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后来硬是被天文学家,这个蠢货想颠覆整个天文学

后来被弄歪了

1543年,波兰天文学家哥白尼在《天体运行论》中提出了“日心说”,用太阳取代了地球成为中心,可以更完善地解释我们观测到的各类天文现象。后来经过伽利略、开普勒等天文学家证明,“日心说”比“地心说”更为合理。从此,占据统治地位一千多年“地心说”被天文学家抛弃。这段宇宙观念的大变革时期,被我们称为“科学革命”。

1660年出版的星图《和谐大宇宙》就描绘了从托勒密时代到哥白尼时代星图的变迁。也展示了“科学革命”时期,人们宇宙观念的变革。

图片 1《和谐大宇宙
Harmonia Macrocosmica》by Andreas Cellarius, 1660/61. 

主画面是伽利略发现木星卫星之后的哥白尼日心说。
左下角是托勒密和他的地心说。托勒密脚边的天球图上,黄道是水平的。右下角是哥白尼和他的日心说。注意哥白尼脚边被掩盖的天地仪上,黄道是倾斜的,代表被扬弃的地心说,他手里的地球仪,从经纬线上可以看出来,已经“歪”了。图片来源:science.uu.nl

哥白尼告诉我们,地球只不过围绕太阳运动的一颗普通行星,地球运动包括自转和公转。日月星辰每天东升西落,实际上是地球绕贯穿南北极的自转轴发生自转的结果;黄道面实际上是地球围绕太阳公转的轨道平面。黄赤交角,即我们在之前也提到的(倾斜的)黄道面和赤道面的夹角,是地球整体相对黄道面的倾斜程度。换句话说,地球是倾斜着绕太阳转动的!

当“日心说”被科学界所公认,确认地球倾斜着绕太阳转动之后,为了形象地表示我们对哥白尼科学革命的崇高敬意,地球仪从此就变成如今的“歪”着的形象啦。“歪”地球仪意味着,赤道面是倾斜的,而黄道面也就是地球绕太阳的轨道是水平的。让地球在“水平”轨道上跑,在我们想象中应该更合理一些,对吧?

图片 2今天的地球仪。图片来源:Toys
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在你的教室里,倾斜的地球仪悄悄诉说着的,正是科学革命时代,哥白尼思想对我们的宇宙观念、对人类文化形成的巨大冲击。

