天文学领域的革命

天文学领域的革命

近代科学是在一场科学革命中诞生的。这场革命首先是一场观念革命，是在既有的古典数理科学中的一场基本概念框架的变革。由哥白尼所发动的天文学领域的革命是整个近代科学革命的第一阶段。

l、中世纪的宇宙观

基督教兴盛时期，希腊精致的宇宙理论，被当作异端加以抛弃，犹太原始粗陋的宇宙图景被奉为圣典，犹太人认为：宇宙是一个封闭的大盒子或大帐蓬，天是盒（蓬）盖，地是盒（蓬）底，圣地耶路撒冷位居盒（蓬）底的中央，日月星辰悬挂在盖上。这就是所谓宇宙帐蓬说，它连大地球形的概念都没有。

随着欧洲第一次学术复兴，亚里士多德和托勒密所代表的希腊宇宙论开始深入人心，宇宙地心理论获得了正统的地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，它沐浴着上帝的光辉，上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动；整个宇宙全都以地球为中心。

托勒密的宇宙体系还被附会于一种人间的等级结构，天上高贵，地下卑贱，越往高处越进入神圣美妙的境地。但丁的《神曲》对这一等级宇宙作了诗意的描述，在他的《天堂篇》中，但丁在少女贝亚德的引领下依次上升到了月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天、水晶天（原动天），并在水晶天那里窥见了上帝的景象，沉浸在至高无上的幸福之中。实际上，经过亚里士多德物理学注释加工过的托勒密宇宙体系，正好是一种等级宇宙，这主要体现在它们的物质构成之中：地上物体由土、水、气、火四种元素组成，而天上物体由透明无重量的以太构成，地上的物质是速朽的，而天上的以太是永恒的。对托勒密体系的背叛，不仅是一种天文学上的变革，而目也是同亚里士多德物理学的决裂，不仅是一种宇宙图像方面的改变，而且也是对当时宗教情绪和精神生活方式的挑战。

2、哥白尼革命

尼古拉·哥白尼（Copericus Nicolas，1473～1543）1473年2月19日生于波兰维斯瓦纳河畔的托伦；他10岁丧父，由舅父抚养长大。18岁被送进波兰旧部的克拉科夫大学学习医学，在那里产生了对天文学的浓厚兴趣。1496年，23岁的哥白尼来到了文艺复兴的策源地意大利，先后在波仑亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学。波仑亚大学的天文学家德·诺瓦拉（de Novara，1454～1540）对哥白尼影响极大，正是从他那里，哥白尼学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论，对希腊自然哲学著作的钻研给了他批判托勒密理论的勇气。1506年，他回到波兰开始构思他的新宇宙体系。

整个古代世界的天文学基本上是行星天文学，它们之中的大部分虽然“斗转星移”，但保持着固定的相对位置，仿佛全都镶嵌在一个巨大的透明天球上随天球周日旋转；这些星被称为恒星。但除恒星外，天空上还有那么几个星，它们极为明亮、光芒稳定，而且并不固定在某一个相对位置上，几个星期观测下来，便能发现它们在众星之间穿行，不断地改变位置，这些星被称为“行星”，希腊人叫它们“漫游者”。肉眼能见的行星共五颗，它们是金星、木星、水星、火星和土星。所有的恒星都步调一致地每天由东往西转动，周而复始，决无例外。相比之下，行星的运动呈现出极度地不规则，它们有时往东，有时又向西，行踪诡秘。行星的这种奇特运动早就引起了古代天文学家的注意，希腊天文学将自己的任务规定为对行星运动给出合理的解释，特别按照毕达哥拉斯－柏拉图主义传统，用完美的正圆运动的复合来再现行星的视运动，即所谓“拯救现象”。托勒密的本轮－均轮的宇宙体系就是希腊人为“拯

