第五章 一种新宇宙体系
《文艺复兴时期的人与自然-美-艾伦.G.狄博斯》作者：文艺复兴时期的人与自然-美-艾伦.G.狄博斯 2017-04-13 10:56
我们已经回顾了16世纪末期到17世纪早期发生在医学、植物学和生理学中的论战，同样的论战也十分引人注目地发生在天文学和物理学领域。我们再次看到了人文主义研究所产生的影响，从而导致意义重大的重新阐述(维萨留斯，1543年；哥白尼，1543年)。同时，我们还看到这是一个充满同化和争论的较长时期，它必定产生对进一步发展必不可少的各种新发现和新诠释(哈维，1628年；开普勒和伽利略，1609—1632年)。
有关地球运动的问题不但包含了对天体构造的重新认识，而且也包含了一门新的运动物理学的发展——而后一个目标直到艾萨克·牛顿的《数学原理》于1687年出版时才被充分认识到。因此，运动物理学的整个发展史适合于在这套丛书的另一本书中叙述。但是，对哥白尼体系的接受问题，涉及到超出运动力学和宇宙学以外的各种因素，因而神秘主义在此再次对一些关键人物的动机产生了影响，并且在导致深刻分裂的神学问题上，也具有同样的重要性。
古代及文艺复兴时期的天文学
正如在其他所有领域一样，文艺复兴时期的天文学也建立在古人研究的基础上。在这一领域中有两种宇宙体系占据着统治地位。第一种是欧多克斯(Eudoxus)①、卡利普斯(Callippus)②和亚里士多德的宇宙体系，他们借用一系列同心球来说明恒星的周日旋转以及太阳、月亮和行星的运动(图5．1)。为了解释观察到的不同运动情况，他们把行星分置在四个球面上。在恰当地安排了数量足够的行星之后，就有可能解释诸如岁差和以恒星为背景的行星逆行这样复杂的运动。尽管这个体系广为接受，但是它却解释不了太阳、月亮和行星与地球之间的距离有时似乎是周期性的变化。因为这种变化从它们呈现出的大小和亮度的不同上就可看出。
①古希腊天文学家和数学家(公元前400-347年)。接受了柏拉图关于行星必须在正圆轨道上运行的观点，但他在观察之后又不得不承认，行星的实际运动并不是正圆轨道上的匀速运动。——译注
②古希腊天文学家(公元前370-前300)。他观察了行星运动后，把天球总数调整为34个。——译注
为了解决这一问题并消除亚里士多德宇宙论中的不准确性，公元前3世纪和前2世纪亚历山大城的天文学家们[特别是佩加的阿波罗尼乌斯(Apollonius
of Perga)③和喜帕恰斯(Hipparehus)④]对这些材料重新加以整理并纳入一个新体系。后来，他们的体系在公元2世纪被修正和扩充为克劳狄乌斯·托勒密(Glaudius
Ptolemy)详尽的、真正的数学体系。正是托勒密在《至大论》中描述的这个体系，直到17世纪大多数天文学家仍对其深信不疑。
③古希腊数学家(公元前262-前190)。阿基米德的学生，因对圆锥曲线的研究而获得了“伟大的几何学家”的称号。——译注
④古希腊最伟大的天文学家(公元前190-前120)。天体测量学奠基人，编制约850颗恒星的星表，发现岁差，制订日月运动表，推算日、月食，用球面三角原理确定地球的经纬度。并发明了许多用肉眼观察天象的仪器，这些仪器后来沿用了1700年。——译注
托勒密的天文学保留了较早期的天球，又增加了各种不同的圆(这样就保持了天体运动的“完美”)来更加详细地解释各种观察到的现象。在最简单的情况下，一个行星可能位于一个较大的圆或均轮上——如果这个行星看起来是绕着地球作完美的正圆运动的话。但是，这种完美的正圆——对恒星而言远非如此——并不存在，其结果是，又假设了许多其他的圆。本轮的中心位于均轮的圆周上，并随着均轮的运动而转动。这种双重的运动，既解释了距离的明显变化，又解释了行星的逆行(图5．2和5．3)。其他的不规则性促使托勒密把地球放在远离太阳的某个地方，并且使用了偏心(偏离了中心的)圆和等分圆。后者用来解释行星速度的明显变化。在此情况下就可看出，在相等的时间里转过了相等的角度(起点不在圆心)。把所有这些精心设计的圆结合起来，就形成了一个精密的(或许并不完美的)天文学体系，这个体系相当准确地解释并预测了天体的运动。
然而，尽管托勒密和亚里士多德使古代其他作者相形见绌，但他们的宇宙论体系并不能代表古代天文学思想的整个领域。公元前5世纪，毕达哥拉斯的一些追随者[尤其是菲洛劳斯(Philolaus)①]曾提出了一个宇宙图，这个宇宙的中心是一团中心火，环绕在其周围的是包括地球、太阳和一个反地球(counter—earth)②在内的所有其他星体。后来，萨摩斯的阿利斯塔克(Aristarchus
ofSanlos，公元前3世纪)③提出，如果地球每天绕其轴自转，同时每年绕太阳公转，那么一切都与实际情况没有什么不同。但是，这个“哥白尼式的”方案并不是从数学上得到的，而且只有他对日月距离和大小的计算结果幸存了下来。庞塔斯的赫拉克雷迪斯(Heracleides
