真實的哥白尼革命

在「地理大發現」轟轟烈烈開展的同時，歐洲的科學也掀起了一場變革。這場變革始於天文學和解剖學領域，終於物理學——具體來說是力學和光學——領域，今天我們稱之為「第一次科學革命」。也有學者認為，科學革命就只有這唯一的一次。

第一次科學革命中有幾位英雄人物是我們從小就熟悉的，他們就是哥白尼、伽利略、布魯諾和牛頓。很多中國小在教室樓里都會懸挂這些科學偉人的畫像，勉勵學生們像他們一樣不畏艱險追求真理。在俗常的教育中，第一次科學革命呈現為這樣的面貌：首先是哥白尼在《天體運行論》中提出了完整的日心說，推翻了統治西方達一千多年之久的托勒密地心說。在這個時候，敢於接受新學說的人是代表進步的智者，而拒絕接受新學說的人則是歷史的絆腳石。哥白尼本人就遭到了頑固勢力的堅決反對；伽利略進一步遭到了當時的天主教會——這個中世紀西方最大反動勢力的迫害；至於布魯諾，那更是因為他勇敢的主張而被驚慌失措的教廷燒死在羅馬的鮮花廣場，成為為科學獻身的烈士。然而，正是在這些可歌可泣的前輩的不懈堅持之下，科學的先進力量最終打敗了落後勢力。站在巨人肩膀上的牛頓最終用清晰簡潔的公式給出了天地萬物遵循的物理規律，宣告了科學最終的輝煌勝利。

然而，這種帶著強烈的方向感、進步感的評價，實際上和認為農業必然取代狩獵- 採集一樣，都是線性歷史觀的產物；它用今天的科技成果去衡量歷史上的科技成果，符合今天認知的就是好的科技，不符合今天認知的就是不好的科技，於是科技的發展就自然而然地呈現為一種好科技不斷積累、科技因此不斷進步的線性過程。在史學理論中，這種用當下的知識水平和價值觀去建構的歷史敘事，叫做「輝格史」（Whig history），這是英國史學家巴特菲爾德（HerbertButterfield）在1931 年提出的概念。輝格黨是英國歷史上的一個政黨，主張君主立憲制，為新興的資產階級和新貴族代言，因而與另一個維持君主專制、為土地貴族和上層宗教人士代言的保守政黨托利黨（Tory）形成對立。19 世紀初，屬於輝格黨的一些歷史學家從本黨的利益出發，將歷史作為工具來論證本黨的政見，他們所寫的英國歷史處處都想要體現這樣一個預設的觀點，就是「追求主權在民」乃是英國自古以來的光榮傳統。反過來，屬於托利黨的歷史學家則針鋒相對，所寫的歷史處處都想要體現「主權在君」乃是英國自古以來的光榮傳統的觀點。

輝格史的根本問題在於，它忽視了歷史本身的豐富性和複雜性，因此也不可能設身處地地對歷史人物的行為作出公正的評價。誠然，歷史哲學的研究表明，不可能有一種不帶價值觀判斷、不帶著史者主觀篩選和敘述的歷史，但無論如何，將歷史上的複雜一面展示出來，努力讓自己盡量置身全面的歷史氛圍去思考，總好過把歷史當成純粹的工具。美國著名科學哲學家、科學史家庫恩（Thomas S. Kuh，1922—1996）就在1957 年出版的《哥白尼革命》一書中，全面復原了第一次科學革命中的「哥白尼革命」（天文學革命），讓我們能夠更準確、更全面地了解「哥白尼革命」的實質。

哥白尼（Nicolaus Copernicus，1473—1543），波蘭人，自從通過家庭關係進入教堂工作之後，一生都以教士為職業。哥白尼對天文學很有興趣，但是他根本就不是什麼有革命性新思維的學者，事實上，他是一個有些膽怯的宗教「體制內」人士，一個虔誠的復古主義者，一生都試圖把天文學恢復到更接近古希臘科學傳統的水平。

