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从……到天文学 精选

已有 3704 次阅读 2015-8-24 17:56 |个人分类:科技史|系统分类:科普集锦| 宗教, 自然哲学, 天文学, 占星术

吕乃基

博主曾上载 18世纪步履维艰的生物学——社会意识形态干预科学的见证(一)http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=390479

实际上,除了几何学(为什么?)外,可以说科学中所有的分支都曾经历类似过程,本文再以天文学为例进一步说明。

近代前期,天文学的发展中矗立着几位巨人,他们是哥白尼、布鲁诺、第谷、开普勒以及伽利略。这些人物思想线索的前后相继,他们的成就,大致勾画出这一时期天文学的发展概况。

文艺复兴初期的哲学家库萨的尼古拉14011464认为宇宙无限,没有中心,所以就没有“上下”之分,“星球”也就没有“高贵与低贱”之分。

哥白尼体系的反宗教意义是显而易见的,也有大量观察的基础,在这一点上明显不同于古代亚里士多德的日心说。然而哥白尼也受到古代那种认为自然界简单和谐的观念的重大影响。哥白尼在谈到日心说时写道:“……这样,我们就发现在这样有秩序的安排下,宇宙里有一种奇妙的对称。轨道的大小和运动都有一定的谐和关系,这样的情形是用别的方法达不到的。”特菲尔特写道,“哥白尼在构造日心说时,心中燃起如同祈求般诗一样的感情”[1]。此外,在他的体系中还接受了古人关于恒星固定在外部天上和匀速圆周运动的见解。由此可见,古代关于自然的观念对哥白尼影响之深。

日心说的坚决拥护者布鲁诺是一位坚定的反宗教的斗士,然而他也受到古代自然观的影响,仍然不是一名近代意义的人物。他反对为经院哲学所吸取的亚里士多德关于“不动星域”的宇宙观,代之以古代原子论认为有无限多个宇宙的观点。因而太阳并非是中心,或者说宇宙根本没有中心。与其说布鲁诺在科学上比哥白尼进步,不如说是一种自然哲学代替另一种自然哲学。布鲁诺本人并不是天文学家,实际上应称之为自然哲学家。就近代科学精神而言,他并未比哥白尼前进一步。不过他具有更彻底的反宗教思想,渴望精神的解放。在布鲁诺看来,宇宙是无限的,太阳也并非是中心。他要冲破有限宇宙的锁链,飞向那无限的空间。他以诗的语言写道:“从此我展开充满信心的双翼飞向霄汉;不再怕那水晶或玻璃的屏障阻拦(亚里士多德认为恒星镶嵌在水晶的九重天);我掠过青天一重重,翱翔于无限。我从我们这个星球飞往其他星球万千,穿过那永恒之域永往直前……”[2]布鲁诺与当时大部分思想家一样,也认为宇宙是活生生的,他写道:“世界及其肢体都是富于生机的”,并处于不断循环演变之中。自然是以“蜷缩形态”包含在统一实体中的东西的“展现”。同亚里士多德一样,他对自然也作目的论的解释:自然中被做成的一切“不是没有考虑,没有理智”地做成,而是体现了世界灵魂的安排。他用诗句写成的《论无限、宇宙与众世界》与千年前伊辟鸠鲁的《物性论》雷同。布鲁诺的思想总的来说体现了一种泛神论的自然哲学,也没有证据表明他有观察依据。

另一位文艺复兴运动中的著名人物康帕内拉15681639在其名著《太阳城》中认为,自然是神所流溢出来的。后来成为巴黎科学院秘书的人文主义者,文学家丰特列尔(16571757)在1686写道:“当天空成为一个小的蓝色的穹形,嵌着许多星星,我觉得宇宙是太狭窄了,我几乎要闷得透不过气来。但是现在宇宙在高度和广度方面都扩大了,包含了成千的漩涡。我的呼吸开始舒畅起来,而且觉得宇宙比起以前要壮丽得多”。虽然这番话说于17世纪下半叶,但是仍然可以生动地看到文艺复兴运动与科学的某种关系,看到诗人儿童般的想象,看到天人合一。

这一时期还流行大小宇宙联系的观念这一观念同样源于古代。在中世纪后期与文艺复兴运动中,这一观念也是在一个方面否定宗教神学,后者认为地上的事物与天界是不可比拟的,是截然区分的。这一时期则重新流行古代的观念,认为二者具有对应关系,天体的活动会影响地上诸事物及人的生活。帕拉塞尔苏斯进而认为人的每一器官都与天上的某个星球相关,而人体内发生的过程基本上也就是自然界所有的那些过程。在哈维那里,小宇宙中的循环——人体内的血液循环,正体现了大宇宙的循环。

如果说布鲁诺主要是一位思想家,那么同时代的第谷主要就是一位观测家。作为观测家,他注意到在提供的精度方面,哥白尼体系并不见得比托勒密体系优越。另一方面他也看到,“只需假设地球在运动,五个行星的运动便很容易加以解释。哥白尼把我们从过去数学家所陷入的矛盾中解放出来,而且他的理论更能满足天象”。他动摇于追求简单合理的理性和对传统的盲从之间,提出了一种地心说与日心说的折衷方案。第谷提供了大量的极为精确的观测数据,为开普勒的工作奠定了基础。他教导开普勒“一定要尊重观察事实”,自己也努力做到这一点。1577年,他观察到一个彗星的轨迹穿过旧的亚里士多德宇宙论的所谓晶莹的壳子。他写道:“我现在看得很清楚,坚硬的天层是没有的,而那些被作者们设计来装饰门面的天层只是在想象中存在。”[3]显然这完全不同于布鲁诺的想象,在一定程度上体现了近代科学精神。

