真实的哥白尼革命

在“地理大发现”轰轰烈烈开展的同时，欧洲的科学也掀起了一场变革。这场变革始于天文学和解剖学领域，终于物理学——具体来说是力学和光学——领域，今天我们称之为“第一次科学革命”。也有学者认为，科学革命就只有这唯一的一次。

第一次科学革命中有几位英雄人物是我们从小就熟悉的，他们就是哥白尼、伽利略、布鲁诺和牛顿。很多中小学在教室楼里都会悬挂这些科学伟人的画像，勉励学生们像他们一样不畏艰险追求真理。在俗常的教育中，第一次科学革命呈现为这样的面貌：首先是哥白尼在《天体运行论》中提出了完整的日心说，推翻了统治西方达一千多年之久的托勒密地心说。在这个时候，敢于接受新学说的人是代表进步的智者，而拒绝接受新学说的人则是历史的绊脚石。哥白尼本人就遭到了顽固势力的坚决反对；伽利略进一步遭到了当时的天主教会——这个中世纪西方最大反动势力的迫害；至于布鲁诺，那更是因为他勇敢的主张而被惊慌失措的教廷烧死在罗马的鲜花广场，成为为科学献身的烈士。然而，正是在这些可歌可泣的前辈的不懈坚持之下，科学的先进力量最终打败了落后势力。站在巨人肩膀上的牛顿最终用清晰简洁的公式给出了天地万物遵循的物理规律，宣告了科学最终的辉煌胜利。

然而，这种带着强烈的方向感、进步感的评价，实际上和认为农业必然取代狩猎- 采集一样，都是线性历史观的产物；它用今天的科技成果去衡量历史上的科技成果，符合今天认知的就是好的科技，不符合今天认知的就是不好的科技，于是科技的发展就自然而然地呈现为一种好科技不断积累、科技因此不断进步的线性过程。在史学理论中，这种用当下的知识水平和价值观去建构的历史叙事，叫做“辉格史”（Whig history），这是英国史学家巴特菲尔德（HerbertButterfield）在1931 年提出的概念。辉格党是英国历史上的一个政党，主张君主立宪制，为新兴的资产阶级和新贵族代言，因而与另一个维持君主专制、为土地贵族和上层宗教人士代言的保守政党托利党（Tory）形成对立。19 世纪初，属于辉格党的一些历史学家从本党的利益出发，将历史作为工具来论证本党的政见，他们所写的英国历史处处都想要体现这样一个预设的观点，就是“追求主权在民”乃是英国自古以来的光荣传统。反过来，属于托利党的历史学家则针锋相对，所写的历史处处都想要体现“主权在君”乃是英国自古以来的光荣传统的观点。

辉格史的根本问题在于，它忽视了历史本身的丰富性和复杂性，因此也不可能设身处地地对历史人物的行为作出公正的评价。诚然，历史哲学的研究表明，不可能有一种不带价值观判断、不带著史者主观筛选和叙述的历史，但无论如何，将历史上的复杂一面展示出来，努力让自己尽量置身全面的历史氛围去思考，总好过把历史当成纯粹的工具。美国著名科学哲学家、科学史家库恩（Thomas S. Kuh，1922—1996）就在1957 年出版的《哥白尼革命》一书中，全面复原了第一次科学革命中的“哥白尼革命”（天文学革命），让我们能够更准确、更全面地了解“哥白尼革命”的实质。

哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543），波兰人，自从通过家庭关系进入教堂工作之后，一生都以教士为职业。哥白尼对天文学很有兴趣，但是他根本就不是什么有革命性新思维的学者，事实上，他是一个有些胆怯的宗教“体制内”人士，一个虔诚的复古主义者，一生都试图把天文学恢复到更接近古希腊科学传统的水平。

回想第四章讲过的古希腊天文学传统，其最大特点就是追求简单和谐，所以毕达哥拉斯学派才提出了圆球套圆球、天体在球面上随圆球匀速运转的宇宙模型，并为托勒密所继承。然而，为了能够“拯救现象”，解释事实上观测到的日月行星的运行现象，托勒密系统越搞越复杂，其中的圆球（均轮和本轮）数目越来越多，大大破坏了宇宙模型应有的简单和谐特色，可是对行星的留（行星长期停留在某一天区不动的现象）和逆行（行星违反自西向东在星空中运行的常态、短时间内自东向西运动的现象）还是无法给出令人满意的解释。

