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哥白尼的日心说和现代科学的兴起
送交者:  2023年10月27日12:32:56 于 [世界时事论坛] 发送悄悄话

蒋闻铭


现代文明,徳先生是民主,赛先生是科学。徳先生赛先生,源头是赛先生。现代科学,是现代文明的根本。没有现代科学的兴起,就没有现代文明和现代社会。哥白尼的日心说和现代科学的兴起,是现代社会诞生的前奏序曲。

人类文明的形成发展,使劳心者的群体拥有了相对舒适的生活环境。于是就开始有人琢磨和吃饭穿衣追逐异性不相干的事,对自然现象做理性的解读。 开始是用数比大小多少。有了数,加减好懂,乘除,就不是一般的绕脑,再进一步,想到有理数,勾股定理,就是不可思议的天才了。慢慢地,就有了数学,有了毕达哥拉斯学派。毕达哥拉斯是数学家,哲学家,也是相信轮回的邪教领袖。日月升降是一天,月盈月亏是一月,冬去春来又一年。问题来了。一月有几天,一年有几月?这些问题有关农时,事关能不能有饱饭吃,于是就有了历法。日复一日,年复一年,抬头看满天的星,一颗颗镶在天穹上,但是有五颗,没镶好,到处乱走。有人就想,这五颗星是真的乱走吗?让我一天天把他们的位置记下来再看,这就又有了天文学。天圆地平,听起来没问题,但就有聪明人,告诉你地也是圆的。渐渐的其他人照他说的去看去想,最后大家同意,地是圆的。

古希腊文化的集大成者亚里士多德,是千年一出的天才。他写了不少书,将五花八门的学问,哲学天文学逻辑学物理学,分门别类系统化。 但他又不是全知的神,写的这些书,也就是一半知道一半猜。比如他说整个世界,以月亮为界。万事万物,在月亮下面的,都有生有死;在月亮上面的,都永生不死。地上的物件,不推不动,天上的星星,都在做匀速圆周运动。等等等等。这些说法,可就是知少猜多了。他说地是圆的,很对。接下来,说天转地不转,就不对头。

天主教兴起,要代表神说话。早期的教父们,读过亚里士多德的书,都打心底里佩服他,就拿他的书来回答问题。不过神说的话,就不容置疑不能改了。所以接下来一千年,什么事都以亚里士多德的书为准。比如天文学家,还是每天把行星的位置记下来,看它们的运动,是否有轨迹可循,这个没问题。但是,不管你怎么看,地球必须被固定在世界的中心,所有天体,不但要围着地球转,而且还要做匀速圆周运动,这就是托勒密地心体系。

开始还好。但是一千年过去,观测手段有改进,精确度提高了,理论计算的结果,和观测数据就不容易对得上,行星的轨道,越算越烦,越算越难。 这样到了十六世纪,出现了哥白尼的日心说。哥白尼是波兰的一个神父,虔诚的天主教徒。看行星算轨道,是他的业余爱好。他按教会规定的办法,算了好多年,有一天突发奇想,问自己如果行星不绕地球,而是绕太阳转,轨道计算是不是会简单些。一试,真容易了不少。他知道让行星绕太阳转,是离经叛道,说出去是要命的麻烦,所以他的《天体运行论》,临死前才敢发表。

哥白尼的书,是技术性很强的专业书。算行星轨道的人,本来就少,这些人对日心说,有的赞成有的反对。所以开始的时候,在意这个事的人不多。但是说者无意,听者有心。就有一个知道怎么磨镜片的人,把眼镜片磨成了天文望远镜。往天上一看,行星也有卫星,也跟月亮似的,有盈有亏。这人是伽利略会算轨道的人不多,但是能磨望远镜的,就不少。有了望远镜,往天上看大家都会,这件事可就闹大了。教会一看不对头,宗教裁判所请伽利略喝茶,让他认错。伽利略不想上火刑架,只得老老实实认错,可是已经晚了。会做天文望远镜,看过行星卫星盈亏的人,多了去了。

说地心说是错的,是说一件亚里士多德说的,圣经上也有,大家过去一千年里都深信不疑的事,是错的。还是伽利略,说除了天文学,亚里士多德在物理学上也说过不少错话。比如他说东西从高处往下掉,重的快轻的慢,就不对。你跟他不同意,他也不和你辩,直接拿两个轻重不同的球,爬到比萨斜塔上往下扔,看哪个球先落地。这样一来,大家都好奇,说再看看,亚里士多德还有哪些事说得不对。好奇心一起,就不可收拾了。

人类有智慧有力气。不管是人跟动物斗,还是人跟人斗,力气斗不过智慧,这个大家都明白。但是神不一样。希腊神话,圣经里的故事,人聪明还是神聪明,不好说。人和神斗心眼斗智慧,神真不占上风。比方说神跟人分吃的,就上了普罗米修斯的当,结果是神吃肥油内脏人吃肉。特洛伊战争,希腊联军最具智慧的人物,是奥德修斯。 奥德修斯他爸叫西西弗斯,更是了不得,遇人骗人,遇神骗神。冥王抓他去地狱,他居然骗冥王把自己铐起来,做了他的囚犯。