回想第四章講過的古希臘天文學傳統，其最大特點就是追求簡單和諧，所以畢達哥拉斯學派才提出了圓球套圓球、天體在球面上隨圓球勻速運轉的宇宙模型，並為托勒密所繼承。然而，為了能夠「拯救現象」，解釋事實上觀測到的日月行星的運行現象，托勒密系統越搞越複雜，其中的圓球（均輪和本輪）數目越來越多，大大破壞了宇宙模型應有的簡單和諧特色，可是對行星的留（行星長期停留在某一天區不動的現象）和逆行（行星違反自西向東在星空中運行的常態、短時間內自東向西運動的現象）還是無法給出令人滿意的解釋。

哥白尼認為，如果放棄地球在宇宙中心靜止不動的觀念，改而認為太陽在宇宙中心靜止不動，地球和五大行星繞太陽旋轉（月球仍繞地球旋轉），就可以圓滿地解釋留和逆行現象。不僅如此，如果把水星和金星放在地球所在的天球之內，那又可以圓滿地解釋為什麼這兩顆行星總是在離太陽不遠的地方（水星最遠只離開太陽28°，金星最遠只離開48°；一周天是360°）來回往複的現象。這樣一來，托勒密體系中為了解釋這些現象額外引入的那些圓球就可以省去了，宇宙體系也就因此更簡單，更和諧。

然而，庫恩深刻地指出，日心說僅僅是在理論層面上具備這種簡單和諧的美感。由於哥白尼和托勒密一樣執意認為天體在圓球上做勻速運動，如果仍要「拯救現象」，讓日心說體系與實際觀測相吻合，那麼他也不可避免要引入一大套圓球，而且還要假設太陽不在宇宙正中，而是偏於一側（因此他的「日心說」嚴格說來其實是「日靜說」）。當時，雖然托勒密體系中最好的模型需要設定78 個圓球組成的體系，但哥白尼自己也不得不設定一套34 個圓球的模型，在數量級上和托勒密模型一樣複雜，精度卻不如托勒密模型（圖7-1）。對於講究實用的人來說，如果兩個模型、兩個體系在實際應用時同樣複雜，那麼放棄已經沿用甚久的一個，非要換成另一個，就顯得不是很必要。

此外，一旦哥白尼假定了地球繞太陽運動，就會帶來很多違反常識的現象。比如，為什麼在地球上豎直拋起一個物體，它下落的時候還落在原地，而不是落在地球的後面？今天我們用物理學上的慣性可以很容易解釋這個現象，但在那個時代，慣性這個概念還沒有得到很好的理解，所以哥白尼自己也回答不好這個問題。再比如，如果地球在運動，而恆星不動，那麼一年下來，恆星在天空中的位置就會有變動，然而誰也沒有觀察到這種位置的變動。對於這個古希臘「日心說」主張者阿里斯塔克已經遇到的難題，哥白尼雖然正確指出原因在於恆星離地球太遠，以致其位置變動小得無法察覺出來，但這樣又要引入「恆星太遠」的新假設，於是同樣使人無法輕易相信。

相比之下，把地心說當成權威理論的天主教人士雖然對哥白尼的新天文體系感到不滿，但總的來說還是比較寬容的。當時的教皇克雷芒七世在知道哥白尼學說之後並沒有表示反對的意思，天主教的天文學家和教士也沒有把哥白尼學說看成異端邪說（具有諷刺意味的是，反倒是一些著名的新教徒對哥白尼學說表示了明確反對，包括下面馬上要提到的第谷）。當然，因為害怕自己的著作發表之後的潛在危險，哥白尼本來不打算在生前出版《天球運行論》（過去也譯為《天體運行論》）這部全面總結了他的新理論的專著，直到他的理論在事實上已經流傳開來之後，他才同意在活著的時候出版此書。1543 年這本書終於印刷出來，當時70 歲的哥白尼因患中風，已是命在旦夕。有一個非常感人的傳說：當新印好的《天球運行論》被送到哥白尼的病床前時，他只用枯瘦而顫抖的手摸了一下這本書，就撒手人寰了。但我們知道實際情況之後，就會發現這個傳說並沒有以前認為的那麼悲壯。

