《人類科學技術史-190》哥白尼以前的宇宙觀

哥白尼以前的宇宙觀

近代前期，科學的第一個偉大成就，便是由哥白尼提出"日心說"而開始的天文學革命逐漸深入，人類在探索宇宙的過程中獲得了重大的突破。

1.古希臘的天文學

為了理解哥白尼的太陽中心學說的意義，還要從古希臘的天文學說起。

（1）天體系統的最初構建

歐洲人關于地球位于宇宙中心的看法，是由來已久的。古希臘天文學的奠基人、米利多學派的阿那克西曼德(公元前610-公元前546／545年）認為，地被太陽、月球等天體所包圍，它沒有任何支撐地位于宇宙的中心，因為它沒有理由朝任何方向運動，所以是靜止不動的。

阿那克西曼德是最早闡述有關宇宙論或世界體系的思想的哲學家之一。作為理性主義者，他把幾何學和數學引入了天文學，從而為擺脫以前的帶有神秘色彩的宇宙觀念開辟了道路。

對于數充滿興趣的畢達哥拉斯學派把他們的喜好用于解釋宇宙，認為整個宇宙就是數與和諧，一切天體的運動都服從于數學規律，數字之比存在于從宇宙中心到各天體的距離；10是最完美的數字，因此天上的運動的發光體也必然有10個。由于當時只能看到9個，他們就斷定還有一個與地球相對的對地星。畢達哥拉斯派認為，整個宇宙是一個球形，各球形的天體都作均勻的圓周運動，因為球形和正圓形是最完美的幾何體。他們認識到，假定地球在運動，就可以解釋天體的視運動。

大約在公元前5世紀中葉，畢達哥拉斯學派的哲學家菲洛勞斯(活動時期約公元前5世紀中后期）構想了一個宇宙體系，在這個體系中，地被作為一個球體同其他9個天體一起圍繞著一個中心火旋轉，這個中心火是宇宙的祭壇，是人永遠看不見的。

畢達哥拉斯學派的最后一位學者埃克番達斯發現，晝夜的長短是隨緯度而變化的。他由此而形成了一個新觀點，即地球在空間的中央繞自己的軸旋轉。

畢達哥拉斯派的宇宙觀念，對后世產生了深遠影響。特別值得指出的是，哥白尼和刻卜勒也十分重視數的問題，他們在提出和闡述太陽中心說時，都強調了它在數學上的和諧和簡單性，并認為這是證明太陽中心說是真理的最好理由。

柏拉圖(約公元前428-前348／347年）對宇宙的看法，是先驗地推導出來的。他也認為球是最完美的形式，因此宇宙必然是球形的，天體則按圓圈運行。把柏拉圖的一些圓圈組合起來，能夠得到太陽繞地球的視軌道。他的天文學觀點，后來由希帕克和托勒密作了進一步的發揮。但據說柏拉圖在晚年認識到，如果把地球假定為是運動的，就能夠更好地說明天文現象。

柏拉圖時代杰出的天文學家和數學家歐多克索斯(約公元前400-前350年）為了解釋所觀測到的日、月和五顆行星的運動現象，建立了一個由27個透明的同心球體組成的模型，這些透明同心球體均以地球為中心，其中日、月各3球，5顆行星各4球，恒星1球。恒星的球在最外層，向內依次為土星、木星、火星、太陽、金星、水星和月亮的球。每層球的旋轉軸指向、旋轉方向和旋轉速度都各不相同。歐多克索斯的這個系統，既保持了關于圓是完美的幾何圖形的觀念，又把關于勻速圓運動的疊加可以計算天體的不均勻運動的觀點引進了天文學。他的系統成為以后一些天文學家發揮地球中心說的基礎。

差不多與歐多克索斯同時的亞里士多德也明確提出了地球位于宇宙中心的主張。他認為，地是一個球體，沉重的地球由于其特別的性質正好處于宇宙的中心；地球之外的天體具有永恒的均勻的圓周運動，它們不是由地球上的4種物質即土、水、空氣和火所構成，而是由以太構成，其內部是不變的。

亞里士多德的著作涉及內容廣泛，是古代學術的百科全書，因此，當中古后期他的著作重新面世之后，他的觀點——包括天文學觀點——就成了權威。

不同的宇宙觀在很長時間內都有所發展。

公元前4世紀，希臘的科學中心從雅典轉移到亞歷山大城——亞歷山大遠征時在埃及尼羅河口建立的希臘化城市。

薩摩斯的阿利斯塔克(約公元前310-前230年）是亞歷山大城的著名天文學家，他的最大貢獻是認為地球有自轉和繞日公轉這兩種運動。這是有史以來第一次有人提出這樣的觀點。為此，斯多噶派的一些哲學家宣稱，阿利斯塔克應該以"瀆神"罪被指控。