of Pontus，公元前4世纪)①的研究影响更大。他提出，地球的周日运动最好地解释了恒星运动，而人们从未在远离太阳的地方看到过水星和金星，这一事实表明，这些行星是围绕太阳旋转的。马尔提努斯·凯佩拉(Martianus
Capella)和马科罗比乌斯(Macrobius)(两人都活跃于5世纪)重述了古代晚期异族入侵时幸存原著中的赫拉克雷迪斯的观点，这些观点一直沿用到12和13世纪人们发现了更详细的科学著作。
①古希腊哲学家(公元前480--?)。毕达哥拉斯学派最杰出的代表。——译注
②菲洛劳斯认为地球不是宇宙的中心，地球与太阳、月亮、水星、金星、火星、木星、土星及其他星球都是围绕着一中心火团运动，而太阳只不过是这个火团的反射。这样，就有9个球体在围绕中心火团运行。为了达到完美的数字，他又虚构了第10个球体——反地球，它是一个永远藏在太阳另一面的、我们看不到的行星。而整个天象图的构思只是利用10的魔力(因为10是1、2,3,4、的总和)。2000年后，哥白尼提出地球和行星都围绕太阳运行，这种看法被他的反对者说成是毕达哥拉斯的异端邪说。——译注
③古希腊天文学家(公元前310-230年)。他将毕达哥拉斯关于地球运动的观点和赫拉克雷迪斯(Heracleides)关于一些行星绕太阳运转的论点结合在一起，提出一切行星包括地球都围绕太阳运行。因此，他一直被称为哥白尼的先行者。——译注
①古希腊天文学家(公元前388—315年)。是提出地球自转问题的第一个人。——译注
伊斯兰天文学家提出了他们对托勒密体系的注解和修正，并将这些——连同原著一起——在12世纪传人西欧，而且还撰写了一些介绍性的天文学论文[其中最流行的为霍利伍德的约翰(John
ofHolywood，即Johannes Sacrobosco)所写，1230年)。翻译者还将托勒密和亚里士多德的宇宙学著作译成拉丁语。尽管后来有人批评这些译本译文不准确，但是它们直到16世纪仍具有影响。
在整个13世纪，亚里士多德在神学领域受到指责，因为他在自然哲学著作中阐述的观点与基督教教义相冲突。他们指出，如果全盘接受亚里士多德的著作，就会导致对上帝创世、圣体真实性(thetruthof
Eucharist)、奇迹可能性和灵魂不灭的否定。亚里士多德全集一旦被作为教条的著作而遭到排斥，它就易受到争议。事实上，在13世纪晚期和14世纪讨论的许多问题的确与天文学和宇宙论有关，如世界多重性的可能性和地球运动这类问题。尼古拉斯·库萨努斯(Nicolaus
Cusanus，1401—1464年)②对这些论题特别感兴趣，他写道，有一个无边的(如果不是无限的话)宇宙，宇宙的各部分都在运动之中。尽管人们难以确定他对地球运动的理解是否正确，但毫无疑问，他拒斥了同时代天文学家的许多观点。
②库萨的尼古拉斯(Nicholas of Cusa)的拉丁语名。德国枢机主教、哲学家和科学家，认为人类认识必须依靠经验，发展实验科学，著有《论有学问的无知》，指出唯自知无知者才是有学问的人。在天文学上，他认为地球在地轴上旋转，并环绕太阳运行，宇宙间既无“上”也无“下”，宇宙是无限的。但这些看法没有以详细的观察、计算或理论作基础，也没有影响科学的进程。——译注
人文主义的复兴在诸多方面对天文学产生了影响。库萨努斯是15世纪受到新柏拉图主义影响的学者中的一个例子。马尔西利奥·费奇诺则是另外一个例子。费奇诺的神秘主义兴趣反映在他翻译的《赫尔墨斯全集》和他的太阳颂词[选自《太阳颂》(De
sole))中，其中他效法较早期的赫尔墨斯原著：
“没有什么可像(光)一样充分地显示善(即上帝)的本质。首先，光是各种看得见的物体中最灿烂、最清晰者。其次，没有什么可以像光一样传播得如此容易、如此广阔、如此快捷。其三，它无害地穿透一切物质，轻柔得就像爱抚一般。其四，光带来的热养育并滋润着万物，是宇宙的创造者和推动者……同样，善被四处传播，抚慰着万物，吸引着万物。善不必强制实施，而是通过和善一起存在的爱来施与万物，就像(伴随着光的)热一样。这种爱吸引着万物，以使万物自由地接受善……也许光本身就是天国神灵的视觉，或者用于观察、用于遥控、用于将万物同天国联系起来，既不远离天国也不与外来物相混同……仰望天空，我为你们，神圣天国的公民祈祷……太阳对你们来说意味着上帝，那么谁敢否定太阳呢。”
费奇诺继续强调，太阳是宇宙的首创物，，因而被置于天国的中心。
维也纳大学的乔治·波伊巴赫的工作与此远为不同，他在《新行星论》(Theoricae
novae
planetarum，1473年出版)中，使用专门术语描述了一个改进了的托勒密行星体系。由于认识到需要一部更好的托勒密原著，他打算与他的学生兼助手约翰内斯·缪勒(Johannes
