讓世人驚呆了的「日心說」在提出的開始,根本就不受重視?!——《全球科技大歷史》

  • 作者:吳軍

文藝復興之後,出現了科學史上第一個震驚世界的成果—日心說。

不被重視的「重磅消息」

以托勒密地心說為基礎的儒略曆經過了 1300 多年的誤差累計,已經和地球圍繞太陽運動的實際情況差了 10 天左右,用它指導農時經常會誤事。因此,制定新的曆法迫在眉睫。1543 年,波蘭教士哥白尼發表的《天體運行論》提出了日心說。雖然早在西元前 300 多年,古希臘哲學家阿利斯塔克(Aristarchus,約前 315∼前 230 年)就已經提到日心說的猜想,但是建立起完整的日心說數學模型的是哥白尼。

《天體運行論》中哥白尼的宇宙觀。圖/wikimedia

身為神職人員,哥白尼非常清楚他的學說對當時已經認定地球是宇宙中心的天主教來說無疑是一顆重磅炸彈,因此,他直到去世前才將自己的著作發表。不過,哥白尼的擔心在一開始時似乎顯得多餘,因為在接下來的半個世紀裡,日心說其實很少受到知識階層的關注,教會和學術界(當時微弱得可憐)既沒有贊同這種新學說,也沒有刻意反對它,而只是將它作為描述天體運動的一個數學模型。有時候最可悲的事情並非到處是反對的聲音,而是一種可怕的寂靜。日心說剛被提出來的時候,就面臨著這樣一種尷尬的處境。

為什麼我們今天認為的具有革命性的日心說在當時並不受重視呢?這主要有兩個原因。

首先,日心說和當時人們的常識相違背,因此,人們只是把它當作不同於地心說的數學模型,而非描繪星球運動規律的學說。其次,哥白尼的日心說模型雖然比托勒密的地心說模型簡單,但是沒有托勒密的模型準確,因此,大家也不覺得它有什麼用。

1582 年,教皇格里高利十三世(又譯作額我略十三世)頒布了新的曆法(格里曆),完全是出於經驗把曆法調整得更準確,與哥白尼的新理論並無關係。既然不重要,自然就沒有多少人關注它,支持日心說的人也就更少了。

日心說與地心說的生死對決

不過,半個多世紀之後,哥白尼所擔心的驚濤駭浪終於到來,因為一位義大利神父迫使教會不得不在日心說和地心說之間做出二擇一的選擇,他就是焦爾達諾.布魯諾(Giordano Bruno, 1548-1600)。在中國,布魯諾因為多次出現在中學課本裡而家喻戶曉,他在過去一直被宣傳為因支持日心說而被教會處以火刑,並且成了堅持真理的化身。

焦爾達諾·布魯諾。圖/wikimedia

事實上,雖然上述都是事實,並且在布魯諾之後的很長時間裡,教會也是反對日心說的,但是這幾件事加在一起並不足以說明「因為教會反動,反對日心說,於是處死了堅持日心說的布魯諾」。真相是,布魯諾因為泛神論觸犯了教會,同時到處揭露教會的醜聞,最終被作為異端處死。而布魯諾宣揚泛神論的工具則是哥白尼的日心說,這樣,日心說也就連帶被禁止了。

應該說,布魯諾是一個很好的講演者,否則教會不會那麼懼怕他。但是,科學理論的確立靠的不是口才,而是事實,因此,布魯諾對日心說的確立事實上沒有產生多大作用。第一個拿事實說話支持日心說的科學家是伽利略。

科學研究在教會權威面前不得不低頭的時代

1609 年,伽利略自己製作了天文望遠鏡,發現了一系列可以支持日心說的新的天文現象,包括木星的衛星體系、金星的滿盈現象等,這些現象只能用日心說才解釋得通,地心說則根本解釋不通。這樣一來,日心說才開始被科學家接受,而被科學家接受是被世人接受的第一步。

