《人類科學技術史-191》哥白尼的貢獻

哥白尼的貢獻
1.研習天文學

1473年，尼古拉.哥白尼(1473-1543年）出生于波蘭東部的古城托倫一個有名望的商人之家。最初，哥白尼曾在自己的家中接受教育，后來進入當地學校讀書。托倫的學校是一所世俗學校，它的教師中有一些天文學愛好者。正是在這里，少年哥白尼開始接觸天文學。雙親去世后，他由舅舅烏卡什.瓦茲洛德養育和庇護。瓦茲洛德是波蘭著名的人文主義者，崇尚科學，曾在克拉科夫和意大利的大學里學習過，1489年被選任為瓦爾米亞的主教。

1491年，19歲的哥白尼進入克拉科夫學院讀書。克拉科夫是當時波蘭的首都，而克拉科夫學院是中歐繼布拉格大學之后的第二所大學，深受人文主義的影響。學院的教授們曾勇敢地為受到迫害的布拉格大學教授楊.胡斯(約1369-1415年）辨護。

在克拉科夫學院人文學系讀書時，哥白尼目睹身歷了新的世界觀和科學思想同舊的中世紀觀念的斗爭。在這里，他受到了良好的數學和天文學教育，并學會了使用天文觀測儀器。他同老師一起觀測過月蝕和日蝕，并對一些天文現象發表過自己獨特的見解。學院的數學和天文學教授沃伊切赫對哥白尼產生了很大影響，他不但引導哥白尼走上了天文學研究之路，而且以人文主義思想培養了哥白尼的公民感情。他的科學精神使哥白尼大膽地懷疑當時公認的法則，并由此而取得了具有劃時代意義的偉大成就。

天文學在當時是一門顯學。之所以如此，首先是由于天文學對于正確使用復雜的教會日歷十分重要。為了計算那些不固定的宗教節日在每一年中的確切日期，為了編制日歷和計算時間，天文學是不可少的。其次是當時人們對于占星術的迷信，王公、貴族和軍事指揮人員都需要占星家來為他們的每一項重要決定預測吉兇，就是普通老百姓也離不開占星家對時令和氣候的預報。而占星家的角色通常都是由天文學家擔任的，占星術實際上就是天文學的某種變種。其三是當時已日漸發展的遠洋航行的需要，在茫茫海洋中，人們主要依靠觀測天象來辨認方向和確定位置。

克拉科夫學院的天文學教學和研究在歐洲享有聲譽。1459年，學院開辦了占星學系，這個系培養出來的學生，在不少國家的天文學發展中起過積極作用。例如，15世紀后期，在意大利的博洛尼亞大學天文學系有5位來自波蘭的教師擔任教職。曾給過哥白尼不少幫助的沃伊切赫，是當時歐洲最有名的天文學家之一，他發現了月亮的軌道并不是如人們所想象的圓形，而是橢圓形的；通過反復觀測，他認為月亮始終是以同一個面對著地球的。

在克拉科夫學院，哥白尼大量閱讀了古典學術名著，并從中發現了同當時流行的托勒密學說不同的觀點。菲洛勞斯和阿利斯塔克的見解可能引起了哥白尼的興趣，因為他們關于宇宙體系的提法同教會所支持的地球中心說是不一致的。這種矛盾促使哥白尼對托勒密的體系產生懷疑，在克拉科夫學院，是具有對學術問題進行懷疑和探索的氣氛的。

在克拉科夫學院學習4年之后，哥白尼于1495年回到瓦爾米亞舅舅身邊。一年后，他啟程前往意大利的博洛尼亞，去讀那里的大學。這時的意大利是歐洲科學文化的中心，偉大的文藝復興運動即發端于此。哥白尼在博洛尼亞大學學習的科目有法律、天文學、數學和希臘語。這所大學氣氛活躍，學術辯論盛行。哥白尼在這里有機會同著名的天文學家和占星家諾瓦拉(1454-1504年）探討自己感興趣的天文學問題，并一起進行天文觀測。同諾瓦拉就托勒密宇宙體系的問題及改進這一體系的可能性所作的深入交談，激勵哥白尼構思新體系、改革天文學。