據阿基米德介紹，阿利斯塔克提出了一個假設，即恒星和太陽是不動的，地球沿著一個圓的周邊繞太陽運動，太陽則在這個軌道的中心；地球每天繞自己的軸旋轉一圈，每年沿圓形軌道繞太陽旋轉一周。為了解釋恒星在地球運動時看起來不動的問題，阿利斯塔克正確地指出，這是由于恒星的距離同地球軌道直徑比較起來極其巨大的緣故。一千多年之后，哥白尼在創立新的宇宙體學時，也曾受惠于阿利斯塔克的思想。

有關地球位于宇宙中心的思想也在發展。約公元前130年，天文學家希帕克(-公元前127年之后）在歐多克索斯學說的基礎上形成了一個新體系。希帕克首先假定，地球是中心，然后讓日、月、行星等天體都在自己的圓軌道即本輪上勻速運行，而本輪又在一個大的圓軌道即均輪上圍繞地球運行。他的體系對地球中心說的維持起了很大作用，且對托勒密體系的形成產生了直接影響。

在希帕克之前，當時就享有"大幾何學家"盛名的阿波羅尼奧斯(約前262-前190年）為解釋行星運動而引進了偏心圓運動和本輪運動的概念，這在后來也成為托勒密構筑宇宙體系的材料之一。

（2）托勒密的宇宙體系

希臘著名天文學家、地理學家和數學家托勒密(活動時期為公元2世紀）在天文學方面的研究成果，主要體現在他的《天文學大成》這部巨著中。這部共有13卷的著作，是對希臘天文學的總結。在前人提出的有關偏心圓、本輪、均輪的觀點基礎上，尤其是在希帕克體系的基礎上，托勒密論證了地球位于宇宙中心靜止不動的理論，構筑了一個描述太陽、月球和行星的位置以及視運動的體系，以一些被稱為本輪和均輪的假想圓周和勻速的圓周運動來解釋觀測到的天體運動。托勒密認為，天是球形的，并且在不停地運動，恒星也都固定于其上。地也是球形的，但卻靜止不動，位于天的中心。太陽和行星都圍繞地球旋轉；太陽沿著一個本輪的圓周運動，而本輪的中心又沿著一個均輪的圓周運行，周期為一年；太陽均輪的中心與地心重合，而月球和行星的均輪中心則不在地心。

值得注意的是，盡管托勒密論證了地心說，但他在《天文學大成》的導言中也承認，從數學角度來看，可以把星空的周日運動看作是地球繞自己的軸作周日運動的反映，但他不愿為了適應觀測到的現象而把地球看作是運動的星體，因為他認為這從物理學上來說是荒謬的：根據當時對慣性的認識，如果地球在旋轉的話，地球表面的東西也將急速移動而不是與地球緊緊附合。

由于托勒密的體系符合《圣經》的說法，它得到了教會的支持而成為正統學說，并在大約1400年的時間里支配著天文學。

2.中世紀歐洲人的認識

直到中世紀晚期甚至近代初期，人們對宇宙的認識在總體上仍受到托勒密學說的影響。例如，在但丁(1265-1321年）的描述中，宇宙是由一系列天體組成的系統，這些天體一個處于另一個之內，在整個系統的中心則是不動的地球。但丁認為，總共有10層天存在，每層天都是一個以地球為中心的透明天球，月亮、太陽、行星等天體分別附于天球的背面，整個系統每24小時繞不動的地球轉一周。

在1539年安特衛普出版的阿皮安(1495-1552年）的《宇宙志》中，有一幅以地球為中心的有限宇宙圖。圖的中心是包括水、空氣和火圈的地球，它是不動的，并由分屬月亮、水星、金星、太陽、火星、木星和土星的天球層層包圍，在這7個"行星"天球之外是蒼天即恒星系、第9個透明天球，第10個原動體。在這以外便是茫茫宇宙太空、上帝和神的住所。

但托勒密的體系也遇到了問題。由于行星實際上是沿著橢圓形軌道繞日公轉，而到15世紀時人們對行星運動軌跡的測量也日漸精確，托勒密的體系必須變得更加復雜才能說明新觀察到的現象。于是，托勒密的正確性受到了懷疑。

15世紀，在哥白尼之前，已有一些學者明確地提出了同托勒密學說不同的理論。庫薩的尼古拉斯(1401-1464年）是天主教的樞機主教，但也是有影響的哲學家和科學家。他曾指出："我們已經清楚，我們的地球在動，雖然這是感覺不到的，只有同恒星比較才能發現。"他認為，地球圍繞自己的軸心，由東向西，24小時旋轉一周；同時，它還圍繞同前一個軸相垂直的軸線旋轉。星空和太陽也都作兩種運動。尼古拉斯覺察到，包括地球在內的宇宙在運動，這個運動有一個中心，但這個中心不是地球。他的這一見解為哥白尼的天文研究開辟了道路。