哥白尼认为，如果放弃地球在宇宙中心静止不动的观念，改而认为太阳在宇宙中心静止不动，地球和五大行星绕太阳旋转（月球仍绕地球旋转），就可以圆满地解释留和逆行现象。不仅如此，如果把水星和金星放在地球所在的天球之内，那又可以圆满地解释为什么这两颗行星总是在离太阳不远的地方（水星最远只离开太阳28°，金星最远只离开48°；一周天是360°）来回往复的现象。这样一来，托勒密体系中为了解释这些现象额外引入的那些圆球就可以省去了，宇宙体系也就因此更简单，更和谐。

然而，库恩深刻地指出，日心说仅仅是在理论层面上具备这种简单和谐的美感。由于哥白尼和托勒密一样执意认为天体在圆球上做匀速运动，如果仍要“拯救现象”，让日心说体系与实际观测相吻合，那么他也不可避免要引入一大套圆球，而且还要假设太阳不在宇宙正中，而是偏于一侧（因此他的“日心说”严格说来其实是“日静说”）。当时，虽然托勒密体系中最好的模型需要设定78 个圆球组成的体系，但哥白尼自己也不得不设定一套34 个圆球的模型，在数量级上和托勒密模型一样复杂，精度却不如托勒密模型（图7-1）。对于讲究实用的人来说，如果两个模型、两个体系在实际应用时同样复杂，那么放弃已经沿用甚久的一个，非要换成另一个，就显得不是很必要。

此外，一旦哥白尼假定了地球绕太阳运动，就会带来很多违反常识的现象。比如，为什么在地球上竖直抛起一个物体，它下落的时候还落在原地，而不是落在地球的后面？今天我们用物理学上的惯性可以很容易解释这个现象，但在那个时代，惯性这个概念还没有得到很好的理解，所以哥白尼自己也回答不好这个问题。再比如，如果地球在运动，而恒星不动，那么一年下来，恒星在天空中的位置就会有变动，然而谁也没有观察到这种位置的变动。对于这个古希腊“日心说”主张者阿里斯塔克已经遇到的难题，哥白尼虽然正确指出原因在于恒星离地球太远，以致其位置变动小得无法察觉出来，但这样又要引入“恒星太远”的新假设，于是同样使人无法轻易相信。

相比之下，把地心说当成权威理论的天主教人士虽然对哥白尼的新天文体系感到不满，但总的来说还是比较宽容的。当时的教皇克雷芒七世在知道哥白尼学说之后并没有表示反对的意思，天主教的天文学家和教士也没有把哥白尼学说看成异端邪说（具有讽刺意味的是，反倒是一些著名的新教徒对哥白尼学说表示了明确反对，包括下面马上要提到的第谷）。当然，因为害怕自己的著作发表之后的潜在危险，哥白尼本来不打算在生前出版《天球运行论》（过去也译为《天体运行论》）这部全面总结了他的新理论的专著，直到他的理论在事实上已经流传开来之后，他才同意在活着的时候出版此书。1543 年这本书终于印刷出来，当时70 岁的哥白尼因患中风，已是命在旦夕。有一个非常感人的传说：当新印好的《天球运行论》被送到哥白尼的病床前时，他只用枯瘦而颤抖的手摸了一下这本书，就撒手人寰了。但我们知道实际情况之后，就会发现这个传说并没有以前认为的那么悲壮。

