1.拯救现象 海盗河马，河马老师 （你所认识的哥白尼可能都是错的） 1543 年的欧洲是一个乱世，各国之间、基督教的各个派别之间正处在剑拔弩张的气氛里，大战一触即发。70 岁的尼古拉·哥白尼在生命的最后一天，还有快递送来一个包裹。从德国纽伦堡，到波兰弗龙堡，直线距离 800 公里，快递送来的重要包裹是哥白尼的著作《天球运行论》的扉页。哥白尼并没有意识到，他手里握着的这一页纸，可能会成为历史上最重要的一页纸。但在当时，无论纽伦堡还是弗龙堡，上至教皇下到普通民众，1543 年的世界上的每一个人都没有觉得这一天有什么了不起。 可是为什么？为什么这样普通的一天，一个普通的波兰小镇，会成为科学史上被引用最多的时间的地点？为什么快递送来的那一页纸，让哥白尼成为了人们口中的科学斗士？哥白尼是否真的将天文学从神学的禁锢中解放出来？为什么科学革命的发端，那么水波不惊？ 这一切的一切，今天就让我们一点一点弄清楚。 这个故事，还要从古人怎么认识宇宙说起。 拯救现象 在 pm 2.5 不严重的时候，天空就像一个大水晶球一样慢慢转动。夜晚，星星都镶嵌在水晶球上，跟随水晶球一起转动。地球是这个水晶球的中心。我们就这样高高地坐在谷堆上面，看斗转星移，看夜空中最亮的星，看流星雨，看日出日落。我们每个人都会说，“天亮了，太阳升起来了”。我们谁也不会说，“天亮了，地球转过去了。”这样不够直观，也太麻烦。科学需要直观，需要简单。古希腊人认识世界就是从最直观、最简单的理解开始的。 古希腊的哲学和天文学的主流思想认为，月亮以上的世界是天界，月亮以下是人间。天界是完美的、有秩序的、永恒的，与此相对，人间是混乱的、有缺憾的、短暂的、多变的。完美的天界就像水晶球一样生生不息地旋转着，不完美的人间只有跪舔的份。这就是歌中唱的：“我在仰望，月亮之上。” 在古希腊人看来，完美的运动只有一种。那就是匀速圆周运动。以及匀速圆周运动的组合。你们看，夜空中的星星，就是在围着我们做匀速圆周运动。最遥远的那些恒星，都镶嵌在最外层的水晶球上。其它行星和太阳、月亮镶嵌在比较近的水晶球上。每层水晶球都做着匀速圆周运动。整个世界和谐有序，万古不变。什么叫做和谐有序呢？就是说，一颗星绝不会，也不应该突然跑到另一个地方去。运动的速度也不应该时快时慢。今天什么样，明天还是什么样。今年什么样，明年还是什么样。1000 年前什么样，1000 年后还应该是什么样。也就是说，给我一个公式，我用它可以预测每一颗星的位置。这个公式还得是匀速圆周运动。地球，就是这个运动的中心。古希腊人通过高超的天文观测技术和数学技巧，竟然真的得出了这样的公式。 一切看起来都天衣无缝，世界太美好了，生活太美好了。 但是，总有那么几个不和谐因素来捣乱。 在天界捣乱的是水星、金星、火星、木星和土星。这五颗行星，并不严格按照水晶球匀速圆周运动的方式行走。它们会突然停下来静止不动，然后反方向走几天，再回归正常。一年中总有几次，行星们要如此反常运动。天文学家把这种反方向的运动叫逆行。逆行可不是个好消息。你不是说天界完美吗？你不是说天界的一切都有秩序吗？你不是说匀速圆周运动才是最和谐的运动吗？你看看，怎么回事，这五个害群之马怎么解释？ 天文学家有点慌了。要么，必须承认天界其实也是不完美的。要么，你得想出一个方案来解释这五匹害群之马为什么要逆行。 古希腊人是地中海沿海的奇葩。他们坚持自己的信仰不动摇，不愿意让天界堕落成和人间一样出现不完美。所以，出路只有一个。那就是想出办法来拯救观测到的现象。 拯救现象，成了古希腊后期天文学的最前沿问题，和最尖端科技。几代古希腊人都试图拯救现象。直到古希腊末期的天文学集大成者，托勒密，终于解决了这个问题。他是怎么解决的呢？ 托勒密引入了两个新概念。一个是均衡点，另一个是大圈套小圈。 托勒密提出了这样一种宇宙体系。所有的日月星辰，还是围绕着一个中心运动，地球偏离这个中心一点点。于地球相反方向，在中心的另一边也有一个偏离一点的一个点，叫做地球的对点。地球、中心、均衡点，这三个点都是静止不动的。太阳、月亮、恒星、行星，所有的天体，相对于那个对点来说是匀速圆周运动。OK，这是第一个概念。 第二个概念，通俗地说就是大圈里面套小圈。比如火星，刚才说了，火星要围绕对点转圈运动。但是光这样还不够。火星自身围着一个点转一个很小的圈，这个点再围着对点转一个很大的圈。所以过去火星的运动轨道是一个圈，现在变成两个圈。就这样，每个行星都用圈套圈的方式展现出来。 好，在托勒密的一番努力下，结果怎么样呢？结果出奇地好！根据托勒密的体系，观测到的日月星辰的运动都可以非常精确地符合。天文学家终于可以松了一口气，只要按照这套体系，星辰的位置又可以精确预测了。 所以大家看，托勒密拯救了现象。这是古希腊晚期的人物。之后没多久，古希腊的时代就结束了。欧洲进入了流行基督教的中世纪。中世纪的 1000 年间，天文学没有什么特别惊艳的发现。人们基本上就是沿袭托勒密的理论。随着观测越来越仔细，数据越来越精密，为了更好的解释现象，人们就会把托勒密体系里的圈子再继续增加。大圈上套小圈又不够了，小圈上再套一个小小圈，小小小圈……就这样套下去。 在中世纪的 1000 年里，这一切都顺理成章，天文学家安然度日，天空安然运行，托勒密安然沉睡在坟墓里。托勒密的伟大贡献值得我们赞扬。托勒密写了一本书叫《天文学大成》，把他那个时代掌握的天文学都写了进去，非常丰富。这本书后来被阿拉伯人翻译成阿拉伯语，在世界的其它地方传播开。阿拉伯人觉得托勒密太伟大了，直接把书名翻译为《至大论》，意思是“最最伟大的理论”。我们今天对托勒密的赞颂其实很不够很不够。 经过 1000 年的中世纪，人们已经习惯了托勒密的这套体系。宇宙依然是圆周运动，只不过不是简单的圆周运动，而是大大小小的圆周运动的组合。时光到了哥白尼的年代。为了符合当时的观测数据，一共需要几十个大圈小圈才够。由于当时的欧洲还是精英教育，能上学的人少之又少，能把数学学懂的人就更少了。所以托勒密的大圈套小圈体系在普通人看来极为复杂，甚至在大学里研究数学和天文学的教授看来，也非常复杂。这些教授也是徒有虚名混日子的，他们自己没把问题搞明白，就埋怨托勒密弄的东西太麻烦。无良教授们为了掩盖自己的无能而造谣，说托勒密体系需要 80 个圈的组合才够用。哥白尼听信了这句谣言，也觉得大圈套小圈，小圈套小小圈，里里外外 80 个圈，太疯狂了，太复杂了。于是决心做一些简化的工作。 信仰简单之美的尼古拉·哥白尼要披挂上阵了。 （点赞当然感谢，更重要的是希望得到意见和建议呀。） ——————————————— 发自知乎专栏「我在仰望，月亮之上」
