哥白尼大膽地嘗試將太陽放置在世界的中心位置上，其他行星依次排列在太陽周圍，組成一圈又一圈完美的同心圓，每一層天球都進行以太陽為中心的圓周運動。

　　這樣的方案，哥白尼在六卷本的《天球運行論》的開篇就明確地提出了。但誠實如哥白尼，作為天文學家，異想天開不符合他的身份。哥白尼必須解決的問題是，他的新方案，能否滿足實際的天文觀測現象呢？他需要用其他幾卷書解決這樣的問題。

　　我們不妨做一些智力上的想像。托勒密假設了極其複雜的方案，才讓行星的運動符合觀測結果。而哥白尼放棄了對點，用異常簡單的方案來表明宇宙秩序，這一方案能符合觀測嗎？很遺憾，與觀測數據（即來自托萊多的《阿方索星表》）的比較表明，哥白尼的簡潔版方案非常糟糕。

　　要如何拯救自己的方案？或是如何放棄自己的方案呢？哥白尼做了一個妥協。他願意繼續嘗試太陽位於宇宙中央的情形，甘願在其他行星的運動上增加本輪和均輪的擴充。哥白尼本人沒有進行過天文觀測，他以《阿方索星表》為目標，一個一個本輪、均輪增加上去，最終出版的《天球運行論》一共採用了48個本輪。這個數字不僅超過了哥白尼自己的預期，也超過了托勒密的版本（40個左右）。這真是非常尷尬的結果。為了簡潔而進行改變的嘗試，結果卻得到了更複雜的體系。出於這個原因，再加上哥白尼本人性格上過於保守，所以他本人始終不願意把書稿公開發表。先後有過幾撥人來勸說哥白尼抓緊整理、出版書稿，哥白尼始終無動於衷。

　　我們如果要對比哥白尼和托勒密的兩個宇宙體系，不難發現，哥白尼體系略輸一籌。兩者都可以符合觀測數據，複雜程度差不多，但哥白尼體系失之直觀。沒有人見過大地帶著人們飛奔的場景，卻有太多人知道太陽和群星一起東升西落。

　　當然，我們必須讚頌哥白尼的偉大貢獻，至少因為以下四個原因：哥白尼傑出的數學功力；哥白尼對科學事實孜孜不倦並誠實表達自己成果的不足之處；哥白尼勇敢地開闢了全新的討論角度；哥白尼追求古人崇尚的簡單和諧的自然體系。

　　哥白尼體系和《天球運行論》沒有作者本人的支持，只能靠內容本身在世界上孤軍奮戰。它顯而易見地迎來了鋪天蓋地的反駁。但所有的論戰都只限於大學校園的學術討論範圍內，很長一段時間裡，哥白尼的理論都算不上需要敏感對待的歪理。形成這樣的局面，不得不提到此書的責任編輯，奧西安德爾神父。

　　第一個仔細審閱《天球運行論》全文每一個字和每一張圖表的專家，就是奧西安德爾。為了出版的嚴謹，哥白尼和他的門徒雷蒂庫斯聘請了奧西安德爾作為此書的校對專家，在紐倫堡跟蹤出版進度，負責審核排版的問題。

　　作為路德教的神學家和教士，作為雷蒂庫斯的朋友，他受命監督新書的印刷，必須一絲不苟。所以他仔細閱讀了幾乎全部的章節。他發現，這樣的思想，雖然算不上有多麼可怕，但畢竟與傳統相反，很可能被別有用心的分子利用而打擊。哥白尼遠在弗龍堡，地位不高；支持哥白尼的雷蒂庫斯此刻自身難保，還沒找到飯碗。自己的大老闆路德，恐怕也靠不住。雖然路德並沒有點名批評哥白尼，但誰都知道，路德新教的宗旨就是回歸《聖經》的原文本身。而如果過分執著於《聖經》原文，恐怕對哥白尼來說不是一個特別好的消息。羅馬教會倒是沒啥意見，不過他們的影響力也越來越有限了。

　　於是，奧西安德爾做出了一個過於大膽的行動。他竟然擅自撰寫了一篇序言，放到全書的最前面，並且沒有署上自己的名字。讀者自然地認為這是出自全書作者哥白尼之口的教導。

　　奧西安德爾在序言里說：「各位讀者注意，天文學的目的是什麼呢？是觀察現象，然後用數學技巧給出假設，而真相是不可能被充分地了解清楚的。這本書給出了很好的假設。所以請讀者注意，這個理論本身，只是一個數學上的假設，並不是宇宙的真實。」

　　得知情況的雷蒂庫斯，和後來發掘了真相的開普勒，都不能忍受這樣的膽大妄為。憤怒中的開普勒，在自己的新書《新天文學》里激烈批評奧西安德爾的大膽行徑。好事不出門，壞事傳千里。這一下子，事情敗露了。開普勒身後，越來越多的人知道了《天球運行論》的偽作序言的事，都知道了奧西安德爾的行為。

　　從此，奧西安德爾似乎被科學界釘到了恥辱柱上，每次說到這段往事的時候，奧西安德爾都成為阻礙天文學發展和進步的反面案例。從此，開普勒成了正義的代言人。從此，哥白尼以一個被欺負了和玷污了的作者的形象存在於世。從此，教會必須重新反思是不是對日心說太包容了。

　　今天，這段往事值得我們反思。究竟是誰在保護和推廣哥白尼的學說？又是誰把哥白尼的理論推到了危險的地步？如果奧西安德爾要阻撓新書出版，只需要破壞出版進程即可。哥白尼已亡，奧西安德爾可以操作的餘地太大了，或焚毀手稿，或篡改章句，或延誤工期，或在紛繁的數據中揉沙子，讓巨著的力量大打折扣。可是奧西安德爾沒有這樣，他反倒是精益求精地完成了編輯工作。這是為什麼？如果沒有他的那篇大膽的序言，《天球運行論》能輕易問世嗎？即使問世，能輕易出售併流傳在學術界嗎？《天球運行論》有可能一出生就遭到反對和查禁，開普勒都沒有機會能讀到。

　　如果不是開普勒的吐槽和挖掘「真相」，也就不會引發輿論嘩然，也就不會催生教會謹慎對待這一理論。如果不是開普勒的聰明，《天球運行論》也許可以繼續地、靜靜地在世界上流傳，影響更多人的視野。

　　其實，奧西安德爾、雷蒂庫斯、開普勒都是最具智慧的精英。大學裡那些鑽研數學和天文學的教授們很快就能弄懂事實。他們心知肚明，假設也罷，真理也罷，我們相信它可以更好地運用，我們追求它所提倡的簡潔的自然之美……而教會呢，並不關心大學裡的天文學家的細枝末節的旁徵博引，只要沒人試圖推翻教皇的統治。這其實是一種心照不宣的默契。中世紀的大學，和中世紀的教會，在很多方面都有這種默契。

　　那麼，是誰在保護哥白尼，又是誰在製造障礙呢？也許，對歷史，對人的解讀，不是那麼簡單的線性的事。

　　（本報記者陳鵬編輯整理）