1497年，在當主教的舅舅的幫助下，哥白尼得到了弗龍堡的神父職位。這使他能夠利用神職人員的特權和報酬從事學習和研究工作。1501年7月，哥白尼回國并作了短暫逗留，很快又得到去意大利威尼斯共和國的帕多瓦大學學習醫學的機會，條件是學成后回弗龍堡擔任當地教會的醫生。學醫并未使哥白尼放棄對天文學的愛好，因為那時的醫學與占星術和天文學是有聯系的，人們一般都相信天象變化對人的身體有影響，甚至不少藥物的使用也要根據行星的位置來確定，所以，哥白尼在帕多瓦大學繼續從事天文觀測和研究。他在這個時期的筆記中寫道："菲洛勞斯承認地球是動的，聽說，薩摩斯的阿利斯塔克也是這種看法……這是可信的。……但這種事只有敏銳的天才經過長期研究才有可能解決。"在博洛尼亞大學和帕多瓦大學的學習，使哥白尼掌握了當時天文學的所有主要成就，為他日后的研究打下了基礎。而意大利的人文主義精神和科學精神的薰陶，則使他養成了作為一個優秀科學家應該具備的素質。1503年的秋天，他回到了波蘭。

2.提出新體系

哥白尼回國后，先是當他舅舅——瓦爾米亞主教瓦茲洛德——的保健醫生兼顧問和秘書，后來又擔任了弗龍堡神父會的行政和財政管理工作。與此同時，他系統地研究了天文學。

（1）形成假設

哥白尼發現，觀測精度的提高使托勒密體系必須變得更加復雜，而且它終不能與觀測結果相吻合。在古希臘學者的地動思想啟發下，哥白尼形成了一個比托勒密體系更簡單而又更完善的假設。

約在1510-1514年間，哥白尼寫了一篇關于自己的天體運動假設的文章，并把它寄給了自己的友人。這篇文章簡明扼要地闡述了日心說的基本思想，其要點是：地球的中心不是宇宙的中心，而只是重心和月球軌道的中心；所有的天體都圍繞太陽運轉，因此太陽位于宇宙中心附近；地球圍繞自己的軸心每晝夜旋轉一圈，圍繞太陽每年旋轉一圈；在天空中看到的所有運動，都是由地球自己的運動造成的；人們感覺到的太陽的運動以及行星向前或向后的運動，都是由地球的自身運動使人產生的錯覺，地球的運動足以解釋人們在天空中觀察到的各種現象。

哥白尼的這些見解，否定了托勒密關于地球是宇宙中心、包括太陽在內的所有天體都圍繞地球運動的學說，同時也使以這一學說為基礎的世界觀和哲學體系發生動搖。哥白尼的思想起初沒有引起人們的興趣，或者說沒有得到應有的評價。對于同以教會權威和《圣經》論述為基礎的現有宇宙觀相對抗的哥白尼的成果，似乎還沒有人敢于明確表示贊同。他的文章在友人中流傳，但大家都保持沉默。宗教改革的旗手路德也對哥白尼持輕蔑的否定態度，說這個蠢人想把全部天文學顛倒過來，試圖說明不是太空、太陽和月亮，而是地球在運動、在轉圈。

但隨著時間的推移，由于哥白尼不斷對當時天文學界的一些重要問題發表獨到而又有說服力的見解，他在學術界的名聲也越來越大，他的文章的抄本在歐洲流傳。1539年，被哥白尼觀點所吸引的一個20多歲的青年、維膝貝格大學的數學和天文學教師雷蒂庫斯(1514-1576年），慕名來到弗龍堡，向哥白尼求教。

當時，哥白尼正在撰寫他的主要著作《天體運行論》。這項工作從1515年開始，斷斷續續已進行了多年。雷蒂庫斯同哥白尼一起研究探討了1年多，在1540年出版了一本著作，名為《哥白尼嶄新著作初釋》，這是對哥白尼的天體運動新觀點的首次解釋。雷蒂庫斯在書中說，哥白尼的觀點已經被以前多個世紀的觀察所證實，無疑也將被后代的發現所肯定。雷蒂庫斯強調了哥白尼同古代學者之間的思想聯系，從而使他在人文主義者中間聲譽日隆。此外，雷蒂庫斯還積極活動，向政界和學術界要人宣傳解釋哥白尼的學說，批駁一些人對哥白尼的誣蔑和誹謗。

（2）《天體運動論》

在雷蒂庫斯的勸說下，哥白尼決定出版自己的著作。1542年，當他的著作在紐倫堡付印之時，他給羅馬教皇保羅三世寫了一封信，說明了自己的學說形成的條件，希望教皇向他提供庇護，使他的思想免遭被定為異端邪說的命運。

哥白尼在信中寫道："我深深地意識到，由于人們因襲許多世紀以來的傳統觀念，對于地球居于宇宙中心靜止不動的見解深信不疑，所以我把運動歸之于地球的想法肯定會被他們看成是荒唐的舉動。"他表示，他是在閱讀研究古代學者著作的過程中受到啟發而開始考慮地球的運動的。既然前人可以隨意想象出圓周運動來解釋星空現象，那么他也可以假定地球有某種運動以便更好地解釋這些現象。