Muller，即雷纪奥蒙坦，Regiomontanus)一起去意大利旅行。波伊巴赫在去世前，已经完成了《至大论》之《概要》(Epitome)的前6卷。雷纪奥蒙坦继续译完了这部著作，该书在其死后20年才首次出版(图5．4)。完整的《至大论》迟至1515年才出版，该版本出自13世纪克雷莫纳的杰勒德(Gerard
of Cremona)①的译本。直到1528年，才出现了译自希腊语的新译本。
①意大利学者(1114-1187)。他一生中有很长时间是在西班牙托莱多度过的。托莱多曾经是穆斯林学术中心，是寻觅知识丰富的阿拉伯著作的好地方。12世纪，翻译成了最重要的科学工作，而杰勒德就是这样一位伟大的翻译家、科学家。他一生翻译(或监督翻译)了92本阿拉伯书，这些译作中包括亚里士多德的部分著作、托勒密《至大论》的全部，以及希波克拉底和盖仑的著作。——译注
哥白尼与静止的太阳
我们已经指出，科学革命的最初阶段包括回过头去研究古代的原始资料。对某些人来说这是回到亚里士多德，对另一些人来说是回到盖仑。而第三部分人则通过对赫尔墨斯原著的研究，在探索已为亚当所知的神性知识(原始神学)中追求真理。这种赫尔墨斯的影响，在费奇诺著作所阐述的文艺复兴时期宇宙论中显而易见。而乔洛拉莫·弗拉卡斯托罗(Girolamo
Fmcastoro，1478—1553)于1538年描绘了一个复活了的亚里士多德同心天球体系。他认为，通过假设这些水晶同心天球的透明度发生变化，从而使得地球上的观察者产生距离变化的错觉，就可轻易地解决以前在解释距离变化时产生的难题。然而，尽管亚里士多德和赫尔墨斯都曾具影响力，毫无疑问，托勒密在人文主义天文学家中享有至高无上的权威。而哥白尼正是托勒密的最大受惠者。
哥白尼1473年出生于波兰的托伦(Tonm)，大约在这一年，波伊巴赫的天文学作品首次出版。18岁时，他考入克拉科夫大学(the
University of Cracow)，在那儿他开始广泛收集天文学和数学书籍。1496年——这一年雷纪奥蒙坦翻译的《至大论》之《概要》正好首次出版——他前往波伦亚学习教会法。在回家短暂探访之后(1501年)，哥白尼又来到帕多瓦学习，并于1503年在费拉拉(Ferrara)获得教会法博土学位。在波伦亚和帕多瓦时，哥白尼曾与一些博学的天文学家有过交往。在波伦亚，他认识多美尼哥·马里亚·达·诺瓦拉(Domenico
Maria da
Novara，1454—1504年)；在帕多瓦，他认识乔洛拉莫·弗拉卡斯托罗。后者既是一位天文学家，也是一位哲学家和医生。哥白尼在取得了法学学位后就转向了医学。后来，他在波兰把行医作为日常职责之一。
1506年，他回到家乡永久定居。在这里，他参与了厄尔姆兰(Ennland)这个小邦的治理，经常参与医疗和经济方面的决策。哥白尼在意大利曾学过希腊语。1509年，他翻译发表了7世纪拜占庭作家西奥菲拉卡托斯·西摩科塔(Theophylactus
Simocatta)的诗，从而被认为是二流的人文主义文学家之一。虽然这在人文主义学界中几乎谈不上是一件大事，但该书因为有一首作为序言的诗而深具影响力，这首诗赞扬了译者在天文学上的追求。甚至从那以后，哥白尼才以天文学家的身份逐渐为人所知。1514年，他被邀请(而他谢绝了)去罗马参加讨论正在拟定的历法改革。
虽然哥白尼除了这部短短的译作外没有发表什么东西，但他在波兰和意大利的许多朋友都知道了他的兴趣所在。他在《天体运行论》(De revolutionibus
orbium
coelestium，1543)中发表的少量观测材料都是他在意大利当学生时收集的。但是，大约1512年，哥白尼在一部通常被称为《评论》(Commentariolus)的手稿中已经完整地提出了日心宇宙(用“日静”这个词会更好一些，因为哥白尼并没有把太阳置于宇宙的正中心)的思想。他在手稿中概述了这个理论，并勾画了它的一些结果——他告诉读者，他正在对这个课题进行一项更大的研究。
地动的思想似乎与常识相悖，并曾给古人带来无数的困难。托勒密曾指出，如果说地球是运动的，那么所有没有固定在地球表面的物体都将落在后面。一个特殊的例子就是，从一定高度下落的石头，如果地球运动，那么石头在下落的几秒钟内将被抛离原地数英里远。但观察到的事实则是石头垂直下落，这对那些主张地静的人来说具有说服力。但哥白尼论证说，这是因为地球周围的空气被带动了(因此下落的石头随着空气一起被带动了)，但对他的许多同时代人来说，这种论证似乎经不起推敲。
为什么哥白尼最终转向了日静体系呢?有人认为，如果他不这样做，就不得不接受火星天球和太阳天球在其运行过程中相交的情况，而这对于那些仍然坚持存在各种水晶天球的人来说则是不能接受的。但还有一些也许不太合理但却不能忽视的原因。哥白尼在《天体运行论》中宣称他的工作只不过是复活了古代毕达哥拉斯学说。但在涉及到行星的秩序时，他推论说：
