天文奠基——哥白尼日心說

07-04

在14世紀和以後的幾個世紀內，歐洲無論是在思想文化還是政治上都發生了非常大的變革，並伴隨重大發現的出現。其中有三個最突出，即社會制度上向資本主義過渡；文藝復興運動；新航線和新大陸的發現。

新航線與新大陸的發現，在實踐上有力地證明了大地是球形的理論，豐富了人們的天文和地理知識，但同時也向天文學提出了挑戰。而這些無疑對後來哥白尼創立日心說新思想的醞釀、形成產生了巨大影響。

哥白尼（1473～1543）生活的時代，萌芽於義大利的文藝復興運動的浪潮已經波及到了波蘭。經院哲學派與人文主義派之間鬥爭異常激烈，經常展開激烈的辯論。哥白尼中學時期深受文藝主義者思想的影響，大學時代隨著文藝復興運動的深入發展，在一些具有人文主義思想的老師與同學的幫助下，進一步解放思想，因此對人文思想有了更深刻的認識。由於受教天文課的勃魯澤夫斯基的影響，哥白尼的天文學理論知識日漸豐富，而且在此時培養出了科學的治學方法和求實的科學精神。也正因此，哥白尼決定將自己的畢生精力全部奉獻給天文學事業，並向來自於自然事物方面的教會權威提出了挑戰。

當時，統治天文學界的是托勒密的地心體系。14至15世紀，出於地理探險、遠洋航運的需要，天文觀測的精度得到逐步提高，地心說因此愈來愈明顯地暴露出了破綻，根據地心說推算出來的春分日子竟然比實際多出了10天。而且，地心說的信奉者還不斷增加虛擬中的天球均輪與本輪數目，使地心說體系變得越來越複雜繁瑣。了哥白尼時代，這些行星和恆星運動所必須遵循的「均輪」「本輪」數目竟然多達80個，實在讓人難以相信。

哥白尼帶著這些疑問研讀了古希臘人的哲學與天文學著作。他驚奇地發現，古代哲人不僅有地靜說的主張，也有地動說的主張，甚至還有人，如薩摩斯的亞里斯塔克，提出了日心說的構想。他從畢達哥拉斯的著作里得到了啟示，即應當用簡明的幾何圖像來表示宇宙的結構和天體的運行規律。

哥白尼接著研究了各類行星的運動規律，發現每顆行星都具有3種周期性的運動，這即是一日一次的自轉、一年一次的公轉和相當於歲差的周期運動。若把這些行星運動規律與日心說結合起來，亦即地球也賦予這3種運動，那麼托勒密體系中不必要的複雜性就能因此煙消雲散了。對古典著作的研究和對歷代天文資料的分析，使哥白尼在求學時代就逐步樹立起日心說的信念。

為創立科學的天文學理論，哥白尼首先要探索的問題是大地的形狀，因為這是建立宇宙結構體系的基礎。

哥白尼對古希臘哲學著作進行了研究，發現有很多學者對大地形狀、宇宙形狀進行了長期的探索。特別是畢達哥拉斯學派指出，球形大地懸於空中，並不是靜止不動的，月光是太陽的反射光，這是驚人的創見。此外，亞里士多德也在理論與實踐上論證了大地是球形的。

在此基礎上，哥白尼又進行了大量的天文觀察工作和實際科學考察，而提出大地的形狀是球形，並在不斷地運動著。哥白尼又根據物體運動相對性原理做了進一步的科學解釋。他說：「無論觀測對象運動，還是觀測者運動；或者雙方同時運動，但不一致……如果假定是地球在運動，也會顯得外物體做方向相反的運動。」他又進而指出：「天體的周日運動也是這樣的。人們假定地球不動，天體每天繞地球自東向西轉一周，同時，地球本身繞自己的軸心自西向東晝夜轉個不停。」

哥白尼從理論和實踐上對「地動」作了科學說明之後，又對托勒密等人所鼓吹「天動」而非「地動」的種種奇談怪論做了有力的駁斥。

哥白尼不僅考察論證出「地動」，而且考察證明了地球有兩種運動：一種是「地球自西向東地繞軸晝夜自轉」，一晝夜轉一周。正是由於這種運動，使整個宇宙看起來，像順著「回歸年」即赤道作相反的運動。另一種運動，是地球的公轉，地球帶動了月球同其他行星一起圍繞太陽運動。正是由於地球的這種運動才有了春、夏、秋、冬的四季之分。

這樣，哥白尼經過長時間的研究觀測之後，基本上弄明白了地球運動的問題。把他創立宇宙結構的新體系的研究工作又向前推進了一大步。

接著，哥白尼動手自製了許多觀測儀器，一種是測行星距離的「三弧儀」，一種是測太陽中天時高度的「象限儀」，還有一種是測天體在天空任何處的高度的「三角儀」。

哥白尼堅持幾十年如一日地觀測天象，在這長期觀測中，他進一步認識到，所有行星應當有一個共同旋轉的中心，這個中心不是地球，而是太陽。這些新發現，為他寫作《天體運行論》，探索宇宙結構的新體系，提供了大量的準確而有價值的材料。

1521年後，哥白尼著手《天體運行論》的寫作。這時，他遇到了一個最大的也是最重要的問題：宇宙的中心問題，這是哥白尼宇宙天體結構新體系——日心說的核心與靈魂。而「地心」還是「日心」兩大天文學派、兩種世界觀爭執已久。1543年《天體運行論》出版。