可是人用智慧跟神斗,总没有好结果。普罗米修斯帮人类与神斗,结局是天天受酷刑。西西弗斯后来被罚,天长日久地做推石上坡的无用功。人和神斗没有好结果,究其根本,不是因为神聪明,而是因为神要多大力气,有多大力气。神跟人斗,不靠聪明智慧靠蛮力。人在神面前耍聪明,他一发火,就发洪水毁灭世界。所以人对神,要么是服了,要么是不服。服了,就承认神是世界的主宰。不服呢?还是用聪明智慧去与神争。 怎么争呢?第一件要弄明白,神的力气是从哪里来的。神就是大自然,问神力从哪里来,是问自然之力,有没有规律可循。有没有呢?还真有。不但有,人居然也弄得懂。就这样,从哥白尼开始,伽利略开普勒牛顿莱布尼茨,微积分,牛顿力学,万有引力定律,科学兴起,人开始有了神力。

哥白尼的日心说,算是他灵机一动。一大帮专业业余的天文学家,那么多人,那么多烦复枯燥的观测运算,日复一日,年复一年,才弄出来这么个灵感,想想就知道该有多不容易。他的地球绕太阳转的说法,算行星轨道的人,有的同意,有的不同意。 同意是因为算法简单了不少,不同意是因为老办法算不准,新办法其实还是算不准。 比如普鲁士国家天文台的台长,叫第谷,就不怎么同意。他搞折衷主义,让行星绕太阳,太阳绕地球。不过他的观测数据,全世界最全最好,这些数据,他死后传到了开普勒手上。

开普勒把哥白尼的灵机一动,弄成了没人能反对的科学理论。说起开普勒,也是奇葩。罗素在《西方哲学史》里,对开普勒的评价很有趣。他说一个人,没什么聪明才智,凭着勤奋努力一根筋,再加上好运气,能有什么样的成就,就看开普勒。人类几千年,只要问什么最完美,答案肯定是圆。所以地心说也好,日心说也罢,大家想都不想,就认定了天体做匀速圆周运动。开普勒不知道为什么,不爱足球偏爱橄榄球,异想天开,拿着从第谷那儿得来的数据,用椭圆去描行星的轨道。不成想还真被他蒙对了,这一描,描出了开普勒行星运动的三大定律。第一大定律,是行星绕太阳转,轨道不是圆,是椭圆,太阳在椭圆的一个焦点上。接下来的两条,说起来有些绕,我们就不细讲了。这三大定律,是近代科学史上开天辟地的大事。行星的位置,用这三大定律,怎么算怎么对,没人能不同意。但是你要是问为什么就有这三大定律,回答是定律就是定律,没有为什么这一问,其实是没人答得上。事情到这里,都还没牛顿什么事。

前面讲了伽利略的两件事,有一件是从比萨斜塔上往下扔重量不同的球。他的结论,第一,地球对所有物体都有吸引力, 这个伽利略就知道,不用等苹果掉到牛顿头上;第二,地球对表面物体的吸引力产生的加速度,与物体的重量无关。有了这两条,能想到太阳对地球也有吸引力,用不着是天才。问题是这个吸引力有多大,这个再想想其实也容易,质量越大,引力越强,距离越远,吸引力就越小,自然不过。 所以后来胡克说万有引力定律是牛顿从他那儿听去的,也不是没有可能。当时他是英国皇家科学院的院长,老资格,牛顿是他的后辈。

力和加速度成正比,又是从伽利略那儿来的。这时候已经有了微积分,加速度是二阶导数,牛顿就写了个方程式。 方程式写下来,解起来不难,但是解出来一看,了不得,地球的轨道,是椭圆,开普勒的三大定律,轻而易举都从这个方程式里溜了出来。一个人在纸上写了一行,倒来倒去,居然一点不差推出了行星运动的三大定律。关键是这几行,给学过微积分的大学生写在白板上,简简单单,大家都看得明白。

你要是说大学生都看得明白,没什么大不了,你就错了。一个人从幼儿园学数数开始,小学五年,加减乘除,分数小数;初中三年,几何代数,高中又是四年,直角坐标三角函数,才到微积分,一环扣一环,想想看是多大的一个工程。

科学的兴起,现代天文学是当仁不让的里程碑。虽然行星绕太阳转,地球降了格,不再是世界的中心。但是人非但没有感到失落,反而从新兴的科学理论中,找到了前所未有的自信。人在神面前不再卑微,在自然的力量面前感到的,不再是恐惧。人类能够应用自己的聪明才智,去理解驾驭自然。培根说知识就是力量的时候,他表达的,是人类从科学的兴起中新取得的强大无比的自信。 知识就是力量,是人类对大自然的宣战书。人和动物不同,是因为人有智识,人类智识的最高成就,是微积分,经典力学,万有引力定律。现代文明现代社会,我们现在生活在其中的这个物资精神无比丰富多彩的世界,都是从这三样那里来的。

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