081【人类第05课】哥白尼：地心说的衰落

到了《物理与人类生活》的第四集，让我们来聊一聊地心说和日心说。这是两大学说，我将分三部分来介绍，第一部分是两大学说的基本内容，特别要讲一讲日心说这一理论中，哥白尼的贡献。接着我们简要地谈一谈反驳与支持日心说的过程，最后我们再看看日心说在太阳系之外，在其他星体（中是否正确）（日心说其实严格说来也是错的，尽管在太阳系里面它是正确的。）

我们先谈地心说：托勒密是一个古埃及人，也可以说是古希腊人，他提出了地心说这一体系。体系的核心是认为地球处于宇宙中心静止不动，然后从地球向外有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星这些所有的星球，都在各自的轨道上绕地球运转。其中行星的运动要比太阳月球复杂一些：行星是在本轮上运动。本轮是指这些行星围绕着地球有一个圆，这叫圆称作本轮。在地心说中，本轮（还有均轮）组成的绕地运行相当的复杂。在太阳、月亮、行星之外还有更多的恒星，这些恒星是在所谓的恒心天，这个恒心天呢是一个天球，这所有的恒心的视线看在这个天球之上或者是恒星天之上。我们前面提到过亚里斯多德认为：“月球向下”是一种东西，“月球之外”是一种东西，那么我们可以说“地心说”基本上具体实现了亚里士多德的说法。

托勒密可以说是古希腊的一个非常伟大的天文学家。在公元二世纪时，也就是公元一百多年的时候，他总结了前人在400年间观测的成果。这个400年就包括从亚里斯多德之后，一直到古埃及古希腊那个交界的时间。我们这里说的托勒密跟那个托勒密王朝，尽管是一个名字，但是我们要强调一下，他们不是一家人。但是这位大天文学家托勒密的确是生活在那个皇帝托勒密创造的王朝之下（皇帝托勒密是古希腊亚历山大手下的一个大将，征服了埃及）。在公元两世纪的时候，他写出了一本叫《天文集》的书，有时候又叫《至大论》（至是至上的至，大是大小的大）。这一书里面“至大”当然是指宇宙，所以这本书就是讲关于宇宙的学说或者是宇宙论。这本书里面，托勒密提出了“地球是宇宙中心”这种看法——这一学说在哥白尼时代之前一直流行了一千多年。托勒密认为，地球就是静止不动，伫在这宇宙中心，所有的天体（我们前面提到的包括太阳在内）都围绕地球运转。但是，人们在观测中的发现：有些行星忽而前，忽而后；时而快，时而慢这种现象。为了解释这种“行星逆行”现象，托勒密说，这些行星是环绕着地球做均衡运动，同时这些行星又在均轮之上有另一个小轮子，这个小轮子叫本轮，即又在本轮上运动。

我们通常说水逆，那水逆是什么意思呢？就是水星的逆行。它有时候是正着运动的，有时候突然向反方向运动。反方向运行就是说小本轮在均轮上运动的时候倒过来转了，或者说转到一边去了（这个就很容易想象）。但是，在托勒密之后，发现行星运动越来越复杂，所以后来的天文学家在均轮-本轮之上又加了很多轮，这就使得地心说变得越来越复杂，越来越不像一个真正解释行星运动规律的理论。

（接下来我们谈谈日心说。）谈到日心说，我们当然就想起哥白尼，但是他本人并不是第一位认为“所有的天体是绕着太阳运转”的天文学者（当然这里指的所有天体是地球和其他的行星）。然而，哥白尼，是第一位系统地提出日心学说的人。前面的人提出了这一想法，但并没有特别系统。比如以一位前人举例来说，有一位叫阿里斯塔克斯，可以说他才是真正有史记录的，第一位提出日心说的天文学者。当然还有关于布鲁诺维护哥白尼提出日心说，从而牺牲的记录。但是这是个传说。他被教会烧死真的不是因为维护所谓的日心说，而是因为其他原因，这里面我们就不详细谈了。

下面我们就谈谈哥白尼这个人，哥白尼的全名叫尼古拉·哥白尼，他是一个波兰人，1473年2月19号生于波兰，那么去世的时候呢距离1473年70年，也就是说他活了70岁又三个月。他是文艺复兴时期的波兰天文学家，同时又是一个数学家、以及文学家。当然最最重要的，他的正式的工作实际上是一个神父。在哥白尼四十岁的时候，他提出了日心说。按照我们传统教科书的说法，哥白尼否定了教会的权威，因为教会的权威是在维护这个亚里士多德和托勒密的地心说的基础；他还改变了人类对自然和自身的看法，这被认为是非常重要的进展。当然在他活着的时候，他很鸡贼。尽管哥白尼有很多关于日心说的观察证据，但他一直没有把它们系统地写出来，而是选择在他刚刚去世的时候，让后人发表了他的文章，或者说是他的书，即最伟大的著作之一——《天体运行》。

我们把《天体运行》的和牛顿的《自然哲学的数学原理》以及达尔文的关于生物演化说的《物种起源》，都归结为人类的最伟大的著作之一，当然还有更多的伟大著作，我们在这儿就不一一去谈了。