救行星运动”所做出的最大成就。

本轮和均轮的迭加，可以解释行星的逆行、亮度的变化，偏心轮的引入，又进一步解释了行星运动速度的不均匀性。但是，随着观测材料的不断增多，为“拯救”这些现象所需要的轮子也不断增多，到了哥白尼时代，轮子数已增加到80多个。托勒密体系极为复杂。而且，为了与观测相一致，托勒密所采用的办法已越来越远离毕达哥拉斯主义的理想了。由于引入了偏心等距点，地球实际上并不处在宇宙的中心。托勒密所保留的只有匀速圆周运动的概念和静止不动的地球概念。 到了哥白尼的时代，由于航海事业的大发展，对于精确的天文历表的需要变得日益迫切，托勒密理论越来越繁琐，这种客观情势使人们关注天文学理论的变革：哥白尼也正是在这个紧要关头提出三条革命性理论的。

1509年，哥白尼写出了一个关于日心体系的《概要》，开始深入地思考新的宇宙体系。于1539年写出了天文学史上的伟大著作《论天球的旋转》，系统论述了他的日心地动学说。哥白尼深知这一理论是富于革命性，所以迟迟不敢公诸于世。1543年 5月 24日，当刚刚印好的《论天球的旋转》送到了哥白尼面前，这时候他已经因

中风卧床很久了，据说，他只用颤抖的手抚摸了一下这本书。

就与世长辞了。《论天球的旋转》（De revolutionibus orbium

coelestium ）的中译名是人所共知的《天体运行论》

，将“天球”译成“天体”，是将现代人的看法强加于古人，因为在哥白尼看

来，天空转动着的是“天球”，行星只不过附着在天球之上。全

书共分六卷，第一卷是关于日心宇宙体系的总概说，其余各卷

是将日心说具体运用来解释各大行星的视运动。

哥白尼在卷首献词中叙述了日心地动说的来由和大致思

想：“我对传统数学在研究各个天体运动中的可疑之处思索了

很长时间之后，对于哲学家们不能对造物主为我们造成的美好

而有秩序的宇宙机构提出正确的理论而感到气愤，……因此，

我不辞辛苦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学派不同的假说。………但前人既可以随意想象圆周运动来解释星空现象，那么我更可以尝试一下，是否假定地球有某种运动能比假定天球旋转得到更好的解释。……于是，从地球运动的假定出发，经过长期的、反复的观测，我终于发现：如果其它行星的运动同地球运动联系起来考虑，并按每一行星的轨道比例来作计算，那么，不仅会得出各种观测现象，而且一切星体轨道和天球之大小与顺序以及天球本身。就全部有机地联系在一起了，以至不能变动任何一部分而不在众星和宇宙中引起混乱。”

构成托勒密宇宙体系的是如下四个假定：第一：天是球形的而且像球那样转动；第二：地也是球形的；第三：地位于天的中央；第四：地球静止不参与转动。哥白尼对前两点是赞同的，但不同意后两点。首先，哥白尼提出了地球自转和公转的概念。全部星空的周日旋转实际上是地球自转造成的，正是地球由西向东绕轴自转，才引起昼夜的变化；而太阳的周年视运动，实际上是由地球绕太阳每年公转一周造成的。哥白尼还提出地球有第三种运动，即所谓“倾斜面运动”，这个运动使地球自转轴在公转时与黄道面保持固定交角，从而形成地球上四季的差别。其次，哥白尼用太阳取代地球位于宇宙的中心，所有的行星包括地球均以太阳为中心转动。这一变动使得各大行星运动获得了统一性。

日心说受到的责难一开始完全是科学和常识上的。首先，人们怀疑如果地球以如此大的速度运动，那必定会分崩离析。哥白尼的解释是，从前比地球大得多的天球以更大的速度旋转都不会瓦解，地球当然也不会；其次，有人质疑说，既然地球在运动，那地球上的物体为何没有被抛在后面，对这一点哥白尼的回答不是特别有力；最后，是一个老问题，地球如果相对于恒星运动，那么应该可以观察到恒星的周年视差，可实际上从来也没有观测到过恒星