1473年今日,波兰著名天文学家、数学家以及神父,近代日心说的提出者,尼古拉·哥白尼出生。
尼古拉·哥白尼
哥白尼出生在波兰一个富裕的资产阶级家庭里,在成长过程中接收到了良好的教育。父亲去世后是他的舅舅负责确保小尼古拉持续受到最好的教育。他在当时波兰最负盛名的学府——克利科夫大学学习数学和天文学,同时也学习医学、法律和三艺(语法、逻辑和修辞,中世纪博雅教育的基础)。然而哥白尼却在拿到学位前放弃了学业,他辗转前往意大利,进入博洛尼亚大学学习教会法、民法以及医学和哲学。同时他也开始学习希腊语,这对他日后研究古代科学有很大帮助。
地心说模型
而当时的天文学,基本上可以被成为是“天球学”。这是由于托勒密的地心说理论就是建立在“天球”模型之上的。在古希腊时期,由于缺乏对宇宙进行准确观察的手段,希腊人主观地认为地球就是宇宙的中心,各类天体围绕地球运转(事实上在古希腊时期也有不少人提出过日心说,但这些理论由于自身的种种缺陷都没能流传下来)。而托勒密作为那个时代的佼佼者,他将地心说模型进一步发展完善:所有的天体都被“镶嵌”在一个透明玻璃球般的半球(天球)的球壳中,而半球形的地球就是位于天球的中心位置,所有天体都伴随着天球球壳的旋转而围绕静止的地球运动。
在考虑了本轮之后,火星是这样绕着地球转的
而且托勒密体系相比于当时其他模型先进的地方在于他考虑到了“行星逆行”的现象(例如非常著名的水逆),为此,他在模型中提出了“本轮”论,即这些行星在围绕地球旋转的同时,也会在轨道上沿着一个自己的轮状轨道(本轮)进行旋转。托勒密的理论体系在2世纪左右成形,在13世纪开始被天主教教会接纳,成为当时标准的世界观。虽然以现在的技术与观点看来,地心说过于主观地认为所有天体都围绕地球旋转以及“本轮”的引入使得行星的轨道显得过于复杂,但地心说在当时的技术环境下与人类对于宇宙的观察结果非常吻合。而这就是地心说在当时长期统治西方天文学的根本原因。
地心说模型
但随着文艺复兴的发生,新技术与新观点开始在欧洲涌现。随着人类对于宇宙的观察越来越精确,在14到15世纪时有人开始质疑托勒密的地心说体系。而哥白尼在意大利时住在一位天文学家诺瓦拉的家中,诺瓦拉正是第一批反对托勒密地心说观点的人之一。毫无疑问,年轻的哥白尼接受了不少这位先驱的影响。据哥白尼的天文学家友人回忆说“比起弟子,他更像是大学者的助手或是观测的见证人。“尽管早早显露出在天文学方面的热情和才华,哥白尼不得不完成自己教会法和医学的学业,并回到祖国。哥白尼医术高超的名声逐渐传开,他成为类似主教们私人医生的角色。哥白尼无法完全满足舅舅对自己的期望——成为一位真正的神职人员,但他还是连续在自己所处的教区内承担了一些比较重要的工作。然而,哥白尼的热情和才华绝不仅仅止于宗教,亦或是天文学:他成为第一位将古希腊作品翻译成波兰语的译者;他甚至还写过一篇关于货币危机的论文,讨论当时撼动波兰的一次经济危机(他在经济学方面还总结了货币量化力量,得出了“劣币驱逐良币”理论的前身)。
《天体运行论》
然而这些年来,作为波兰教士的哥白尼从未停止过天文学的研究。他早就认识到了托勒密地心说的局限性和建立一个日心说系统的必要性。1511年到1512年,他就在一篇论文中比较完整地论证了日心说体系。虽然早在古希腊时期就有人提出过日心说,但哥白尼与他们之间的区别在于哥白尼是基于实验观察数据得到的结论。当然,这篇论文只能秘密地在朋友间流传。根据哥白尼自己的证言,他将这个“日心说”的秘密守护了36年。而他这么做的理由,源于他在科学论证方面的谨慎。