哥白尼写《天球运行论》不是为了对抗教会,而是为了取消“偏心匀速点”,哥白尼的偶像和对手是托勒密。
哥白尼,哥白尼也没有被烧死,被烧死的是布鲁诺。据说,当时哥白尼躺在病床上,摸了一下他的毕生心血《天球运行论》,然后还没来得及翻开,就离开了人世。
哥白尼不知道《天球运行论》出版的那年,即1543年,会被后人视为“科学革命”的开端,他在生前还不知道自己是一位伟人。
哥白尼研究天文学是出于一种纯粹的兴趣:
天体运行论《天体运行论》(De Revolutionibus Orbium Coelestium)是波兰天文学家哥白尼所著的一本讲述他自己的天文学说的著作。著作简介:《天体运行论》(De Revolutionibus Orbium Coelestium)又名《试论天体运行的假说》,长达6卷,是波兰天。
如果真有一种科学能够使人心灵高贵,脱离时间的污秽,这种科学一定是天文学。因为人类果真见到天主管理下的宇宙所有的庄严秩序时,必然会感到一种动力促使人趋向于规范的生活,去实行各种道德,可以从万物中看出来造物主确实是真美善之源。
哥白尼在交付手稿时并无书名,该书在1543年出版时,出版者将它命名为《关于天体旋转的六卷集》,后简称《天体运行论》。《天体运行论》共分六卷。第一卷简要介绍了日心学说的基本观点,是全书的总纲。论述了地球的运动、各。
要知道,在哥白尼那个时代,还没有计算器,而托勒密体系非常复杂,无论是托勒密的支持方还是反对方,都得先把那一大堆轮子先搞清楚。这需要耗费大量的心血。如果不是出于一种纯粹的兴趣,哥白尼不可能完成他的理论。
也就是说,哥白尼本人是为了“追求真理”(对于哥白尼而言,偏心匀速点必须被取消,不然就像),而非为了“谋求生计”,也不是为了“对抗教会”,才最终完成了《天球运行论》。
这是一种“为知识而知识”的科学精神。
天球运行论《天球运行论》(De Revolutionibus Orbium Coelestium)是波兰天文学家哥白尼所著的一本讲述他自己的天文学说的著作。在1514年5月,哥白尼写成了《天球运行论》,创立了“日心说”,推翻了“地心说”。《天球运行论。
在古希腊,世界是充满秩序(cosmos)的,被一层层“水晶天球”包裹着。
在古希腊,人们认为天体是高贵的,作为高贵的存在者,天体应该是静止不动的。可是,如果天体静止不动,地球也不动,那么是何者在运动呢?于是,想象力丰富的他们在观念中创造了“天球”这一概念,想象着天体悬挂在水晶天球上,被天球携带着旋转。即天体挂在天球上,天球带着天体动。如图:
图1 希腊人的水晶天球
如果要使用“天球”的理论框架来精确解释天文现象,其实是非常困难的。比如火星的“留和逆行”问题,在地球上观测时,火星的运行轨迹并不是一段圆弧,而是有所往返。解决方案最终是托勒密的“本轮—均轮”模型,火星在本轮上,本轮做高贵的匀速圆周运动,而本轮又在均轮上,均轮也做高贵的匀速圆周运动。托勒密认为,正是这两个轮子昼夜不息地做高贵的匀速圆周运动,使得火星出现了“留和逆行”现象。如图:
图2 本轮-均轮模型解释“留和逆行”
但事实上,“本轮—均轮”模型也只能做一种定性解释,为了让数学模型更加能够和现象拟合,希腊人又发明了“偏心匀速点(Equant point,下图译为“等距点”)”。就是说,均轮不再围绕圆心做匀速转动,而是围绕“偏心匀速点”匀速转动,如图:
图3 偏心匀速点的引入
哥白尼是波兰的天文学家,创立“日心说”,创作巨著《天体运行论》,被称为“大地的儿子”
这仅仅是数学模型的概述,如果要定量计算,那就十分恐怖了。仅仅是描述火星的运动,都会非常不容易。而托勒密在《天文学大成》中完成了对当时所有行星轨迹的数学描述,所以他的书又被阿拉伯人翻译为《至大论》。托勒密的模型非常复杂,计算量无比浩瀚,最终的模型经过简化后,大致是这么个感觉(一个轮子套着一个轮子,但其实要复杂得多,因为“留和逆行”并非一种均匀、重复出现的现象):
图4 天球运行轨迹的大致图示
正是哥白尼,他嫌弃托勒密的理论体系太过臃肿,而没有数学的简洁之美、纯粹之美。尤其是偏心匀速点,简直是不能容忍。因为一旦有了偏心匀速点,天球的运动就不是柏拉图式的高贵的圆周运动。而为了取消偏心匀速点,哥白尼最终发现,需要把“太阳”放在世界中心。而事实上,即使把太阳放在世界中心后,在计算量方面,哥白尼的体系和托勒密的体系仍然是相差无几的。
虽然计算量相差无几,但是由于取消了“偏心匀速点”,天球终于恢复了高贵的圆周运动,所以哥白尼感感到十分欣慰。
哥白尼在《天体运行论》中还详细讲解了地球的三种运动(自转、公转、赤纬运动)所引起的一系列现象一一岁差现象、月球运动、行星运动的规律及金星、水星的纬度偏离和轨道平面的倾角。《天体运行论》的诞生使当时所知道的太阳系内。
这一理论体系的变更,直接使得天球被砸碎,宇宙被搞大。问题的一个焦点在于“地—月”体系,因为月球仍然是围绕地球旋转的,而地球和其他行星又围绕太阳旋转,这就必然导致“天球”的轨道存在碰撞。另一方面,地球在运动也就意味着人们的观测角度发生了变化,人们不再是在固定的点观测天文现象,那么就必然出现“视差”问题。而如果根据“视差”来推算天体和地球之间的距离,人们就会发现太阳距离地球其实非常遥远(从几何学来说是这样的),所以“一个封闭世界被吹大了,开始向无限宇宙发展”。
也就是说,哥白尼为了取消“偏心匀速点”,最终破坏了“水晶天球”这一美好的想象以及与之相关联的理论模型,并且“把宇宙搞大了”。一方面,宇宙的边界被扩宽,那么宇宙究竟有多大呢?这一思考引出的无限宇宙是“牛顿惯性定律”得以可能的思想前提,因为如果宇宙是封闭的,那么物体最终必然碰到宇宙的边界,也就不可能“永不停息地作匀速直线运动”。另一方面,没有天球带着天体运动了,那么天体为何运动呢?这一思考要求对天体运动的原因给出新的解释,隐隐呼唤着“万有引力”定律。从某种意义而言,牛顿的理论就是对哥白尼思想的回应。