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【仰望星空的先哲】日心說的創立者 - 尼古拉·哥白尼

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發表於 2012-2-18 23:07:37 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
       尼古拉·哥白尼(拉丁語名字:Nicolaus Copernicus,波蘭語名字:Mikołaj Kopernik)- 1473年2月19日出生於波蘭維斯杜拉河畔的托倫市的一個富裕家庭。18歲時就讀於波蘭舊都的克萊考大學,學習醫學期間對天文學產生了興趣。1496年,23歲的哥白尼來到文藝復興的策源地意大利,在博洛尼亞大學和帕多瓦大學攻讀法律、醫學和神學,博洛尼亞大學的天文學家徳•諾瓦拉(de Novara,1454-1540)對哥白尼影響極大,在他那裡學到了天文觀測技術以及希臘的天文學理論。後來在費拉拉大學獲宗教法博士學位。哥白尼作為一名醫生,由於醫術高明而被人們譽名為「神醫」。哥白尼成年的大部分時間是在費勞恩譯格大教堂任職當一名教士。哥白尼並不是一位職業天文學家,他的成名巨著是在業餘時間完成的。


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       在意大利期間,哥白尼就熟悉了希臘哲學家阿里斯塔克斯(前三世紀)的學說,確信地球和其他行星都圍繞太陽運轉這個日心說是正確的。他大約在40歲時開始在朋友中散發一份簡短的手稿,初步闡述了他自己有關日心說的看法。哥白尼經過長年的觀察和計算終於完成了他的偉大著作《天體運行論》。他在《天體運行論》(De revolutionibus orbium coelestium)中觀測計算所得數值的精確度是驚人的。例如,他得到恆星年的時間為365天6小時9分40秒,比現在的精確值約多30秒,誤差只有百萬分之一;他得到的月亮到地球的平均距離是地球半徑的60.30倍,和現在的60.27倍相比,誤差只有萬分之五。

   1533年,60歲的哥白尼在羅馬做了一系列的講演,提出了他的學說的要點,並未遭到教皇的反對。但是他卻害怕教會會反對,甚至在他的書完稿後,還是遲遲不敢發表。直到在他臨近古稀之年才終於決定將它出版。1543年5月24日去世的那一天才收到出版商寄來的一部他寫的書。在書中他正確地論述了地球繞其軸心運轉;月亮繞地球運轉;地球和其他所有行星都繞太陽運轉的事實。但是他也和前人一樣嚴重低估了太陽系的規模。他認為星體運行的軌道是一系列的同心圓,這當然是錯誤的。他的學說裡的數學運算很複雜也很不準確。但是他的書立即引起了極大的關注,驅使一些其他天文學家對行星運動作更為準確的觀察,其中最著名的是丹麥偉大的天文學家泰壽•勃萊荷,開普勒就是根據泰壽積累的觀察資料,最終推導出了星體運行的正確規律。

   雖然阿里斯塔克斯比哥白尼提出日心學說早1700多年,但是事實上哥白尼得到了這一盛譽。阿里斯塔克斯只是憑藉靈感做了一個猜想,並沒有加以詳細的討論,因而他的學說在科學上毫無用處。哥白尼逐個解決了猜想中的數學問題後,就把它變成了有用的科學學說──一種可以用來做預測的學說,通過對天體觀察結果的檢驗並與地球是宇宙中心的舊學說的比較,你就會發現它的重大意義。顯然哥白尼的學說是人類對宇宙認識的革命,它使人們的整個世界觀都發生了重大變化。但是在估價哥白尼的影響時,我們還應該注意到,天文學的應用範圍不如物理學、化學和生物學那樣廣泛。從理論上來講,人們即使對哥白尼學說的知識和應用一竅不通,也會造出電視機、汽車和現代化學廠之類的東西。但是不應用法拉第、麥克斯韋、拉瓦錫和牛頓的學說則是不可想像的。

  僅僅考慮哥白尼學說對技術的影響就會完全忽略它的真正意義。哥白尼的書對伽利略和開普勒的工作是一個不可缺少的序幕。他倆又成了牛頓的主要前輩。是這兩者的發現才使牛頓有能力確定運動定律和萬有引力定律。從歷史的角度來看,《天體運行論》是當代天文學的起點──當然也是現代科學的起點。


【日心說發展及其意義】

       哥白尼的「日心說」發表之前,「地心說」在中世紀的歐洲一直居於統治地位。自古以來,人類就對宇宙的結構不斷地進行著思考,早在古希臘時代就有哲學家提出了地球在運動的主張,只是當時缺乏依據,因此沒有得到人們的認可。 在古代歐洲,亞里士多德和托勒密主張「地心說」,認為地球是靜止不動的,其他的星體都圍著地球這一宇宙中心旋轉。這個學說的提出與基督教《聖經》中關於天堂、人間、地獄的說法剛好互相吻合,處於統治地位的教廷便竭力支持地心學說,把「地心說」和上帝創造世界融為一體,用來愚弄人們,維護自己的統治。因而「地心學」說被教會奉為和《聖經》一樣的經典,長期居於統治地位。 隨著事物的不斷發展,天文觀測的精確度漸漸提高,人們逐漸發現了地心學說的破綻。到文藝復興運動時期,人們發現托勒密所提出的均輪和本輪的數目竟多達八十個左右,這顯然是不合理、不科學的。人們期待著能有一種科學的天體系統取代地心說。在這種歷史背景下,哥白尼的地動學說應運而生了。