1611 年,伽利略訪問羅馬,受到了英雄般的歡迎。由於有梅迪奇家族在財力和政治上的支持,伽利略的研究工作進展得非常順利。同年,他準確地計算出木星衛星(四顆)的運行週期。出於對梅迪奇家族的感激,伽利略將這四顆衛星以梅迪奇家族成員的名字命名。

伽利略自己製作天文望遠鏡,發現了一系列支持日心說的天文現象。圖/wikimedia

正當伽利略在天文學和物理學上不斷做出成就時,當時的政治環境已經對他的研究非常不利了。

從文藝復興開始直到 16 世紀末,羅馬的教皇都是一些懂得藝術、行事溫和的人,其中有四位本身就來自梅迪奇家族。1605 年,來自梅迪奇家族的利奧十一世教皇去世了,這標誌著這個影響了歐洲幾百年的家族對政治的影響力開始式微。

17 世紀初,羅馬教廷的權威由於受到來自北方新教(宗教改革後的路德派和喀爾文派)的挑戰,開始變得保守,並開始打擊迫害持異端思想的人。在這個背景下,1616 年,教會裁定日心說和《聖經》相悖,伽利略也因此受到指控。

不過,教會並沒有禁止將日心說作為數學工具教授。1623 年,伽利略的朋友烏爾巴諾八世(Pope Urban VIII, 1568-1644)當選為教皇,新教皇對這位大科學家十分敬重,反對 1616 年對他的指控,至此,事情似乎要出現轉機。烏爾巴諾八世希望伽利略寫篇文章,從正反兩個方面對日心說進行論述,這樣既宣傳了科學家的思想,也維護了教會的權威。伽利略答應了,但是等他把論文寫完,卻惹了大禍。

《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。圖/wikimedia

伽利略在他的這篇大作《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》中,讓一個叫辛普利西奧(Simplicio,即頭腦簡單到白痴的意思)的人為地心說辯護,所說的話也是漏洞百出,伽利略甚至把烏爾巴諾八世的話放到了辛普利西奧的嘴裡。這樣一來,他徹底得罪了教會。

當時,梅迪奇家族的家長費爾南多二世(Ferdinando II de’ Medici, 1610-1670)是伽利略的保護人,雖然他多方周旋試圖保護伽利略,但是仍無濟於事。伽利略在生命最後的十年回到佛羅倫斯的家中,著書立說,於 1642 年走完了他傳奇的一生。

簡單易懂的橢圓軌道模型,讓日心說更被接受

幾乎與伽利略同時代,北歐的科學家第谷.布拉赫(Tycho Brahe, 1546-1601)和他的學生克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)也開始研究天體運行的模型。最終,克卜勒在他的老師第谷幾十年觀察數據的基礎上,提出了著名的克卜勒三定律,將日心說的模型從哥白尼的很多圓相互嵌套改成了橢圓軌道模型,這樣他就用一根曲線將行星圍繞恆星運動的軌跡描述清楚了。克卜勒的模型如此簡單易懂,而且完美地吻合了布拉赫的觀測數據,這才讓大家普遍接受了日心說。

橢圓軌道模型。圖/GIPHY

當然,克卜勒在天文學家中並不是特別聰明的,可以說他的一生是一個錯誤接著一個錯誤,但是他的運氣特別好,最終找到了正確的模型。從這件事可以看出,信息(天文觀測數據)對科學的重要性,一方面是因為科學的假設都需要信息來驗證,另一方面提出新的模型也離不開掌握前人所沒有的信息。無論是托勒密提出大小圓嵌套的地心說模型,還是克卜勒提出橢圓的日心說模型,都得益於數據。

不過,以克卜勒的理論水準,並無法解釋行星圍繞太陽運動的原因,更無法解釋為什麼行星圍繞太陽運行的軌跡是橢圓的。這些問題要等偉大的科學家牛頓去解決。

——本文摘自《全球科技大歷史》,2019 年 9 月,漫遊者文化出版。

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