“太阳位于万物的中心。的确，在这座最辉煌的天宇中，它能普照万物，同时又照亮自己。难道还有谁能把这盏明灯放到另一个或者更好的位置上呢?因此，它当之无愧地被一些人喻为宇宙之灯，被另一些人称为宇宙之心灵，还被一些人比作世界的主宰。
赫尔墨斯·特利斯墨吉斯忒斯(称它为)看得见的上帝，索福克勒斯(Sophocles)①笔下的厄勒克特拉(Electra)②把它叫做万物洞察者。因此，毫无疑问，太阳位居王座统辖着周围的星族。”
①古希腊三大悲剧诗人之一(公元前496—前406)，一生共写123部剧本，传世著作有《埃阿斯》、《安提戈涅》、《俄狄浦斯王》等7部。——译注
②希腊神话中迈锡尼王阿伽门农的女儿，曾率领希腊军队作战，并怂恿其弟杀死母亲和母亲的情夫，为被此两人谋害的父亲报仇。此处，哥白尼的引文有误，索福克勒斯并非在他的{厄勒克特拉}中，而是在他的《俄狄浦斯王》中第8印行，把太阳称为万物洞察者。——译注
无论什么原因，哥白尼在40岁(如果不是更早的话)时就已经建立了自己的体系。那么，他又为何要等到30年后才发表呢?在《天体运动论》中写给教皇看的序言里，他说他不愿意出版是因为害怕无知者的反对。天文学是一门数学家的学科，而不是普通群众的学科。的确，在1539年来自维滕伯格(Wittenberg)大学的路德派(Lutheran)学者乔治·约希姆·雷梯库斯(Georg
Joachim Rheticus，1514—1574)③来到厄尔姆兰之前，几乎没有迹象表明他有出版该书的愿望。雷梯库斯此行有一个目的，就是要更多地学习这种新理论，而在此之前，他听到的只不过是一些传闻。哥白尼对他的时代很慷慨，他将自己过去40年的研究成果告诉了雷梯库斯。一年之后，雷梯库斯就写出了一部说明哥白尼体系的手稿。这部《概述》(NarratioPrima)吸引了相当广泛的读者，并且连续出了两版(1540年，1541年)。受到这种反响的鼓励，雷梯库斯极力主张哥白尼出版他的全部著作。
③德国数学家，哥白尼的第一个门徒，曾撰写过哥白尼传记，并绘制了第一幅东普鲁士地图。——译注
由于雷梯库斯曾允诺要关照好该书的整个出版过程，哥白尼很信任地把书稿交付给他。事实上，雷梯库斯并没有遵守自己的诺言，而这部后来出版的书——该书送达哥白尼手上时，他已经奄奄一息了——包括了一篇未署名的序言。这篇序言是由路德派牧师安德烈斯·奥西安德尔(Andreas
Osiander，1498—1552)所写。他指出，书中所描述的体系主要是便于天文学计算的一种数学技巧。几乎可以说这并不是哥白尼的意图，但到了该世纪后期，哥白尼并非这篇序言的作者这一事实已广为人知。
我们可以在《天体运行论》的第一卷中看到哥白尼的基本思想(图5．5)。在这里，他勾勒了行星的运动秩序；也就是在这里，我们很快就看出了托勒密的强烈影响。的确，哥白尼并非因天文观测而出名，他做的观测次数寥寥无几，当然其准确性不如他的某些前辈，而且他也没有大大简化旧有的天文学(图5．6)。他仍然接受了托勒密的本轮和均轮，并且他发现自己不能精确地把太阳置于宇宙的中心，这正如以前的天文学家不能把地球置于宇宙的中心一样。此外虽然等分圆这样一种设置由于没有物理意义而被弃而不用，但是几乎就没有别的东西被他完全抛弃。
总之，托勒密体系被改造了。太阳现在被安放在宇宙的数学中心点附近(实际上并不在正中心)，它的周围环绕着行星(地球被看成是其中之一，在它的均轮上伴随着月亮)，这些行星镶嵌在各自的水晶天球上。这个体系包含了古已有之的恒星天球。
在哥白尼看来，这个体系比以前的体系更简单、更和谐，并且如他所说，这个体系给了辉煌的太阳一个更加恰当的位置。但是，尽管哥白尼体系保留了托勒密宇宙的许多复杂性，但他在某种程度上也对其作了简化。不但等分圆被去掉了，而且用来解释行星逆行的均轮现在也发现没有必要了(图5．7)。行星相对于恒星背景退行的环状轨迹，现在可以用地球与被观察行星之间的相对位置和相对速度所产生的结果来解释。在用简单的三角学方法确定行星与太阳之间的相对距离方面，哥白尼体系也被证明是有用的(图5．8)。
恒星视差与宇宙的大小
虽然对行星逆行进行新的解释是哥白尼理论的一个胜利，但其他问题仍然困扰着16世纪后期的天文学家。地球运动的物理学问题直到下一个世纪才得以解决，但恒星视差的问题却吸引了16世纪许多天文学家的关注。有人认为，如果说地球每年绕着太阳公转，那么地球上的观察者在观测任何恒星时，都应该察觉到一段可度量的位移——至少在古人认为宇宙是有大小秩序的情况下如此。但这种角度的变化并不能在6个月内觉察出来。结果，许多人都认为地球是静止的，而哥白尼派的学者们不得不争辩说，这个宇宙比天文学家们早期设想的还要大得多(图5．9)。因此，对哥白尼的认可，也就包含了对宇宙的大小问题表明了立场。
