哥白尼日心说

今天,在克拉科夫大学附属的圣安娜教堂的祭坛附近,我们可以看到这样的一段碑文。它以拉丁文简洁地写着:"尼古拉·哥白尼是祖国的光荣,他带给我们的祖国,我们的城市,以及我们的大学莫大的光荣"。从碑文上我们可以看出,虽然他在400年前就去世了,但是,他不朽的盛名至今仍受到全世界科学家的尊敬与拥戴。

哥白尼的日心说推翻了以地球为中心的宇宙观,成为后来天文学的基础,开辟了科学的新纪元。

一、天文学的开端

在遥远的太古时期,人类就以好奇的眼光仰观天空。《圣经》上记着"上帝创造了两个光,大的光掌管着白天,小的光掌握着黑夜。又创造了无数的星宿,将这些星宿置于天空中,照耀大地……"但这仅仅是神话,如果根据旧约圣经的记载,这一切全是神的旨意了。但是,还有许多问题无法在圣经上找到答案。

公元2世纪时,希腊天文学家托勒密,根据亚里士多德的观点,发表了关于神秘的天空的一项非常令人吃惊的理论,他认为:"地球是宇宙的中心,万物也以它为中心聚集着,无可置疑的它是巨大物质的核。"太阳、月亮、星星都不断地绕着地球旋转,有时改变着自己的位置。万物围绕着这宇宙的中枢而散布在我们的周围。

这种说法似乎非常正确,几乎没有辩驳的余地。但是,这种理论却已扰乱了人类的心灵。尽管它一直使人迷惑,但是经过了14个世纪,都没有人提出反对。在中世纪的欧洲,托勒密的学说被看成是天经地义的,罗马教会支持这种理论,违反了它,就被称为异端。

直到中世纪的某一天,哥白尼在山洞的出入口,眼看着太阳从东方升起,当闪耀的阳光照射着他时,他毫不怀疑地想,太阳一定是转动的。当太阳由地平线上冉冉升起时,人类可以清楚地感觉到它的转动。它悠闲地,缓慢地,徐徐上升,它的光芒助长了万物欣欣向荣。太阳的运行继续下去,直到傍晚时分,它沉入在黑暗之中。

二、哥白尼

公元1473年2月19日,哥白尼生于维斯瓦河畔的托伦城圣阿娜巷。他的父亲原是克拉科夫的商人,1458年迁居托伦,后曾任托伦市市长和议员,母亲巴巴娜是当地一位富商的女儿。哥日尼10岁时,父亲去世,他被送到舅父乌卡斯·瓦兹洛德大主教家里抚养。

18岁时,哥白尼被他的舅父送到克拉科夫大学学习天文学和数学。他的舅父期望他能成为一个神父。他只好接受这份心意。1496年,哥白尼在意大利北部的波伦亚大学学习教会法,但他的主要精力是攻读数学、天文学。1500年,哥白尼因经济困难,到罗哥白尼日心说马担任数学教师。但他从未停止过对天文学、数学的研究,他在罗马作了关于这两个题目的演讲,在意大利期间,还进行了多次天文观察和测量。他和当地的天文学家们讨论问题,交换意见。他记录下这样大胆的见解:"天空,太阳,月亮,里星以及所有的东西站着不动,除了地球以外,宇宙间没有什么东西在动。地球以巨大的速度绕轴旋转,这就引起一种感觉,仿佛地球站着不动,而天空却在转动"

1501年夏天,哥白尼回国取得了教会的资助后,又到意大利的巴多瓦学医,并继续学习教会法。这期间他在邻近的一所大学参加学位考试,获得了教会法博士的学位。

学成回国后,由于舅父的关系,哥白尼被批准加入费隆堡大教堂的教士团,他在黑尔斯堡他舅父乌卡斯主教身边担任秘书和私人医生,除了为穷人看病外,还帮助舅父哥白尼日心说写信,并协助主持对抗条顿骑士团的斗争。在战争、看病与管理教会财产的余暇,他还去整理自己研究的资料,用拉丁文写出了"日心说"的提纲——《试论天体运行的假设》。他在这本书中提出了自己的假设:"地球不是宇宙的中心。所有的天体都在围绕着太阳运转,太阳才是宇宙的中心。地球和别的行星一样绕着圆周旋转。它1昼夜绕地轴自转1周,1年绕地球公转1周"。

这种理论在当时很难令人置信。德西·史莱姆斯博士在作哥白尼的研究论文时就曾感慨地说,"这种理性与想象力的胜利,是一种可以期待的独创性事业,但却无法从任何的智慧泉源中流出来"。

三、挑战与质疑

哥白尼不但是一位敢作大胆假设的思想家,而且他本人更是一位追求真理的勇士。对于自己的这套理论,表现了一种非常细心的态度。他知道这种对于天体运行的激进思想,一定会令教会大为震怒。但他深深觉得,这种对于天空探讨的精冲和态度,不能算是一种罪恶。

当他要发表这份论文时,曾经一再地检查自己的论点,而在书中的序文里,作了如下的说明:"我这种想法,并不是没有理论根据的。为了害怕受到别人的蔑视,我以前只好:将它搁置在一边"

也曾经有人劝他,不妨在序文中再加上说明,指出这个理论体系只是对于日历的计算有所帮助,而不是绝对的真理,不过是一项假设罢了,但哥白尼并没有接受这个建议。当他的巨著于1543年5月24日在细伦堡推出时,哥白尼巳因病卧床1年多,眼睛也看不见了,只摸了摸书的封面,便与世长辞了。虽然"运行"的手稿,被细伦堡的出版商綦改过,原序言被伪序所替换,书名也被改为"天体运行论",但这本不朽著作的出版,仍具有划时代的意义。

哥白尼的日心体系学说,推翻了长期统治天文学的"地心说",从此自然科学开始从神学中解放出来。刻卜勒与伽利略,以及其它学者们,继续发展哥白尼的理论,而牛顿则集其大成。没有这一套理论,刻卜勒就无法发现行星运行的正常轨道。没有日心说为基础的话,牛顿也不能产生万有引力的概念。任何天体都可由它的质量函数,计算出它所具有的引力,何况如果不能了解这项事实的话,现代天文学和各种天文活动也都无从谈起了。

哥白尼的宇宙论,超越了现在我们所说的太阳系。这个行星系中有几颗行星,由自己的卫星环绕着,本身并依靠太阳的重力而绕日运行。今天,我们已经明白,太阳和太阳系只是无限宇宙的一部分而已。由庞大数目的星星,正在做庞大系统的旋转。天文学者已理解到,太阳只是一个渺小的星体,地球就在它的周围,距离15000万公里的轨道上转动。

结语

哥白尼的理论体系,使我们对天文学的知识更加具体化了。太阳是太阳系的中心,地球绕太阳进行公转,而本身也有自转的现象,由此产生了昼夜。而地轴是以大约22.3°的倾斜角度,指向公转的中心--太阳,由于这种倾斜的状态,使地球在公转的周期中,当北半球向着太阳的时候,便是北半球的盛夏时节,经过6个月的光景,南半球便转向太阳,于是,夏天便降临在南半球了。

在哥白尼之前,有一些不被接纳的学说,由于太阳中心论的提出,才显得正确而可信。今天,爱因斯坦的相对论,虽然为天文学与物理学展开了新纪元,但是,也不能推翻哥白尼的根本理论。

德国诗人歌德就曾这样称赞道:"哥白尼地动学说撼动人类意识之深,自古无一种见解,无一种发明,可与之相比。"

参考资料:《西方科学技术发展史》、《哥白尼传》、《天文学的前世今生》