第谷的贡献或许还在于他发现了开普勒。第谷为了从数学上构造他的折衷体系而找了精通数学的开普勒,而后者却利用第谷的资料提出了自己的体系,从而在天文学的发展中迈出了重要的一步。尤为重要的是,后期的开普勒更接近近代科学精神。实际上,开普勒也正是在克服了他自己早年的自然哲学思想后才获得突破的。在早年的工作中他受到新柏拉图主义和毕达哥拉斯主义的强烈影响,深信上帝是按照完善的数的原则创造世界的。对于日心说,他说,“我从灵魂的最深处证明它是真实的,我以难以相信的欢乐心情去欣赏它的美”[4]。而寻找这种美——数学的和谐,即是开普勒早年工作的动力与目标。他25岁那年(1596)出版了第一部著作,书名为《宇宙志》著作的先声。内容是:用五个合乎规则的几何学形体来说明下述宇宙志方面的秘密:诸天界的惊人比例关系,诸天界的数的原因,它们的大小、它们的周期性运动——普遍的和局部的运动[5]。他“不怕任何麻烦,不辞辛劳,日以继夜地进行计算”,终于凑出了五个行星轨道与五个正多面体的顺序,由此他感到“无法用语言来表达的极度喜悦”[6]。有趣的是,开普勒正是因这一著作引起第谷重视,后者认为开普勒是天才,欲请他去完成自己的体系。

在后期的研究中,开普勒日益受到近代科学精神的影响。逐步摆脱先入之见的神秘主义观念,注意从观测数据出发,而不是先验地构造什么体系。他终于提出行星运动三大定律,其中最重要的或许是椭圆轨道概念。这首先是由于他不迷信圆形轨道这—先验的概念,他写道:“一经认识这是我们使用的假说上的错误,便应竭尽全力去发现天体运动的真正规律”。其次,他本人也不再提出先验的体系。用他自己的话来说,椭圆轨道之提出,是当火星这个战神没有成为先验的“图表之俘虏”,没有陷入一种几何学上的“圈套”时,对火星运行轨道进行多达70次计算并作出何种假设的结果[7]。行星运动三定律的提出为开普勒赢得了“天上的立法者”的美称,也为牛顿的综合作了必要的准备。尤其重要的是,这标志近代科学精神在天文学领域开始成为主导的思想。

虽然如此,由于处于过渡时期,开普勒在一定程度上也还受到旧观念的影响。在一般的科学史著作中,丹皮尔尤为强调这一点,认为第二定律描述在相等时间间隔内,行星与太阳连线所扫过的面积相等,这样就把旧体系中匀速圆周运动下行星在单位时间走过的路程相等改成面积相等,从而“挽救了这一原则”。丹皮尔认为在第二定律中,开普勒仍然强调行星的距离与那些正多面体的关系,而后者是行星距离之所以如此的真正原因。他的第三定律发表于1619年的《声学世界》中,旨在确定天文学、数学和音乐之间的密切联系,同时也是要完成他1596年的宿愿:建立天体间的秩序。“在他的著作中,一部分是科学意义上的天文学,一部分旨在由音程说明他所谓的时间和谐,第三部分则讨论行星对人的灵魂气息(aura)的影响。”[8]和当时许多科学家一样,开普勒也将宗教和他的体系联系在一起:整个宇宙就是三位一体的形象和模式,圣父是中心,圣子是围绕中心的星球,圣灵则是宇宙间的复杂关系。他自豪地希望,由于他的工作,“星星将为上帝增添荣耀”。此外,他的书用拉丁文写成,而不是用民族语言,这也显示某种保守崇古倾向。开普勒还提出太阳和行星间的“磁引力”使后者在轨道上运行,同期多数科学家认为过于玄妙。清除其神秘色彩后即为万有引力铺平道路[9]

伽利略在天文学中首先使用望远镜,所得到的一系列发现大大丰富了天文学知识。人们由太阳的黑子和月亮凹凸不平的表面感到天体与地上万物并无质的区别。木星的卫星则为日心说提供了一个感性的证明。他的《对话》更大大加速了日心说的传播。另一方面,在伽利略的思想中同样也打上了时代的烙印。虽然他与开普勒有交往,却依然认为行星轨道是圆的。

由哥白尼至开普勒再到伽利略,一方面看到近代科学精神如何萌芽,怎样在科学家中逐步深入人心,旧观念渐次消退;另一方面也看到明显的过渡特征,观念之转变绝非一蹴而就:即使是开普勒与伽利略这样的巨人,同样具有时代的局限。

在天文学转变的同时,人们还逐步抛弃了占星术。随着揭示了包括彗星在内的天体的运行规律,以及将地上发生的种种变化解释为机械力的因果链作用,占星术地位江河日下。伽利略对占星术是如此厌恶,以致他认为潮汐是由于月球的影响这一说法也属于占星术之列而拒不接受。(摘自《科学与文化的足迹》)



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