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哥白尼1473年2月19日出生于波兰维斯杜拉河畔托伦市的一个富裕家庭。18岁时就读于波兰旧都的克莱考大学,学习医学期间对天文学产生了兴趣。1496年,23岁的哥白尼来到文艺复兴的策源地——意大利,在博洛尼亚大学和帕多瓦大学攻读法律、医学和神学。博洛尼亚大学的天文学家德诺瓦拉(1454~1540年)对哥白尼影响极大,哥白尼在他那里学到了天文观测技术以及希腊的天文学理论。
在意大利期间,哥白尼熟悉了希腊哲学家阿里斯塔克斯的学说,确信地球和其他行星都围绕太阳运转这个日心说是正确的。他大约在40岁时开始在朋友中散发一份简短的手稿,初步阐述了他自己有关日心说的看法。哥白尼经过长年的观察和计算终于完成了他的伟大着作《天体运行论》。他在《天体运行论》中观测计算所得数值的精确度是惊人的。他得到恒星年的时间为365天6小时9分40秒,比现在的精确值约多30秒,误差只有百万分之一;他得到的月亮到地球的平均距离是地球半径的6030倍,和现在的6027倍相比,误差只有万分之五。
哥白尼的日心说发表之前,地心说在中世纪的欧洲一直居于统治地位。自古以来,人类就对宇宙的结构不断地进行着思考,早在古希腊时代就有哲学家提出了地球在运动的主张,只是当时缺乏依据,因此没有得到人们的认可。在古代欧洲,亚里士多德和托勒密主张地心说,认为地球是静止不动的,其他的星体都围着地球这一宇宙中心旋转。
这个学说的提出与基督教《圣经》中关于天堂、人间、地狱的说法刚好互相吻合,处于统治地位的教廷便竭力支持地心学说,把地心说和上帝创造世界融为一体,用来愚弄人们,维护自己的统治。因而地心说被教会奉为和《圣经》一样的经典,长期居于统治地位。随着事物的不断发展,天文观测的精确度渐渐提高,人们逐渐发现了地心学说的破绽。到文艺复兴运动时期,人们发现托勒密所提出的均轮和本轮的数目竟多达80个左右,这显然是不合理、不科学的。
人们期待着能有一种科学的天体系统取代地心说。在这种历史背景下,哥白尼的地动学说应运而生了。1515年,哥白尼为阐述自己关于天体运动学说的基本思想撰写了一篇题为《浅说》的论文。他认为天体运动必须满足以下七点:不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心;地球只是引力中心和月球轨道的中心,并不是宇宙的中心;所有天体都绕太阳运转,宇宙的中心在太阳附近;地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的;在天空中看到的任何运动,都是地球运动引起的;在空中看到的太阳运动的一切现象,都不是它本身运动产生的,而是地球运动引起的,地球同时进行着几种运动;人们看到的行星向前和向后运动,是由于地球运动引起的。地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象了。此外,哥白尼还描述了太阳、月球、三颗外行星和两颗内行星的视运动。
书中,哥白尼批判了托勒密的理论,科学地阐明了天体运行的现象,推翻了长期以来居于统治地位的地心说,并从根本上否定了基督教关于上帝创造一切的谬论,从而实现了天文学中的根本变革。他正确地论述了地球绕其轴心运转、月亮绕地球运转、地球和其他所有行星都绕太阳运转的事实。但是他也和前人一样严重低估了太阳系的规模。他认为星体运行的轨道是一系列的同心圆,这当然是错误的。他的学说里的数学运算很复杂也很不准确。
但是他的书立即引起了极大的关注,驱使其他一些天文学家对行星运动做更为准确的观察,其中最着名的是丹麦伟大的天文学家泰寿勃莱荷,开普勒就是根据泰寿积累的观察资料,最终推导出了星体运行的正确规律。这是一个前所未闻的开创新纪元的学说,对于千百年来学界奉为定论的托勒密地球中心说无疑是当头一棒。
虽然阿里斯塔克斯比哥白尼提出日心学说早1700多年,但是事实上哥白尼得到了这一盛誉。阿里斯塔克斯只是凭借灵感做了一个猜想,并没有加以详细的讨论,因而他的学说在科学上毫无用处。哥白尼逐个解决了猜想中的数学问题后,就把它变成了有用的科学学说——一种可以用来做预测的学说,通过对天体观察结果的检验并与地球是宇宙中心的旧学说的比较,你就会发现它的重大意义。显然,哥白尼的学说是人类对宇宙认识的革命,它使人们的整个世界观都发生了重大变化。但是在估价哥白尼的影响时,我们应该注意到,天文学的应用范围不如物理学、化学和生物学那样广泛。
从理论上来讲,人们即使对哥白尼学说的知识和应用一窍不通,也会造出电视机、汽车和现代化工厂之类的东西,但是不应用法拉第、麦克斯韦、拉瓦锡和牛顿的学说则是不可想象的。仅仅考虑哥白尼学说对技术的影响就会完全忽略它的真正意义。哥白尼的书对伽利略和开普勒的工作是一个不可缺少的序幕。他俩又成了牛顿的主要前辈,是他们的发现才使牛顿有能力确定运动定律和万有引力定律。
哥白尼的日心宇宙体系既然是时代的产物,它就不能不受到时代的限制。反对神学的不彻底性,同时表现在哥白尼的某些观点上,他的体系是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是局限在一个小的范围内的,具体来说,他的宇宙结构就是今天我们所熟知的太阳系,即以太阳为中心的天体系统。宇宙既然有它的中心,就必须有它的边界,哥白尼虽然否定了托勒密的九重天,但他却保留了一层恒星天,尽管他回避了宇宙是否有限这个问题,但实际上他是相信恒星天球是宇宙的外壳,他仍然相信天体只能按照所谓完美的圆形轨道运动,所以哥白尼的宇宙体系,仍然包含着不动的中心天体。但是作为近代自然科学的奠基人,哥白尼的历史功绩是伟大的。
确认地球不是宇宙的中心,而是行星之一,从而掀起了一场天文学上根本性的革命,是人类探求客观真理道路上的里程碑。哥白尼的伟大成就,不仅铺平了通向近代天文学的道路,而且开创了整个自然界科学向前迈进的新时代。从哥白尼时代起,脱离教会束缚的自然科学和哲学开始获得飞跃的发展。从历史的角度来看,天体运行论是当代天文学的起点——当然也是现代科学的起点。