关于这个问题的讨论有一个背景。库萨努斯曾经描述过一个无限延伸的宇宙。乔尔丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno，1548—1600)①也提出了一个类似的体系——一个无限的、分散的宇宙。
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有关地球运动的问题不但包含了对天体构造的重新认识，而且也包含了一门新的运动物理学的发展——而后一个目标直到艾萨克·牛顿的《数学原理》于1687年出版时才被充分认识到。因此，运动物理学的整个发展史适合于在这套丛书的另一本书中叙述。但是，对哥白尼体系的接受问题，涉及到超出运动力学和宇宙学以外的各种因素，因而神秘主义在此再次对一些关键人物的动机产生了影响，并且在导致深刻分裂的神学问题上，也具有同样的重要性。
古代及文艺复兴时期的天文学
正如在其他所有领域一样，文艺复兴时期的天文学也建立在古人研究的基础上。在这一领域中有两种宇宙体系占据着统治地位。第一种是欧多克斯(Eudoxus)①、卡利普斯(Callippus)②和亚里士多德的宇宙体系，他们借用一系列同心球来说明恒星的周日旋转以及太阳、月亮和行星的运动(图5．1)。为了解释观察到的不同运动情况，他们把行星分置在四个球面上。在恰当地安排了数量足够的行星之后，就有可能解释诸如岁差和以恒星为背景的行星逆行这样复杂的运动。尽管这个体系广为接受，但是它却解释不了太阳、月亮和行星与地球之间的距离有时似乎是周期性的变化。因为这种变化从它们呈现出的大小和亮度的不同上就可看出。
①古希腊天文学家和数学家(公元前400-347年)。接受了柏拉图关于行星必须在正圆轨道上运行的观点，但他在观察之后又不得不承认，行星的实际运动并不是正圆轨道上的匀速运动。——译注
②古希腊天文学家(公元前370-前300)。他观察了行星运动后，把天球总数调整为34个。——译注
为了解决这一问题并消除亚里士多德宇宙论中的不准确性，公元前3世纪和前2世纪亚历山大城的天文学家们[特别是佩加的阿波罗尼乌斯(Apollonius
of Perga)③和喜帕恰斯(Hipparehus)④]对这些材料重新加以整理并纳入一个新体系。后来，他们的体系在公元2世纪被修正和扩充为克劳狄乌斯·托勒密(Glaudius
Ptolemy)详尽的、真正的数学体系。正是托勒密在《至大论》中描述的这个体系，直到17世纪大多数天文学家仍对其深信不疑。
③古希腊数学家(公元前262-前190)。阿基米德的学生，因对圆锥曲线的研究而获得了“伟大的几何学家”的称号。——译注
④古希腊最伟大的天文学家(公元前190-前120)。天体测量学奠基人，编制约850颗恒星的星表，发现岁差，制订日月运动表，推算日、月食，用球面三角原理确定地球的经纬度。并发明了许多用肉眼观察天象的仪器，这些仪器后来沿用了1700年。——译注
托勒密的天文学保留了较早期的天球，又增加了各种不同的圆(这样就保持了天体运动的“完美”)来更加详细地解释各种观察到的现象。在最简单的情况下，一个行星可能位于一个较大的圆或均轮上——如果这个行星看起来是绕着地球作完美的正圆运动的话。但是，这种完美的正圆——对恒星而言远非如此——并不存在，其结果是，又假设了许多其他的圆。本轮的中心位于均轮的圆周上，并随着均轮的运动而转动。这种双重的运动，既解释了距离的明显变化，又解释了行星的逆行(图5．2和5．3)。其他的不规则性促使托勒密把地球放在远离太阳的某个地方，并且使用了偏心(偏离了中心的)圆和等分圆。后者用来解释行星速度的明显变化。在此情况下就可看出，在相等的时间里转过了相等的角度(起点不在圆心)。把所有这些精心设计的圆结合起来，就形成了一个精密的(或许并不完美的)天文学体系，这个体系相当准确地解释并预测了天体的运动。
然而，尽管托勒密和亚里士多德使古代其他作者相形见绌，但他们的宇宙论体系并不能代表古代天文学思想的整个领域。公元前5世纪，毕达哥拉斯的一些追随者[尤其是菲洛劳斯(Philolaus)①]曾提出了一个宇宙图，这个宇宙的中心是一团中心火，环绕在其周围的是包括地球、太阳和一个反地球(counter—earth)②在内的所有其他星体。后来，萨摩斯的阿利斯塔克(Aristarchus
ofSanlos，公元前3世纪)③提出，如果地球每天绕其轴自转，同时每年绕太阳公转，那么一切都与实际情况没有什么不同。但是，这个“哥白尼式的”方案并不是从数学上得到的，而且只有他对日月距离和大小的计算结果幸存了下来。庞塔斯的赫拉克雷迪斯(Heracleides
of Pontus，公元前4世纪)①的研究影响更大。他提出，地球的周日运动最好地解释了恒星运动，而人们从未在远离太阳的地方看到过水星和金星，这一事实表明，这些行星是围绕太阳旋转的。马尔提努斯·凯佩拉(Martianus
