让世人惊呆了的「日心说」在提出的开始,根本就不受重视

文艺复兴之后,出现了科学史上第一个震惊世界的成果—日心说。

不被重视的「重磅消息」

以托勒密地心说为基础的儒略历经过了1300 多年的误差累计,已经和地球围绕太阳运动的实际情况差了10 天左右,用它指导农时经常会误事。因此,制定新的历法迫在眉睫。1543 年,波兰教士哥白尼发表的《天体运行论》提出了日心说。虽然早在西元前300 多年,古希腊哲学家阿利斯塔克(Aristarchus,约前315∼前230 年)就已经提到日心说的猜想,但是建立起完整的日心说数学模型的是哥白尼。

《天体运行论》中哥白尼的宇宙观。

身为神职人员,哥白尼非常清楚他的学说对当时已经认定地球是宇宙中心的天主教来说无疑是一颗重磅炸弹,因此,他直到去世前才将自己的著作发表。不过,哥白尼的担心在一开始时似乎显得多余,因为在接下来的半个世纪里,日心说其实很少受到知识阶层的关注,教会和学术界(当时微弱得可怜)既没有赞同这种新学说,也没有刻意反对它,而只是将它作为描述天体运动的一个数学模型。有时候最可悲的事情并非到处是反对的声音,而是一种可怕的寂静。日心说刚被提出来的时候,就面临着这样一种尴尬的处境。

为什么我们今天认为的具有革命性的日心说在当时并不受重视呢?这主要有两个原因。

首先,日心说和当时人们的常识相违背,因此,人们只是把它当作不同于地心说的数学模型,而非描绘星球运动规律的学说。其次,哥白尼的日心说模型虽然比托勒密的地心说模型简单,但是没有托勒密的模型准确,因此,大家也不觉得它有什么用。

1582年,教皇格里高利十三世(又译作额我略十三世)颁布了新的历法(格里历),完全是出于经验把历法调整得更准确,与哥白尼的新理论并无关系。既然不重要,自然就没有多少人关注它,支持日心说的人也就更少了。

日心说与地心说的生死对决

不过,半个多世纪之后,哥白尼所担心的惊涛骇浪终于到来,因为一位义大利神父迫使教会不得不在日心说和地心说之间做出二择一的选择,他就是焦尔达诺.布鲁诺(Giordano Bruno, 1548-1600)。在中国,布鲁诺因为多次出现在中学课本里而家喻户晓,他在过去一直被宣传为因支持日心说而被教会处以火刑,并且成了坚持真理的化身。

焦尔达诺·布鲁诺。

事实上,虽然上述都是事​​实,并且在布鲁诺之后的很长时间里,教会也是反对日心说的,但是这几件事加在一起并不足以说明「因为教会反动,反对日心说,于是处死了坚持日心说的布鲁诺」。真相是,布鲁诺因为泛神论触犯了教会,同时到处揭露教会的丑闻,最终被作为异端处死。而布鲁诺宣扬泛神论的工具则是哥白尼的日心说,这样,日心说也就连带被禁止了。

应该说,布鲁诺是一个很好的讲演者,否则教会不会那么惧怕他。但是,科学理论的确立靠的不是口才,而是事实,因此,布鲁诺对日心说的确立事实上没有产生多大作用。第一个拿事实说话支持日心说的科学家是伽利略。

科学研究在教会权威面前不得不低头的时代

1609 年,伽利略自己制作了天文望远镜,发现了一系列可以支持日心说的新的天文现象,包括木星的卫星体系、金星的满盈现象等,这些现象只能用日心说才解释得通,地心说则根本解释不通。这样一来,日心说才开始被科学家接受,而被科学家接受是被世人接受的第一步。

1611 年,伽利略访问罗马,受到了英雄般的欢迎。由于有梅迪奇家族在财力和政治上的支持,伽利略的研究工作进展得非常顺利。同年,他准确地计算出木星卫星(四颗)的运行周期。出于对梅迪奇家族的感激,伽利略将这四颗卫星以梅迪奇家族成员的名字命名。

伽利略自己制作天文望远镜,发现了一系列支持日心说的天文现象。

正当伽利略在天文学和物理学上不断做出成就时,当时的政治环境已经对他的研究非常不利了。

从文艺复兴开始直到16 世纪末,罗马的教皇都是一些懂得艺术、行事温和的人,其中有四位本身就来自梅迪奇家族。1605 年,来自梅迪奇家族的利奥十一世教皇去世了,这标志着这个影响了欧洲几百年的家族对政治的影响力开始式微。

17 世纪初,罗马教廷的权威由于受到来自北方新教(宗教改革后的路德派和喀尔文派)的挑战,开始变得保守,并开始打击迫害持异端思想的人。在这个背景下,1616 年,教会裁定日心说和《圣经》相悖,伽利略也因此受到指控。

不过,教会并没有禁止将日心说作为数学工具教授。1623 年,伽利略的朋友乌尔巴诺八世(Pope Urban VIII, 1568-1644)当选为教皇,新教皇对这位大科学家十分敬重,反对1616 年对他的指控,至此,事情似乎要出现转机。乌尔巴诺八世希望伽利略写篇文章,从正反两个方面对日心说进行论述,这样既宣传了科学家的思想,也维护了教会的权威。伽利略答应了,但是等他把论文写完,却惹了大祸。

《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。

伽利略在他的这篇大作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中,让一个叫辛普利西奥(Simplicio,即头脑简单到白痴的意思)的人为地心说辩护,所说的话也是漏洞百出,伽利略甚至把乌尔巴诺八世的话放到了辛普利西奥的嘴里。这样一来,他彻底得罪了教会。

当时,梅迪奇家族的家长费尔南多二世(Ferdinando II de’ Medici, 1610-1670)是伽利略的保护人,虽然他多方周旋试图保护伽利略,但是仍无济于事。伽利略在生命最后的十年回到佛罗伦斯的家中,著书立说,于1642 年走完了他传奇的一生。

简单易懂的椭圆轨道模型,让日心说更被接受

几乎与伽利略同时代,北欧的科学家第谷.布拉赫(Tycho Brahe, 1546-1601)和他的学生克卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)也开始研究天体运行的模型。最终,克卜勒在他的老师第谷几十年观察数据的基础上,提出了著名的克卜勒三定律,将日心说的模型从哥白尼的很多圆相互嵌套改成了椭圆轨道模型,这样他就用一根曲线将行星围绕恒星运动的轨迹描述清楚了。克卜勒的模型如此简单易懂,而且完美地吻合了布拉赫的观测数据,这才让大家普遍接受了日心说。

椭圆轨道模型。

当然,克卜勒在天文学家中并不是特别聪明的,可以说他的一生是一个错误接着一个错误,但是他的运气特别好,最终找到了正确的模型。从这件事可以看出,信息(天文观测数据)对科学的重要性,一方面是因为科学的假设都需要信息来验证,另一方面提出新的模型也离不开掌握前人所没有的信息。无论是托勒密提出大小圆嵌套的地心说模型,还是克卜勒提出椭圆的日心说模型,都得益于数据。

不过,以克卜勒的理论水准,并无法解释行星围绕太阳运动的原因,更无法解释为什么行星围绕太阳运行的轨迹是椭圆的。这些问题要等伟大的科学家牛顿去解决。


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