在1933年，60岁的哥白尼去到罗马。他经常去旅行，因为他是一位神父，他这个一生在欧洲非常活跃，我们后面还会再谈谈，他作为神父做了些什么事情。我们现在先谈谈在1933年，（他60岁的时候，）在罗马做了一系列的讲演。这些讲演可以说是关于日心学说的阐述。直到他接近70岁的时候，也就是快死的时候，才决定将这些讲演写成一本书出版。1943年5月24号，（即哥白尼去世一天后），出版商才收到哥白尼寄来的一部他写的书，也就是伟大的《天体运行论》。这本书改变了我们地球人的宇宙观，或者说是改变了我们的太阳系观。（人类后来又改变了一次宇宙观。当然，在那个时候整个太阳系都被认为等同于一个宇宙，所以哥白尼的日心说可以说是改变了我们的宇宙观。）毫无疑问地，哥白尼是欧洲文艺复兴时期的一个巨人。

接着我们谈谈哥白尼作为一个神父的传说。其实，哥白尼是一个百科全书式的人物，他的舅舅是波兰的红衣主教，也就是说他的舅舅在波兰的教会里面占有一个至高无上的地位（再上一级就是罗马的教皇了）。他仅仅比达·芬奇小21岁，但他的全才真的不比达·芬奇逊色：他涉猎的领域跟达芬奇是可以相提并论的，比如说哥白尼有语言的特长，在波兰语之外，他还通晓拉丁语、德语、希腊语和意大利语。同时他还研究钱币以及与钱币有关的经济学。这也很奇怪，因为我们知道牛顿也研究过钱币，后来做到英国的皇家造币厂的厂长。哥白尼一生主要是做自己的舅舅的秘书（也就是刚刚说过的波兰红衣主教）。他同时又是一位医生，一生为舅舅以及其他亲戚，甚至一些主教和国王看病。关于这一点，我们简直就是惊讶极了：他居然还是个医生！哥白尼自己也差点成为一位主教。而最有趣的是什么呢？是他还翻译了很多古希腊的诗歌，翻译成这个当时的语言。因此，从他做他舅舅的这个秘书来讲，他是一个教会的工作人员。所以，我们一点都不惊讶，哥白尼其实是一位非常虔诚的天主教徒。从他工作开始一直到他去世，他自始至终是一个非常虔诚的天主教徒。所以，在活着时候，他没有发表日心说，啊。可是他用科学观测，否定了天主教会。关于这一点，他也没有想到日心说的影响会有那么大。他完全没有想到。他对宗教是非常非常虔诚的，比如说，他在《天体运行》的引言里面说道，“如果真有一种科学能够使人心灵高贵，脱离时间的污秽，这种科学一定就是天文学，因为人类果然见到了天主管理下的宇宙所有的庄严秩序。”那么看到的这个庄严秩序的时候，必然会感到一种动力，促使人趋向有规范的、有规律的、有法律规范的生活，去实现各种道德，可以从万物中看出造物主确实是至善至美的，而且造物主也是至善至美之源。所以在哥白尼其他的著作里同样充满了天主的名字以及天主的智慧与慈爱。他一生维护着天主教的信仰。但是在我们在教科书中，很少了解“关于哥白尼一生的一个至关重要的信仰”这一信息。相反，我们通常说哥白尼是反传统的。这个说法真的不完全正确。

接下来，我们谈谈关于日心说、地心说的证据。首先反对地心说的证据起因是：中世纪以后，因为对行星的运动观察越来越严密，发现要真正用地心说来解释行星运动的话，必须要加很多的本轮，有时候总数会达到80个以上，即有80个以上的本轮中的本轮、本轮之上的本轮，确实是太复杂了。但一直以来，或者说从亚里士多德之后，教会推崇“地球是宇宙中心”这一说法，相信地球是造物主最钟爱的一个地方，这也是一个天主教信仰的一个基础，这也是为什么托勒密的理论占有非常绝对的统治地位。

当然，到了伽利略的时代，我们已经可以用很多的证据来反驳地心说：除了地心说太复杂这一原因，同样从理论推导结果来看，地心说也存在着问题。如果说以地球为中心，月亮绕着地球转，太阳也绕着地球转，如果太阳比月亮远的话，那么我们当然就知道就是月亮永远介于太阳和地球之间。我们知道伽利略是通过星体观测反驳了地心说。以火星、地球和太阳的距离举例：火星在太阳之外，但是按地心说的理论，即太阳和火星同时都绕着地球转，那么火星是永远比太阳远的。而按照日心说的理论推测，即火星是和地球一样都绕着太阳转的，那么火星在地球之外，并且它可以和地球处于太阳的同一侧，同时也有可能跟地球处于太阳的不同侧。这样的话，火星有时距离地球比较近，有时距离地球比太阳远。因此，经过观测，伽利略用事实反驳了地心说从而支持了日心说。当然伽利略还发明了望远镜，通过望远镜的观察更加支持了“火星有时候距离地球比较近，有时候距离地球比太阳还要远”这一结论，从而完全支持了日心说。

最后我们要说，时至今日，日心说作为宇宙的本体论，也就是说“太阳是宇宙的中心”这一理论，已经过时了。我们在太阳系之外又发现了很多很多其他的星系，这些恒星系大部分处于银河系之内，和太阳系完全一样，但同时我们也观测到在银河系之外还有更多其他像银河系一样的星系，那么不仅太阳系不是“宇宙”，更不是宇宙中心，甚至银河系也不是宇宙的中心。