談地心說的歷史功績

陳亞華

摘要: 雖然托勒密的地心體系被日心說取代,但是它在誕生至今1500多年的時(shí)間里,帶給西方人的東西遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于哥白尼的日心說。地心說,是世界上第一個(gè)行星體系模型,是世界上最早的假說—演繹體系。在建立理論的過程中,自始至終使用數(shù)學(xué)工具去研究和證明,開創(chuàng)了構(gòu)建精確性理論的先河。在地心說占統(tǒng)治地位的上前年間,由于地心說的統(tǒng)治地位和廣泛影響,它塑造了西方人的分析式的思維方式,和不包含倫理觀的實(shí)體自然觀,以及自然研究中應(yīng)用數(shù)學(xué)工具的習(xí)慣。

關(guān)鍵詞: 地心說;科學(xué)思維傳統(tǒng);歷史功績

中圖分類號:B13 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1002—2589(2009)31—0112—02

一、地心說與日心說

古代天文學(xué)邁進(jìn)現(xiàn)代化科學(xué)的前奏,可以以托勒密的模型為代表。多少代人從事觀測和分析使描述天體運(yùn)動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系日臻精確,但都只限于對直觀的天體相對位置的二維移動(dòng)規(guī)律的表述上。而以托勒密為代表的努力,把這些運(yùn)動(dòng)看成是實(shí)際的三維世界中天體空間運(yùn)動(dòng)在二維天球面上的投影,并發(fā)展了科學(xué)的方法加以描述。哥白尼復(fù)活了古代的一個(gè)學(xué)說,更加精細(xì)地重新刻畫。“日心”、“地心”學(xué)說之爭就是圍繞著究竟建立一個(gè)什么樣的模型來展開的。如果沒有托勒密把模型納人科學(xué)的軌道,那么一切爭議都會(huì)成為理念的。或許沒有這樣的爭議也就發(fā)展不出今天的科學(xué)。

地心說是長期盛行于古代歐洲的宇宙學(xué)說。它最初由古希臘學(xué)者歐多克斯提出,后經(jīng)亞里多德、托勒密進(jìn)一步發(fā)展而逐漸建立和完善起來。托勒密認(rèn)為,地球處于宇宙中心靜止不動(dòng)。從地球向外,依次有月球、水星、金星、太陽、火星、木星和土星,在各自的圓軌道上繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)。其中,行星的運(yùn)動(dòng)要比太陽、月球復(fù)雜些:行星在本輪上運(yùn)動(dòng),而本輪又沿均輪繞地運(yùn)行。在太陽、月球行星之外,是鑲嵌著所有恒星的天球—恒星天。再外面,是推動(dòng)天體運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)天。地心說是世界上第一個(gè)行星體系模型。盡管它把地球當(dāng)作宇宙中心是錯(cuò)誤的,然而它的歷史功績不應(yīng)抹殺。地心說承認(rèn)地球是“球形”的,并把行星從恒星中區(qū)別出來,著眼于探索和揭示行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,這標(biāo)志著人類對宇宙認(rèn)識的一大進(jìn)步。地心說最重要的成就是運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算行星的運(yùn)行,托勒密還第一次提出“運(yùn)行軌道”的概念,設(shè)計(jì)出了一個(gè)本輪均輪模型。按照這個(gè)模型,人們能夠?qū)π行堑倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量計(jì)算,推測行星所在的位置,這是一個(gè)了不起的創(chuàng)造。在一定時(shí)期里,依據(jù)這個(gè)模型可以在一定程度上正確地預(yù)測天象,因而在生產(chǎn)實(shí)踐中也起過一定的作用。地心說中的本輪均輪模型,畢竟是托勒密根據(jù)有限的觀察資料拼湊出來的,他是通過人為地規(guī)定本輪、均輪的大小及行星運(yùn)行速度,才使這個(gè)模型和實(shí)測結(jié)果取得一致。但是,到了中世紀(jì)后期,隨著觀察儀器的不斷改進(jìn),行星位置和運(yùn)動(dòng)的測量越來越精確,觀測到的行星實(shí)際位置同這個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果的偏差,就逐漸顯露出來了。

1543年,波蘭天文學(xué)家哥白尼在臨終時(shí)發(fā)表了一部具有歷史意義的著作——《天體運(yùn)行論》,完整地提出了“日心說”理論。這個(gè)理論體系認(rèn)為,太陽是行星系統(tǒng)的中心,一切行星都繞太陽旋轉(zhuǎn)。地球也是一顆行星,它上面像陀螺一樣自轉(zhuǎn),一面又和其他行星一樣圍繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)。日心說把宇宙的中心從地球挪向太陽,這看上去似乎很簡單,實(shí)際上卻是一項(xiàng)非凡的創(chuàng)舉。哥白尼依據(jù)大量精確的觀測材料,運(yùn)用當(dāng)時(shí)正在發(fā)展中的三角學(xué)的成就,分析了行星、太陽、地球之間的關(guān)系,計(jì)算了行星軌道的相對大小和傾角等,“安排”出一個(gè)比較和諧而有秩序的太陽系。這比起已經(jīng)加到80余個(gè)圈的地心說,不僅在結(jié)構(gòu)上優(yōu)美和諧得多,而且計(jì)算簡單。哥白尼的計(jì)算與實(shí)際觀測資料能更好地吻合。因此,日心說最終代替了地心說。