Capella)和马科罗比乌斯(Macrobius)(两人都活跃于5世纪)重述了古代晚期异族入侵时幸存原著中的赫拉克雷迪斯的观点，这些观点一直沿用到12和13世纪人们发现了更详细的科学著作。
①古希腊哲学家(公元前480--?)。毕达哥拉斯学派最杰出的代表。——译注
②菲洛劳斯认为地球不是宇宙的中心，地球与太阳、月亮、水星、金星、火星、木星、土星及其他星球都是围绕着一中心火团运动，而太阳只不过是这个火团的反射。这样，就有9个球体在围绕中心火团运行。为了达到完美的数字，他又虚构了第10个球体——反地球，它是一个永远藏在太阳另一面的、我们看不到的行星。而整个天象图的构思只是利用10的魔力(因为10是1、2,3,4、的总和)。2000年后，哥白尼提出地球和行星都围绕太阳运行，这种看法被他的反对者说成是毕达哥拉斯的异端邪说。——译注
③古希腊天文学家(公元前310-230年)。他将毕达哥拉斯关于地球运动的观点和赫拉克雷迪斯(Heracleides)关于一些行星绕太阳运转的论点结合在一起，提出一切行星包括地球都围绕太阳运行。因此，他一直被称为哥白尼的先行者。——译注
①古希腊天文学家(公元前388—315年)。是提出地球自转问题的第一个人。——译注
伊斯兰天文学家提出了他们对托勒密体系的注解和修正，并将这些——连同原著一起——在12世纪传人西欧，而且还撰写了一些介绍性的天文学论文[其中最流行的为霍利伍德的约翰(John
ofHolywood，即Johannes Sacrobosco)所写，1230年)。翻译者还将托勒密和亚里士多德的宇宙学著作译成拉丁语。尽管后来有人批评这些译本译文不准确，但是它们直到16世纪仍具有影响。
在整个13世纪，亚里士多德在神学领域受到指责，因为他在自然哲学著作中阐述的观点与基督教教义相冲突。他们指出，如果全盘接受亚里士多德的著作，就会导致对上帝创世、圣体真实性(thetruthof
Eucharist)、奇迹可能性和灵魂不灭的否定。亚里士多德全集一旦被作为教条的著作而遭到排斥，它就易受到争议。事实上，在13世纪晚期和14世纪讨论的许多问题的确与天文学和宇宙论有关，如世界多重性的可能性和地球运动这类问题。尼古拉斯·库萨努斯(Nicolaus
Cusanus，1401—1464年)②对这些论题特别感兴趣，他写道，有一个无边的(如果不是无限的话)宇宙，宇宙的各部分都在运动之中。尽管人们难以确定他对地球运动的理解是否正确，但毫无疑问，他拒斥了同时代天文学家的许多观点。
②库萨的尼古拉斯(Nicholas of Cusa)的拉丁语名。德国枢机主教、哲学家和科学家，认为人类认识必须依靠经验，发展实验科学，著有《论有学问的无知》，指出唯自知无知者才是有学问的人。在天文学上，他认为地球在地轴上旋转，并环绕太阳运行，宇宙间既无“上”也无“下”，宇宙是无限的。但这些看法没有以详细的观察、计算或理论作基础，也没有影响科学的进程。——译注
人文主义的复兴在诸多方面对天文学产生了影响。库萨努斯是15世纪受到新柏拉图主义影响的学者中的一个例子。马尔西利奥·费奇诺则是另外一个例子。费奇诺的神秘主义兴趣反映在他翻译的《赫尔墨斯全集》和他的太阳颂词[选自《太阳颂》(De
sole))中，其中他效法较早期的赫尔墨斯原著：
“没有什么可像(光)一样充分地显示善(即上帝)的本质。首先，光是各种看得见的物体中最灿烂、最清晰者。其次，没有什么可以像光一样传播得如此容易、如此广阔、如此快捷。其三，它无害地穿透一切物质，轻柔得就像爱抚一般。其四，光带来的热养育并滋润着万物，是宇宙的创造者和推动者……同样，善被四处传播，抚慰着万物，吸引着万物。善不必强制实施，而是通过和善一起存在的爱来施与万物，就像(伴随着光的)热一样。这种爱吸引着万物，以使万物自由地接受善……也许光本身就是天国神灵的视觉，或者用于观察、用于遥控、用于将万物同天国联系起来，既不远离天国也不与外来物相混同……仰望天空，我为你们，神圣天国的公民祈祷……太阳对你们来说意味着上帝，那么谁敢否定太阳呢。”
费奇诺继续强调，太阳是宇宙的首创物，，因而被置于天国的中心。
维也纳大学的乔治·波伊巴赫的工作与此远为不同，他在《新行星论》(Theoricae
novae
planetarum，1473年出版)中，使用专门术语描述了一个改进了的托勒密行星体系。由于认识到需要一部更好的托勒密原著，他打算与他的学生兼助手约翰内斯·缪勒(Johannes
Muller，即雷纪奥蒙坦，Regiomontanus)一起去意大利旅行。波伊巴赫在去世前，已经完成了《至大论》之《概要》(Epitome)的前6卷。雷纪奥蒙坦继续译完了这部著作，该书在其死后20年才首次出版(图5．4)。完整的《至大论》迟至1515年才出版，该版本出自13世纪克雷莫纳的杰勒德(Gerard