  远古时代,人类祖先站在洪荒漠野上,抬头凝望着天上的日月星辰,产生了无穷的遐想。有人说,天是由站在地上的擎天神扛在肩上的。“盖天说”由此形成了。他们认为地是平的,天是圆的,中间隆起,四周下垂,就像盖在地上的一个半球形的大帐篷。
  后来,人们在观察中发现,“盖天说”无法解释日月星辰的东升西落。到了公元前4世纪,亚里士多德创立了“地心说”。亚里士多德认为,宇宙是一个有限的球体,分为天地两层,地球位于宇宙中心,所以日月围绕地球运行,物体总是落向地面。而地球之外有9个天层,各个天层自己都不会运动,是上帝推动了恒星天层,才带动了所有的天层。人类居住的地球,巍然不动地居于宇宙中心。
  作为古希腊的最后一位天文学家,托勒密全面承袭了亚里士多德的“地心说”,托勒密的“地心说”恰好迎合了基督教义。《圣经》上讲:宇宙和地球都是上帝耶和华创造的,地球不动位居宇宙中心,圣地耶路撒冷位居大地中央,人类是神的骄子,宇宙间的万物都是神为了满足人的需要创造出来的。于是,托勒密的“地心说”成了圣经,天文学成了宗教的奴婢,这种状况一直延续到哥白尼时代。
  哥白尼,1473年出生在波兰托伦小城的一个商人家庭。18岁的时候,舅父把他送进了克拉科夫大学,在那里,思想敏锐的哥白尼对天文学和数学发生了极大的兴趣。他钻研了数学,并广泛涉猎古代天文学书籍,潜心研究过“地心说”,做了许多笔记和计算,并开始用仪器观测天象。
  后来,哥白尼来到意大利,在学术气氛十分活跃的帕多瓦大学学习。该校的天文学教授诺法拉对“地心说”表示怀疑,认为宇宙结构可以通过更简单的图式表现出来。
  在老师的思想熏陶下,哥白尼也想到,会不会是地球及行星围绕着太阳旋转呢?回到波兰后,哥白尼继续进行长期的天象观测和研究,更进一步认定太阳是宇宙的中心。
  他觉得,行星的顺行逆行,是地球和其他行星绕太阳公转的周期不同造成的假象,表面上看起来好像太阳在绕地球转,实际上则是地球和其他行星一起,在绕太阳旋转。这一点就像我们坐在船上,明明是船在走,但却感觉到是岸在往后移一样。
  哥白尼夜以继日地观测着,计算着,终于冲破重重阻力,创立了以太阳为中心的“日心说”。哥白尼曾把他的“日心说”主要观点写成一篇《浅说》,抄赠给一些朋友。他的观点立即引起了欧洲各国的重视,可他不敢把它们全部写出来发表,害怕由此招致教会的迫害。
  但是,哥白尼曾经说过:“人的天职在于探索真理。”在探索真理的强烈冲动下,他还是在踌躇中开始了《天体运行论》一书的写作。这部6卷本的科学巨著几经周折,终于艰难地面世了。此刻,哥白尼的生命也走到了尽头。他在临终前一个小时才看到这本还散发着油墨清香的著作,他用颤抖的手摩挲着书页,溘然长逝。
  《天体运行论》明确地提出所有的行星都是以太阳为中心并绕着太阳进行圆周运动的。书中写道:“地球是动的。”“地球除了旋转外,还有某些运动,还在游荡,它其实是一颗行星。”“在所有这些行星中间,太阳傲然坐镇……太阳就这样高踞于王位之上,统治着围绕膝下的子女一样的众行星。”
  《天体运行论》虽然也存在缺点,但它在人类历史上第一次描绘出了太阳系结构的真实图景,揭示了地球围绕太阳转的本质,把颠倒了1000多年的日地关系重新颠倒过来,从而引起了中世纪宇宙观的彻底革命,沉重打击了封建教会的神权统治。基督教中的顽固分子恨恨地说:“这个蠢货想颠覆整个天文学!”

地球仪的摆放方式,也反映出了我们对于宇宙的认识,这是哥白尼“日心说”的功劳。

图片 4《创始记:逐出伊甸园》
The Creation and the Expulsion from the Paradise by Giovanni diPaolo.
1445。表现上帝和天使把亚当、夏娃赶出伊甸园的宗教画。我们要注意飞翔的上帝正在用手推动“地心说”宇宙模型。图片来源:Wikipedia

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