哥白尼日心说公布之后，天文学家自然分成了两派，一派支持日心说，一派反对日心说。在反对日心说的人里有一员大将，就是丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）。第谷是一位新教徒，后来到布拉格（今捷克首都）担任神圣罗马帝国皇帝的皇家数学家。他反对日心说自然有宗教信仰的原因，但实际上他并不是一个完全保守僵化的人。第谷是一位杰出的天文观测者，他曾经在1572 年观测到著名的“第谷新星”，以过硬的观测记录证明这颗突然出现又突然消失的星星处在土星轨道之外，的确是一颗新的星，而不是地球大气层内的现象，这说明天上并不像以往认为的那样恒定不动，同样也是变动不定。他在1577 年又观测到一颗彗星，发现它不仅位于月球的轨道之外，而且其轨迹使之不得不穿越多个行星所在的天球，但它却丝毫没有受到影响，这说明那些个天球其实根本不存在。这就完全否定了一直到哥白尼时学界都还坚持的对天体运动原因的解释。

凭借同样过硬的观测记录，第谷也觉察到托勒密地心体系漏洞百出，但是他提出了一个非常巧妙的新体系——地球仍在宇宙中心保持不动，月球和太阳绕地球运转，五大行星则绕太阳运转。第谷体系在数学上和哥白尼体系是完全等价的，但是因为仍然假定地球不动，这样就规避了哥白尼体系认为地球运动之后带来的种种麻烦，结合了托勒密体系和哥白尼体系的优点；又因为第谷把自己精确的观测整合到这个体系中，使第谷模型在预测行星位置的精度上远远优于哥白尼模型，所以他的体系在一段时间内也得到了不少天文学家的大力支持。我们可以设想，在非常强调科学实用性的今天成长起来的科学家，如果回到那个年代，恐怕更容易成为第谷的拥护者，而不是哥白尼的拥护者。也许要到1728 年英国天文学家布拉德雷（James Bradley，1693—1762）发现恒星周年光行差现象，最终证明地球的确在做相对恒星的运动之后，大家才会转而接受哥白尼体系。

然而，事实是在此之前，就有一大批天文学家和其他学者不顾哥白尼体系的种种问题和第谷体系的种种优点，成为日心说的坚定支持者。库恩指出，他们实际上是出于一种哲学信仰才表现得这么“勇敢”的。原来，教会主张的地心说是基于亚里士多德的世界观，而哥白尼却受到了复兴的新柏拉图主义（Neoplatonism）的很大影响。新柏拉图主义把太阳视为宇宙中一切活力和力量的来源，所以太阳理应取代地球，成为宇宙的中心。正是这种勇于反叛传统的哲学信仰，鞭策了哥白尼和之后的一些天文学家在证据和舆论对自己都十分不利的情况下仍然坚持日心说。

因此，在哥白尼革命之后建立的新天文学，还不是我们今天理解的现代科学（modern science），而是近代科学（early modern science）。因为这种新天文学复兴了那种古希腊式的纯粹的、理性的科学传统，因此可以称之为“古典科学”（classical science）。古典科学第一个突出的特征，就是重视思辨性，重视理论的提出。这些理论常常具有某种程度的先验性质（比如简洁性、统一性、普适性等），而且在理论面临一时无法解释的重重困难、甚至与观察相悖时，人们并不会轻易放弃理论，有时甚至像捍卫信仰一样捍卫它。这个特征可以追溯到古希腊最早的哲学学派——米利都学派。当米利都学派的第一个哲学家泰勒斯提出“万物源于水”时，这种通过思辨得出统一、普适性理论的传统就起源了。

古典科学还有另一个突出特征，这要等到讲牛顿的时候再介绍了。这里我们按着时间顺序，先让布鲁诺和伽利略出场。

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本文摘编自刘夙著《万年的竞争：新著世界科学技术文化简史 》（北京：科学出版社，2017.4）。

ISBN 978-7-03-052332-7

责任编辑：侯俊琳 牛玲

今天，人类再次走到历史的十字路口，对世界科技文化史本质的揭示，或许可以为解决当下的危及提供有益启示。

《万年的竞争：新著世界科学技术文化简史 》创新地从演化论心理学入手，重新审视世界科技文化史。作者明确提出：自1.2万年前的农业革命以来，人类仍然始终处在族群竞争之中；竞争所用的手段是各种自然技术和社会技术，以及作为一类特殊技术的科学。一部世界科技文化史，其实就是一部以族群关系为中心的世界史，相信不同领域读者都可从中获得丰富的启示。

（本期编辑：王芳，实习编辑：汪嘉欣）

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