托勒密的天體模型之所以能夠流行千年,是有它的優(yōu)點(diǎn)和歷史原因的。它的主要特點(diǎn)是:(1)繞著某一中心的勻角速運(yùn)動(dòng),符合當(dāng)時(shí)占主導(dǎo)思想的柏拉圖的假設(shè),也適合于亞里士多德的物理學(xué),易于被接受。(2)用幾種圓周軌道不同的組合預(yù)言了行星的運(yùn)動(dòng)位置,與實(shí)際相差很小,相比以前的體系有所改進(jìn),能解釋行星的亮度變化。地心說的最大問題是通過觀測然后找到合適的本輪均論去不斷的構(gòu)建一個(gè)越來越復(fù)雜的模型,是依靠經(jīng)驗(yàn)搭建理論,而不是找到了先進(jìn)的理論去指導(dǎo)實(shí)踐。

二、地心說對西方科學(xué)的真正價(jià)值

在我看來,地心說的影響和意義說的再大也不為過,說成是西方科學(xué)理論研究習(xí)慣的開創(chuàng)者才能表達(dá)我對地心說的贊美。

地心說是世界上第一個(gè)行星體系模型,承認(rèn)地球是“球形”的,并把行星從恒星中區(qū)別出來,著眼于探索和揭示行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,這標(biāo)志著人類對宇宙認(rèn)識的一大進(jìn)步。地心說最重要的成就是運(yùn)用數(shù)學(xué)計(jì)算行星的運(yùn)行,托勒密還第一次提出“運(yùn)行軌道”的概念,設(shè)計(jì)出了一個(gè)本輪均輪模型。按照這個(gè)模型,人們能夠?qū)π行堑倪\(yùn)動(dòng)進(jìn)行定量計(jì)算,推測行星所在的位置,這是一個(gè)了不起的創(chuàng)造。

托勒密的地心說不是臆測,也不是先驗(yàn)的武斷,更不是巫者的邪說,而是當(dāng)時(shí)社會(huì)歷史背景和科學(xué)技術(shù)條件下,和當(dāng)時(shí)實(shí)踐水平相適應(yīng)的理論。

首先,托勒密的地心說是對前人思想和學(xué)說的總結(jié)。在他之前,歐多克索認(rèn)為地球是萬物的中心,提出了太陽、月亮和行星都在同心透明體中繞地球而運(yùn)轉(zhuǎn)的觀點(diǎn)。隨后,天文學(xué)家阿波羅尼提出了本輪、均輪的概念,用來解釋天體和地球距離的變化。稍后的喜帕恰斯又繼承了阿波羅尼的本輪、均輪理論,并進(jìn)一步用偏心圓來解釋太陽的不均勻性運(yùn)動(dòng)。他還發(fā)現(xiàn)了歲差,編制了幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)太陽和月亮的運(yùn)動(dòng)表以及一份包括1 000多顆恒星位置和亮度的星表。托勒密正是沿著歐多克索、阿波羅尼和喜帕恰斯的道路,并集古希臘天文學(xué)的大成,形成了他的完整的地心說體系。其次,托勒密的地心說是建立在他長期觀察實(shí)踐的基礎(chǔ)之上的。他不僅繼承了前人積累的天象資料,而且自己作了二十多年的辛勤觀測,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了浩繁的計(jì)算。托勒密的地心說是一定歷史階段的產(chǎn)物,它不能不受當(dāng)時(shí)生產(chǎn)發(fā)展水平的限制。在當(dāng)時(shí)的條件,要科學(xué)認(rèn)識地球的運(yùn)動(dòng)是不可能的,相反,采用地心系來描述天體運(yùn)動(dòng)則是很自然的,而且是合乎認(rèn)識發(fā)展邏輯的。

托勒密的地心說中是古希臘留傳下來的寶貴的科學(xué)遺產(chǎn)之一,地心說的某些結(jié)論,即便是用現(xiàn)代的觀測資料來進(jìn)行檢查,也是相當(dāng)準(zhǔn)確的[1]。托勒密建立他的體系是從實(shí)際觀測資料出發(fā)的,并且每一步都與觀測結(jié)果相對照,根據(jù)觀測結(jié)果來修改和補(bǔ)充自己的理論。相反,早期哥白尼的日心說由于不能象托勒密的地心說那樣做到相當(dāng)精確地同觀測一致,致使一些天文學(xué)家拒絕接受日心說,或一度贊成后又放棄了它(如第谷)。從這一點(diǎn)來看,地心說的科學(xué)價(jià)值也是應(yīng)該予以充分肯定的。