哥白尼決心擺脫那些違背真理的錯誤觀念，去探索追求真理。

對古希臘羅馬哲學有很深研究的哥白尼認為，整個世界是個相互聯繫的統一的整體。自然界的事物是這樣，宇宙天體也應當是這樣。因此，他堅持在攻克宇宙中心問題過程中，從觀測宇宙天體現象入手，而透過現象，抓住本質，努力地探索宇宙天體的規律。

根據他的觀測成果及對此的深入研究，他認為，如果說地球還能有別的運動，那就一定是與其他行星一樣的運動，即圍繞太陽中心的運動。由此，他得出一新結論：「太陽是宇宙的中心。正如人們所說，只要『睜開眼睛』正視事實的話，就會看到星體的合理秩序與宇宙的和諧。」

哥白尼在進行理論研究的同時，通過觀測實地測定了行星的公轉周期，重新安排了太陽系諸天體的排列順序。他指出，太陽系的行星在各自的圓形軌道上繞太陽旋轉，其軌道大致在同一平面上，公轉方向也一致。按照周期與軌道大小或正比的觀點，哥白尼重排了天體由遠及近的順序，即：最遠的恆星天球是其他天體運動和位置的參考背景，行星是土星、木星、火星、地球、金星和水星（當時尚未發現天王星、海王星與其王星）。

就這樣，哥白尼正確地解決了宇宙中心這個最大難題，使宇宙天體結構的新體系——日心說基本確定了起來。哥白尼之偉大是他把地球從宇宙中心地位拉了下來，正確的把它降為一顆普通的行星，證明地球不斷自轉並圍繞太陽運行，從而徹底推翻了托勒密的地心體系，粉碎了上帝創造世界的神話。

《天體運行論》共分6卷，卷一是全書的精髓，對日心地動學做出了全面扼要的論述。

卷二論述地球的3種運動所引起的晝夜交替、四季循回、太陽和黃道十二官的出沒等現象。卷三至卷六則運用豐富的天文觀測數據和精密的數學工具分別研究了太陽、月球、太陽系內行星和外星的運動，並且給出了計算它們的運動、預測它們的位置的數學方法。

《天體運行論》所闡述的日心說要點是：地球不是一個靜止不動的天體，它不在宇宙的中心位置上；地球只是一顆普通的行星，既有自轉，又圍繞中心天體旋轉；太陽處於宇宙的中心，它照亮整個宇宙，並駕馭著周圍的行星。

哥白尼的日心體系與古代的亞里斯塔克日心說相比，從對太陽系一般狀況的籠統認識來說基本相同，但是做為一種科學的認識成果，兩者卻有著原則的區別：亞里斯塔克的日心說原則上只是一種設想，雖有一些觀測資料作基礎，但還是多以自然哲學上的猜測為補充；而哥白尼的日心體系則是在自然科學發展的新階段上，完全以可靠的天文觀測事實為基礎，並且運用了嚴密的數學方法建立起來的體系化的科學理論。

在《天體運行論》這部著作里，可靠的經驗事實、嚴密的數學方法，理論化的知識體系等表現出近代自然科學根本不同於它的古代萌芽的特點。

《天體運行論》的發表是近代科學史上一件劃時代的大事，它把顛倒了1000多年的宇宙觀改正過來，正確描繪了一幅關於太陽系的科學圖景，為近代天文學的建立奠定了堅實的基礎。尤其重要的是，日心體系的公開發表宣告了神學宇宙觀的破產，揭開了自然科學從神學中解放出來的反宗教運動。

衝破層層壓制的太陽中心說，以叛逆教會權威的姿態向世人表明：既然傳統的天文觀不是亘古不變的絕對真理，既然一直被視為神聖不可侵犯的宇宙觀也完全錯誤，那就沒有什麼信條不可懷疑，沒有什麼學說不可以改變。這個界限一旦被打破，思想解放的潮流就會像決堤的洪水滾滾而來。很快，天文學革命大功告成，並由此推動了近代物理、近代醫學的突飛猛進，使整個自然科學面貌煥然一新，踏入了真正的科學時代。

恩格斯在評價哥白尼學說的革命意義時說，哥白尼那本不朽著作的出版是自然科學向宗教權威發出的挑戰書，是自然科學藉以宣布獨立的宣言。「從此自然科學便開始從神學中解放出來」，「科學的發展從此便大踏步地前進」（《馬克思思格斯選集》）。

20世紀40年代，愛因斯坦在紀念哥白尼逝世周年大會上也感慨萬分地說，他（指哥白尼）對於西方擺脫教權統治和學術枷鎖的精神解放所做的貢獻幾乎比誰都大。哥白尼日心說的創立是人類對天體認識的一次大變革，是唯物主義認識論的一次偉大勝利。

哥白尼日心說對後世的影響遠遠超出了它的時代。繼哥白尼之後，義大利思想家布魯諾，進一步發展了日心說。

第谷、開普勒和伽利略等學者們，繼續發展哥白尼的日心說理論，通過理論研究、天象觀測為該學說提供了有力證據，並補充和發展了它。

哥白尼的學說來源於實踐，也為實踐所證實，同時又指導了實踐。以後的天文學發現又證實了哥白尼學說的正確性科學性。從此，日心說成為論證太陽繫結構的科學真理。這個學說的創立是人類對天體認識的一次巨大變革，對後世的影響極其深遠，它推動了人類對天體認識的新發展，同時也是唯物主義認識論的一次偉大的勝利。