哥白尼日心說公布之後，天文學家自然分成了兩派，一派支持日心說，一派反對日心說。在反對日心說的人里有一員大將，就是丹麥天文學家第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）。第谷是一位新教徒，後來到布拉格（今捷克首都）擔任神聖羅馬帝國皇帝的皇家數學家。他反對日心說自然有宗教信仰的原因，但實際上他並不是一個完全保守僵化的人。第谷是一位傑出的天文觀測者，他曾經在1572 年觀測到著名的「第谷新星」，以過硬的觀測記錄證明這顆突然出現又突然消失的星星處在土星軌道之外，的確是一顆新的星，而不是地球大氣層內的現象，這說明天上並不像以往認為的那樣恆定不動，同樣也是變動不定。他在1577 年又觀測到一顆彗星，發現它不僅位於月球的軌道之外，而且其軌跡使之不得不穿越多個行星所在的天球，但它卻絲毫沒有受到影響，這說明那些個天球其實根本不存在。這就完全否定了一直到哥白尼時學界都還堅持的對天體運動原因的解釋。

憑藉同樣過硬的觀測記錄，第谷也覺察到托勒密地心體系漏洞百出，但是他提出了一個非常巧妙的新體系——地球仍在宇宙中心保持不動，月球和太陽繞地球運轉，五大行星則繞太陽運轉。第谷體系在數學上和哥白尼體系是完全等價的，但是因為仍然假定地球不動，這樣就規避了哥白尼體系認為地球運動之後帶來的種種麻煩，結合了托勒密體系和哥白尼體系的優點；又因為第谷把自己精確的觀測整合到這個體系中，使第谷模型在預測行星位置的精度上遠遠優於哥白尼模型，所以他的體系在一段時間內也得到了不少天文學家的大力支持。我們可以設想，在非常強調科學實用性的今天成長起來的科學家，如果回到那個年代，恐怕更容易成為第谷的擁護者，而不是哥白尼的擁護者。也許要到1728 年英國天文學家布拉德雷（James Bradley，1693—1762）發現恆星周年光行差現象，最終證明地球的確在做相對恆星的運動之後，大家才會轉而接受哥白尼體系。

然而，事實是在此之前，就有一大批天文學家和其他學者不顧哥白尼體系的種種問題和第谷體系的種種優點，成為日心說的堅定支持者。庫恩指出，他們實際上是出於一種哲學信仰才表現得這麼「勇敢」的。原來，教會主張的地心說是基於亞里士多德的世界觀，而哥白尼卻受到了復興的新柏拉圖主義（Neoplatonism）的很大影響。新柏拉圖主義把太陽視為宇宙中一切活力和力量的來源，所以太陽理應取代地球，成為宇宙的中心。正是這種勇於反叛傳統的哲學信仰，鞭策了哥白尼和之後的一些天文學家在證據和輿論對自己都十分不利的情況下仍然堅持日心說。

因此，在哥白尼革命之後建立的新天文學，還不是我們今天理解的現代科學（modern science），而是近代科學（early modern science）。因為這種新天文學復興了那種古希臘式的純粹的、理性的科學傳統，因此可以稱之為「古典科學」（classical science）。古典科學第一個突出的特徵，就是重視思辨性，重視理論的提出。這些理論常常具有某種程度的先驗性質（比如簡潔性、統一性、普適性等），而且在理論面臨一時無法解釋的重重困難、甚至與觀察相悖時，人們並不會輕易放棄理論，有時甚至像捍衛信仰一樣捍衛它。這個特徵可以追溯到古希臘最早的哲學學派——米利都學派。當米利都學派的第一個哲學家泰勒斯提出「萬物源於水」時，這種通過思辨得出統一、普適性理論的傳統就起源了。

古典科學還有另一個突出特徵，這要等到講牛頓的時候再介紹了。這裡我們按著時間順序，先讓布魯諾和伽利略出場。

本文摘編自劉夙著《萬年的競爭：新著世界科學技術文化簡史 》（北京：科學出版社，2017.4）。

ISBN 978-7-03-052332-7

責任編輯：侯俊琳 牛玲

今天，人類再次走到歷史的十字路口，對世界科技文化史本質的揭示，或許可以為解決當下的危及提供有益啟示。

《萬年的競爭：新著世界科學技術文化簡史 》創新地從演化論心理學入手，重新審視世界科技文化史。作者明確提出：自1.2萬年前的農業革命以來，人類仍然始終處在族群競爭之中；競爭所用的手段是各種自然技術和社會技術，以及作為一類特殊技術的科學。一部世界科技文化史，其實就是一部以族群關係為中心的世界史，相信不同領域讀者都可從中獲得豐富的啟示。

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