托勒密建立地心說的基本思路與方法是:“對由實(shí)際觀測得來的資料進(jìn)行數(shù)學(xué)概括,抽象出一個(gè)模型,構(gòu)成明確的幾何圖像,然后用演繹方法從模型中預(yù)言天象,如這些預(yù)言的天象被新的觀測證實(shí),就表示模型成功,否則就修改模型。按照這種思路與方法,托勒密建立了人類歷史上第一個(gè)科學(xué)的宇宙結(jié)構(gòu)模型。”[1] 盡管西方天文學(xué)在幾千年發(fā)展過程中出現(xiàn)過無數(shù)發(fā)明與改進(jìn),但其最基本的思路與方法仍然是托勒密建立地心說的這種思路與方法。從哥白尼的日心說到現(xiàn)代宇宙學(xué)的各種模型都可以看作是托勒密的的方法的繼承與發(fā)展。也就是說,托勒密建立地心說的理念和方法,先用觀察法和歸納法,獲得經(jīng)驗(yàn)資料,然后建立假說,再用實(shí)踐檢驗(yàn)理論,構(gòu)成了最早的假說—演繹體系。另外,在建立理論的過程中,自始至終使用數(shù)學(xué)工具去研究和證明,應(yīng)用數(shù)學(xué)工具來找到使人信服的依據(jù),開創(chuàng)了構(gòu)建精確性理論的先河。在地心說之前,恐怕沒有那個(gè)大規(guī)模的理論有如此完善的體系和精確性、嚴(yán)密性。“托勒玫處理問題的方法和他的許多令人信服的系統(tǒng)陳述,使得他成為在開普勒之前最徹底并且最具天才的理論天文學(xué)家,由此,托勒玫天文學(xué)體系一步步地建立起來。他的工作是前人對于宇宙進(jìn)行數(shù)學(xué)化的繼續(xù),他假設(shè)了數(shù)學(xué)化的幾何模型,成為他所有工作的基礎(chǔ)。”[2]

三、還地心說應(yīng)有的歷史地位

受地心說長達(dá)上千年的熏陶,在地心說之后,西方的所有的理論,都自覺不自覺的在理論模式上向地心說學(xué)習(xí)。而在科學(xué)思維方式上,也是如此。主要有以下幾點(diǎn):

1.熱衷于探索尋找自然現(xiàn)象背后的原因。“西方科學(xué)的本質(zhì)在于它是對自然現(xiàn)象背后原因的猜測或揭示”[2] 。而這種注重尋找自然現(xiàn)象背后原因的傳統(tǒng)正是古希臘理智的一個(gè)鮮明特征。在地心說中的原動(dòng)天的存在,就是西方思維中追尋原因的體現(xiàn)。亞里士多德一定要說明天,為什么會(huì)動(dòng),而渾天說的創(chuàng)立者張衡則不會(huì)考慮這個(gè)問題。

2.喜歡運(yùn)用理性思維觀察、分析和解決問題。對邏輯的推崇使的在西方人看來,作為理性思維規(guī)則的形式邏輯是人類獲得對客觀世界的真知,即知事物之所以然的一個(gè)必不可少的“工具”。 從這里我們終于弄清楚了,牛頓之所以提出萬有引力假說,是因?yàn)槿f有引力是對蘋果總是掉到地上,不飛到天上去的一個(gè)合邏輯的解釋。相信托勒密和之前的天文學(xué)家們也在不停的問為什么星星們總在繞我們轉(zhuǎn),為什么周而復(fù)始。

3.相信世界是簡單的、有序的、統(tǒng)一的,因而可以憑理性思維找到其中的規(guī)律。同心球,天球?qū)舆@種宇宙結(jié)構(gòu),說明西方對世界圖景的信仰。而同時(shí)代的渾天說,中國人并不想把哪個(gè)星星在哪個(gè)軌道上搞得很清楚,因?yàn)槲覀兏敢庀嘈?這個(gè)世界是變化的、復(fù)雜的、不可知的。

四、結(jié)語

地心說不是西方自然觀和物質(zhì)觀的起源,但是在鞏固和發(fā)揚(yáng)這種思想的過程中發(fā)揮了舉足輕重的作用。在漫長的上千年的時(shí)間里,地心說在不斷的影響加深著西方世界的人們的對世界的直觀認(rèn)識,以至于根深蒂固。地心說作為一種科學(xué)假說,具有很多的合理性,其敗給日心說的部分僅僅是它的整個(gè)理論的一小部分,它所表現(xiàn)出來的自然觀,物質(zhì)觀,研究方法,是西方科學(xué)的集大成者,其社會(huì)影響力所發(fā)揮的時(shí)間和范圍遠(yuǎn)超日心說。讓熱愛科學(xué)的人們,為地心說喝彩!

參考文獻(xiàn):

[1]梅其君.從托勒密的地心說看科學(xué)史上的錯(cuò)誤理論[J].貴州工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版(季刊),2001,(4).

[2]鄧可卉.托勒玫“至大論”的方法論基礎(chǔ)[J].內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報(bào):哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版,2006,(5).

[3]錢兆華.西方科學(xué)的文化基因初探[J].自然辯證法研究,2003,(8).(責(zé)任編輯/ 姜超)