虽然他的观测和计算都十分确凿地指向了日心说的正确性,然而同先驱者一样,他的数据面临着不少令人困惑的、无法解释的误差。事实上,一个世纪以后,直到开普勒发现了“天体实际上是椭圆形的”这一事实,哥白尼当时面临的困难才得到充分解释。但要知道,在16世纪和之前很长一段时间内,“天体是圆球形的”这一观点被当作基本事实被所有人(自然也包括哥白尼在内)接受。另外,维瓦斯河流域附近多雾的天气也阻挠了天文学家的观测。哥白尼曾花数年建立一个更复杂的猜想性系统:本轮之外还有几个小的离心轮。但最后都无一例外地失败了。《天体运行论》1530年时已经完稿,1533年左右,关于哥白尼日心说的理论就传到了教宗克雷芒七世的耳朵里。尽管已经有许多包括高级神职人员在内的人读到了原稿,《天体运行论》的出版还要等到1543年,也就是哥白尼去世的那一年。据说,在病榻上的哥白尼只来得及摸了摸寄来样书的封面,就撒手离世了。
与普遍的观点相反,作为教士,哥白尼并未恐惧自己的书遭到封禁,他甚至还在书的序中写明本书献给教宗保罗三世,当时教会中也有许多高级神职人员支持该书的出版。这是由于哥白尼的日心说理论在当时还留有不少漏洞,一旦出版势将面临同行的诸多质疑,他认为,教会的权威恰好是确保《天体运行论》能顺利出版的关键。只是在《天体运行论》出版后,该书与日心说在当时并未引起很大的波澜(一方面是缺乏宣传,另一方面也由于不是每个人都能看懂),只是被当作一种新的理论。而且“哥白尼提出日心说推翻了地心说”的说法事实上也不准确,哥白尼的日心说模型事实上是基于托勒密体系的一种改良。一方面哥白尼没有放弃“天球”模型,另一方面哥白尼也没有充分的数据可以证明地心说存在错误,在当时看来日心说优于地心说的地方在于日心说的模型更为简洁易懂(没有本轮),但在与观察数据的吻合度方面来说,当时的日心说甚至不如地心说准确。
第谷体系
虽然哥白尼逝世了,但关于日心说的故事显然还没有结束。《天体运行论》在出版后很长一段时间里既没有受到封禁也没有受到热捧,当时唯一直接批评该著作的“历史名人”是马丁·路德。由于地心说更吻合当时的观察数据,日心说直到17世纪初都只有很少支持者。在这段时期里,丹麦天文学家兼占星术士与炼金术士第谷·布拉赫曾经提出过一种介于日心说与地心说之间的理论:第谷体系。第谷体系基本是可以看作是对日心说妥协之后的托勒密体系。虽然这种体系很快就被淘汰了,但他在当时留下的观测数据也算是推动了天文学的发展。
第谷与开普勒
虽然第谷至死都没有听从他助手的建议直接采纳日心说,但他的这位助手依然坚信日心说的正确性。而他的这位助手就是大名鼎鼎的约翰内斯·开普勒。而开普勒通过更精准的观察得出了行星运动三规律:轨道定律、面积定律以及周期定律,为日心说提供了最强有力的证据。另一方面,开普勒对于木星卫星的发现以及金星的满盈现象也直接挑战了地心说的地位。直到这时候,日心说的地位才足以与地心说分庭抗礼,并最后推翻了地心说。这段时期还有另外一位著名的日心说支持者名叫焦尔达诺·布鲁诺,他就是那位“死于火刑的日心说支持者”。但事实上布鲁诺对于日心说的支持是来源于宗教因素,而非对于宇宙的观察,他最后死于火刑也是因为宗教原因(虽然在19到20世纪间他曾被认为是天文学界的烈士,但这事早有争议)。随着日心说的兴起与地形说的被推翻,作为近代日心说的起源,哥白尼的《天体运行论》终于在1616年遭到了罗马教廷的封禁。
这场日心说取代地心说的革命直到17世纪才宣告完成。可以说,哥白尼是那位发起革命的人,而开普勒是那位完成革命的人。
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