of Cremona)①的译本。直到1528年，才出现了译自希腊语的新译本。
①意大利学者(1114-1187)。他一生中有很长时间是在西班牙托莱多度过的。托莱多曾经是穆斯林学术中心，是寻觅知识丰富的阿拉伯著作的好地方。12世纪，翻译成了最重要的科学工作，而杰勒德就是这样一位伟大的翻译家、科学家。他一生翻译(或监督翻译)了92本阿拉伯书，这些译作中包括亚里士多德的部分著作、托勒密《至大论》的全部，以及希波克拉底和盖仑的著作。——译注
哥白尼与静止的太阳
我们已经指出，科学革命的最初阶段包括回过头去研究古代的原始资料。对某些人来说这是回到亚里士多德，对另一些人来说是回到盖仑。而第三部分人则通过对赫尔墨斯原著的研究，在探索已为亚当所知的神性知识(原始神学)中追求真理。这种赫尔墨斯的影响，在费奇诺著作所阐述的文艺复兴时期宇宙论中显而易见。而乔洛拉莫·弗拉卡斯托罗(Girolamo
Fmcastoro，1478—1553)于1538年描绘了一个复活了的亚里士多德同心天球体系。他认为，通过假设这些水晶同心天球的透明度发生变化，从而使得地球上的观察者产生距离变化的错觉，就可轻易地解决以前在解释距离变化时产生的难题。然而，尽管亚里士多德和赫尔墨斯都曾具影响力，毫无疑问，托勒密在人文主义天文学家中享有至高无上的权威。而哥白尼正是托勒密的最大受惠者。
哥白尼1473年出生于波兰的托伦(Tonm)，大约在这一年，波伊巴赫的天文学作品首次出版。18岁时，他考入克拉科夫大学(the
University of Cracow)，在那儿他开始广泛收集天文学和数学书籍。1496年——这一年雷纪奥蒙坦翻译的《至大论》之《概要》正好首次出版——他前往波伦亚学习教会法。在回家短暂探访之后(1501年)，哥白尼又来到帕多瓦学习，并于1503年在费拉拉(Ferrara)获得教会法博土学位。在波伦亚和帕多瓦时，哥白尼曾与一些博学的天文学家有过交往。在波伦亚，他认识多美尼哥·马里亚·达·诺瓦拉(Domenico
Maria da
Novara，1454—1504年)；在帕多瓦，他认识乔洛拉莫·弗拉卡斯托罗。后者既是一位天文学家，也是一位哲学家和医生。哥白尼在取得了法学学位后就转向了医学。后来，他在波兰把行医作为日常职责之一。
1506年，他回到家乡永久定居。在这里，他参与了厄尔姆兰(Ennland)这个小邦的治理，经常参与医疗和经济方面的决策。哥白尼在意大利曾学过希腊语。1509年，他翻译发表了7世纪拜占庭作家西奥菲拉卡托斯·西摩科塔(Theophylactus
Simocatta)的诗，从而被认为是二流的人文主义文学家之一。虽然这在人文主义学界中几乎谈不上是一件大事，但该书因为有一首作为序言的诗而深具影响力，这首诗赞扬了译者在天文学上的追求。甚至从那以后，哥白尼才以天文学家的身份逐渐为人所知。1514年，他被邀请(而他谢绝了)去罗马参加讨论正在拟定的历法改革。
虽然哥白尼除了这部短短的译作外没有发表什么东西，但他在波兰和意大利的许多朋友都知道了他的兴趣所在。他在《天体运行论》(De revolutionibus
orbium
coelestium，1543)中发表的少量观测材料都是他在意大利当学生时收集的。但是，大约1512年，哥白尼在一部通常被称为《评论》(Commentariolus)的手稿中已经完整地提出了日心宇宙(用“日静”这个词会更好一些，因为哥白尼并没有把太阳置于宇宙的正中心)的思想。他在手稿中概述了这个理论，并勾画了它的一些结果——他告诉读者，他正在对这个课题进行一项更大的研究。
地动的思想似乎与常识相悖，并曾给古人带来无数的困难。托勒密曾指出，如果说地球是运动的，那么所有没有固定在地球表面的物体都将落在后面。一个特殊的例子就是，从一定高度下落的石头，如果地球运动，那么石头在下落的几秒钟内将被抛离原地数英里远。但观察到的事实则是石头垂直下落，这对那些主张地静的人来说具有说服力。但哥白尼论证说，这是因为地球周围的空气被带动了(因此下落的石头随着空气一起被带动了)，但对他的许多同时代人来说，这种论证似乎经不起推敲。
为什么哥白尼最终转向了日静体系呢?有人认为，如果他不这样做，就不得不接受火星天球和太阳天球在其运行过程中相交的情况，而这对于那些仍然坚持存在各种水晶天球的人来说则是不能接受的。但还有一些也许不太合理但却不能忽视的原因。哥白尼在《天体运行论》中宣称他的工作只不过是复活了古代毕达哥拉斯学说。但在涉及到行星的秩序时，他推论说：
“太阳位于万物的中心。的确，在这座最辉煌的天宇中，它能普照万物，同时又照亮自己。难道还有谁能把这盏明灯放到另一个或者更好的位置上呢?因此，它当之无愧地被一些人喻为宇宙之灯，被另一些人称为宇宙之心灵，还被一些人比作世界的主宰。