  約在1515年前,哥白尼為闡述自己關於天體運動學說的基本思想撰寫了篇題為《淺說》的論文,他認為天體運動必須滿足以下七點: 不存在一個所有天體軌道或天體的共同的中心;地球只是引力中心和月球軌道的中心,並不是宇宙的中心;所有天體都繞太陽運轉,宇宙的中心在太陽附近;地球到太陽的距離同天穹高度之比是微不足道的;在天空中看到的任何運動,都是地球運動引起的;在空中看到的太陽運動的一切現象,都不是它本身運動產生的,而是地球運動引起的,地球同時進行著幾種運動;人們看到的行星向前和向後運動,是由於地球運動引起的。地球的運動足以解釋人們在空中見到的各種現象了。 此外,哥白尼還描述了太陽、月球、三顆外行星(土星、木星和火星)和兩顆內行星(金星、水星)的視運動。書中,哥白尼批判了托勒密的理論。科學地闡明了天體運行的現象,推翻了長期以來居於統治地位的地心說,並從根本上否定了基督教關於上帝創造一切的謬論,從而實現了天文學中的根本變革。

  他正確地論述了地球繞其軸心運轉、月亮繞地球運轉、地球和其他所有行星都繞太陽運轉的事實。但是他也和前人一樣嚴重低估了太陽系的規模。他認為星體運行的軌道是一系列的同心圓,這當然是錯誤的。他的學說裡的數學運算很複雜也很不準確。但是他的書立即引起了極大的關注,驅使一些其他天文學家對行星運動作更為準確的觀察,其中最著名的是丹麥偉大的天文學家泰壽•勃萊荷,開普勒就是根據泰壽積累的觀察資料,最終推導出了星體運行的正確規律。 這是一個前所未聞的開創新紀元的學說,對於千百年來學界奉為定論的托勒密地球中心說無疑是當頭一棒。 雖然阿里斯塔克斯比哥白尼提出日心學說早1700多年,但是事實上哥白尼得到了這一盛譽。阿里斯塔克斯只是憑藉靈感做了一個猜想,並沒有加以詳細的討論,因而他的學說在科學上毫無用處。哥白尼逐個解決了猜想中的數學問題後,就把它變成了有用的科學學說──一種可以用來做預測的學說,通過對天體觀察結果的檢驗並與地球是宇宙中心的舊學說的比較,你就會發現它的重大意義。

  顯然哥白尼的學說是人類對宇宙認識的革命,它使人們的整個世界觀都發生了重大變化。但是在估價哥白尼的影響時,我們還應該注意到,天文學的應用範圍不如物理學、化學和生物學那樣廣泛。從理論上來講,人們即使對哥白尼學說的知識和應用一竅不通,也會造出電視機、汽車和現代化學廠之類的東西。但是不應用法拉第、麥克斯韋、拉瓦錫和牛頓的學說則是不可想像的。 僅僅考慮哥白尼學說對技術的影響就會完全忽略它的真正意義。哥白尼的書對伽利略和開普勒的工作是一個不可缺少的序幕。他倆又成了牛頓的主要前輩。是這兩者的發現才使牛頓有能力確定運動定律和萬有引力定律。 哥白尼的日心宇宙體系既然是時代的產物,它就不能不受到時代的限制。反對神學的不徹底性,同時表現在哥白尼的某些觀點上,他的體系是存在缺陷的。哥白尼所指的宇宙是侷限在一個小的範圍內的,具體來說,他的宇宙結構就是今天我們所熟知的太陽系,即以太陽為中心的天體系統。宇宙既然有它的中心,就必須有它的邊界,哥白尼雖然否定了托勒玫的「九重天」,但他卻保留了一層恆星天,儘管他迴避了宇宙是否有限這個問題,但實際上他是相信恆星天球是宇宙的「外殼」,他仍然相信天體只能按照所謂完美的圓形軌道運動,所以哥白尼的宇宙體系,仍然包含著不動的中心天體。但是作為近代自然科學的奠基人,哥白尼的歷史功績是偉大的。確認地球不是宇宙的中心,而是行星之一,從而掀起了一場天文學上根本性的革命,是人類探求客觀真理道路上的里程碑。 哥白尼的偉大成就,不僅鋪平了通向近代天文學的道路,而且開創了整個自然界科學向前邁進的新時代。從哥白尼時代起,脫離教會束縛的自然科學和哲學開始獲得飛躍的發展。

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