他寫道："從地球運動的假定出發，經過長期的、反復的觀測，我終于發現：如果把其他行星的運動同地球運動聯系起來考慮，并按每一行星的軌道比例來作計算，那么，不僅會得出各種觀測現象，而且一切星體軌道天球之大小與順序以及天穹本身，就全部有機地聯系在一起了，以至于不能變動任何一部分而不在眾星和宇宙中引起混亂。"他表示，"有真才實學的數學家，只要他們按照科學的要求，深入地而不是膚淺地了解和鑒定我立論的依據，就會同意我的看法。"他也預見到，有人會以圣經的章句曲解和非難他的理論，但他對這種意見"決不予以理睬"。他在信中還強調，他的辛勤勞動是會有某些益處的，例如，它將有助于正在考慮中的歷法改革。

哥白尼希望把他給教皇的信作為自己著作的序言，但這個想法沒有實現。因為在他的著作付印之后，為他聯系出版事宜的雷蒂庫斯去萊比錫大學任教，把具體印刷出版事務交給路德教牧師、數學家安德烈.奧塞安德爾負責。后者擔心有關地球運動的理論會觸怒路德派領導人，就按自己的想法對哥白尼的著作作了一些修改，并為它寫了一個序言以取代哥白尼給教皇的信。他在序言中強調，哥白尼的論斷只是假設，書中有不少荒謬的東西。

1543年春天，哥白尼的《天體運行論》出版。這年的5月24日，哥白尼死于腦溢血。

《天體運行論》共有6卷。第1卷是基本部分，它對一個新的宇宙體系作了非常明晰和極為簡潔的解釋。哥白尼用普通人能夠理解的語言介紹了自己天文學理論的概貌：宇宙是球形的，它由以太陽為中心的天體組成；地球進行著由西向東的旋轉運動，它不在宇宙的中心，也肯定不是行星軌道的中心；天穹的周日旋轉只是一種視運動，實際上是地球運動的反映。哥白尼畫了一張圖表對其體系進行解釋。這是一組8個同心圈(紐倫堡1543年出版的《天體運行論》中這張圖被畫成了9個圈，這是與原稿不符的，且未經哥白尼核對和認可），在圓圈之間的環狀帶上，從外向里依次標有數字1到7，第一條圓環表示恒星，以下由土星、木星、火星、地球、金星、水星各占一個圓環，而在中心圓中寫著太陽。一般認為，哥白尼圖中的圓環表示的，是互相鄰接的天球。根據歐多克斯、亞里士多德等古代學者的說法，行星是被巨大的旋轉天球攜帶著繞地球轉動的，而哥白尼把古希臘以地球為中心的天球理論改造為以太陽為中心的新的天球理論。

哥白尼還計算出了太陽的直徑與圍繞其旋轉的行星直徑的比例，確定了土星、木星、火星、地球、金星、水星等天體對太陽的順序和它們圍繞太陽旋轉一周的時間。他指出，土星圍繞太陽一周的時間為30年，木星12年，火星2年，地球1年，金星270天，水星80天。這一計算結果同實際時間的誤差不大，如土星繞太陽旋轉一周的實際時間是29年又167天，木星為11年又315天，火星為1年又322天，地球為1年，金星為225天，水星為88天。如果考慮到哥白尼時代觀測器材的簡陋，那么他的計算的精確度是令人驚嘆的。他還明確地指出了地球的自轉、繞日周年旋轉和傾斜面的運動。

《天體運行論》的第2至第6卷分別敘述了其他行星運動與地球運動的關系，把其他星體運動都與地球運動聯系起來，從而說明其他行星和天球的運動和現象。

3.哥白尼學說的意義

哥白尼提出日心說，是人類對自然認識史上具有劃時代意義的轉折點。哥白尼體系不僅意味著天文學基本概念的變革，也意味著人對自然的理解的重大變革。在當時人們的思想仍受到宗教神學和經院哲學左右的情況下，它也標志著歐洲人價值觀念的深刻變革。當然，這一系列變革并非是由哥白尼一個人實現的，在他之后，經過布魯諾、第谷、刻卜勒、笛卡爾直至牛頓等眾多科學家的努力，終于完成了由他開始的天文學革命。

作為一種新的天文學理論，哥白尼的體系也不是完美無缺的。例如，他沒有擺脫天球理論的影響，堅持認為天體的運動必定是圓周的和勻速的，而且過分地相信托勒密觀察結果的精確性，以致刻卜勒后來也批評他"更多地解釋托勒密，而不是解釋大自然"。但哥白尼終究是取代托勒密學說的新體系的創立者，他的貢獻使天文學從中世紀走向近代。