赫尔墨斯·特利斯墨吉斯忒斯(称它为)看得见的上帝，索福克勒斯(Sophocles)①笔下的厄勒克特拉(Electra)②把它叫做万物洞察者。因此，毫无疑问，太阳位居王座统辖着周围的星族。”
①古希腊三大悲剧诗人之一(公元前496—前406)，一生共写123部剧本，传世著作有《埃阿斯》、《安提戈涅》、《俄狄浦斯王》等7部。——译注
②希腊神话中迈锡尼王阿伽门农的女儿，曾率领希腊军队作战，并怂恿其弟杀死母亲和母亲的情夫，为被此两人谋害的父亲报仇。此处，哥白尼的引文有误，索福克勒斯并非在他的{厄勒克特拉}中，而是在他的《俄狄浦斯王》中第8印行，把太阳称为万物洞察者。——译注
无论什么原因，哥白尼在40岁(如果不是更早的话)时就已经建立了自己的体系。那么，他又为何要等到30年后才发表呢?在《天体运动论》中写给教皇看的序言里，他说他不愿意出版是因为害怕无知者的反对。天文学是一门数学家的学科，而不是普通群众的学科。的确，在1539年来自维滕伯格(Wittenberg)大学的路德派(Lutheran)学者乔治·约希姆·雷梯库斯(Georg
Joachim Rheticus，1514—1574)③来到厄尔姆兰之前，几乎没有迹象表明他有出版该书的愿望。雷梯库斯此行有一个目的，就是要更多地学习这种新理论，而在此之前，他听到的只不过是一些传闻。哥白尼对他的时代很慷慨，他将自己过去40年的研究成果告诉了雷梯库斯。一年之后，雷梯库斯就写出了一部说明哥白尼体系的手稿。这部《概述》(NarratioPrima)吸引了相当广泛的读者，并且连续出了两版(1540年，1541年)。受到这种反响的鼓励，雷梯库斯极力主张哥白尼出版他的全部著作。
③德国数学家，哥白尼的第一个门徒，曾撰写过哥白尼传记，并绘制了第一幅东普鲁士地图。——译注
由于雷梯库斯曾允诺要关照好该书的整个出版过程，哥白尼很信任地把书稿交付给他。事实上，雷梯库斯并没有遵守自己的诺言，而这部后来出版的书——该书送达哥白尼手上时，他已经奄奄一息了——包括了一篇未署名的序言。这篇序言是由路德派牧师安德烈斯·奥西安德尔(Andreas
Osiander，1498—1552)所写。他指出，书中所描述的体系主要是便于天文学计算的一种数学技巧。几乎可以说这并不是哥白尼的意图，但到了该世纪后期，哥白尼并非这篇序言的作者这一事实已广为人知。
我们可以在《天体运行论》的第一卷中看到哥白尼的基本思想(图5．5)。在这里，他勾勒了行星的运动秩序；也就是在这里，我们很快就看出了托勒密的强烈影响。的确，哥白尼并非因天文观测而出名，他做的观测次数寥寥无几，当然其准确性不如他的某些前辈，而且他也没有大大简化旧有的天文学(图5．6)。他仍然接受了托勒密的本轮和均轮，并且他发现自己不能精确地把太阳置于宇宙的中心，这正如以前的天文学家不能把地球置于宇宙的中心一样。此外虽然等分圆这样一种设置由于没有物理意义而被弃而不用，但是几乎就没有别的东西被他完全抛弃。
总之，托勒密体系被改造了。太阳现在被安放在宇宙的数学中心点附近(实际上并不在正中心)，它的周围环绕着行星(地球被看成是其中之一，在它的均轮上伴随着月亮)，这些行星镶嵌在各自的水晶天球上。这个体系包含了古已有之的恒星天球。
在哥白尼看来，这个体系比以前的体系更简单、更和谐，并且如他所说，这个体系给了辉煌的太阳一个更加恰当的位置。但是，尽管哥白尼体系保留了托勒密宇宙的许多复杂性，但他在某种程度上也对其作了简化。不但等分圆被去掉了，而且用来解释行星逆行的均轮现在也发现没有必要了(图5．7)。行星相对于恒星背景退行的环状轨迹，现在可以用地球与被观察行星之间的相对位置和相对速度所产生的结果来解释。在用简单的三角学方法确定行星与太阳之间的相对距离方面，哥白尼体系也被证明是有用的(图5．8)。
恒星视差与宇宙的大小
虽然对行星逆行进行新的解释是哥白尼理论的一个胜利，但其他问题仍然困扰着16世纪后期的天文学家。地球运动的物理学问题直到下一个世纪才得以解决，但恒星视差的问题却吸引了16世纪许多天文学家的关注。有人认为，如果说地球每年绕着太阳公转，那么地球上的观察者在观测任何恒星时，都应该察觉到一段可度量的位移——至少在古人认为宇宙是有大小秩序的情况下如此。但这种角度的变化并不能在6个月内觉察出来。结果，许多人都认为地球是静止的，而哥白尼派的学者们不得不争辩说，这个宇宙比天文学家们早期设想的还要大得多(图5．9)。因此，对哥白尼的认可，也就包含了对宇宙的大小问题表明了立场。
关于这个问题的讨论有一个背景。库萨努斯曾经描述过一个无限延伸的宇宙。乔尔丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno，1548—1600)①也提出了一个类似的体系——一个无限的、分散的宇宙。