《人类科学技术史-190》哥白尼以前的宇宙观

哥白尼以前的宇宙观

近代前期，科学的第一个伟大成就，便是由哥白尼提出"日心说"而开始的天文学革命逐渐深入，人类在探索宇宙的过程中获得了重大的突破。

1.古希腊的天文学

为了理解哥白尼的太阳中心学说的意义，还要从古希腊的天文学说起。

（1）天体系统的最初构建

欧洲人关于地球位于宇宙中心的看法，是由来已久的。古希腊天文学的奠基人、米利多学派的阿那克西曼德(公元前610-公元前546／545年）认为，地被太阳、月球等天体所包围，它没有任何支撑地位于宇宙的中心，因为它没有理由朝任何方向运动，所以是静止不动的。

阿那克西曼德是最早阐述有关宇宙论或世界体系的思想的哲学家之一。作为理性主义者，他把几何学和数学引入了天文学，从而为摆脱以前的带有神秘色彩的宇宙观念开辟了道路。

对于数充满兴趣的毕达哥拉斯学派把他们的喜好用于解释宇宙，认为整个宇宙就是数与和谐，一切天体的运动都服从于数学规律，数字之比存在于从宇宙中心到各天体的距离；10是最完美的数字，因此天上的运动的发光体也必然有10个。由于当时只能看到9个，他们就断定还有一个与地球相对的对地星。毕达哥拉斯派认为，整个宇宙是一个球形，各球形的天体都作均匀的圆周运动，因为球形和正圆形是最完美的几何体。他们认识到，假定地球在运动，就可以解释天体的视运动。

大约在公元前5世纪中叶，毕达哥拉斯学派的哲学家菲洛劳斯(活动时期约公元前5世纪中后期）构想了一个宇宙体系，在这个体系中，地被作为一个球体同其他9个天体一起围绕着一个中心火旋转，这个中心火是宇宙的祭坛，是人永远看不见的。

毕达哥拉斯学派的最后一位学者埃克番达斯发现，昼夜的长短是随纬度而变化的。他由此而形成了一个新观点，即地球在空间的中央绕自己的轴旋转。

毕达哥拉斯派的宇宙观念，对后世产生了深远影响。特别值得指出的是，哥白尼和刻卜勒也十分重视数的问题，他们在提出和阐述太阳中心说时，都强调了它在数学上的和谐和简单性，并认为这是证明太阳中心说是真理的最好理由。

柏拉图(约公元前428-前348／347年）对宇宙的看法，是先验地推导出来的。他也认为球是最完美的形式，因此宇宙必然是球形的，天体则按圆圈运行。把柏拉图的一些圆圈组合起来，能够得到太阳绕地球的视轨道。他的天文学观点，后来由希帕克和托勒密作了进一步的发挥。但据说柏拉图在晚年认识到，如果把地球假定为是运动的，就能够更好地说明天文现象。

柏拉图时代杰出的天文学家和数学家欧多克索斯(约公元前400-前350年）为了解释所观测到的日、月和五颗行星的运动现象，建立了一个由27个透明的同心球体组成的模型，这些透明同心球体均以地球为中心，其中日、月各3球，5颗行星各4球，恒星1球。恒星的球在最外层，向内依次为土星、木星、火星、太阳、金星、水星和月亮的球。每层球的旋转轴指向、旋转方向和旋转速度都各不相同。欧多克索斯的这个系统，既保持了关于圆是完美的几何图形的观念，又把关于匀速圆运动的叠加可以计算天体的不均匀运动的观点引进了天文学。他的系统成为以后一些天文学家发挥地球中心说的基础。

差不多与欧多克索斯同时的亚里士多德也明确提出了地球位于宇宙中心的主张。他认为，地是一个球体，沉重的地球由于其特别的性质正好处于宇宙的中心；地球之外的天体具有永恒的均匀的圆周运动，它们不是由地球上的4种物质即土、水、空气和火所构成，而是由以太构成，其内部是不变的。

亚里士多德的著作涉及内容广泛，是古代学术的百科全书，因此，当中古后期他的著作重新面世之后，他的观点——包括天文学观点——就成了权威。

不同的宇宙观在很长时间内都有所发展。

公元前4世纪，希腊的科学中心从雅典转移到亚历山大城——亚历山大远征时在埃及尼罗河口建立的希腊化城市。

萨摩斯的阿利斯塔克(约公元前310-前230年）是亚历山大城的著名天文学家，他的最大贡献是认为地球有自转和绕日公转这两种运动。这是有史以来第一次有人提出这样的观点。为此，斯多噶派的一些哲学家宣称，阿利斯塔克应该以"渎神"罪被指控。

据阿基米德介绍，阿利斯塔克提出了一个假设，即恒星和太阳是不动的，地球沿着一个圆的周边绕太阳运动，太阳则在这个轨道的中心；地球每天绕自己的轴旋转一圈，每年沿圆形轨道绕太阳旋转一周。为了解释恒星在地球运动时看起来不动的问题，阿利斯塔克正确地指出，这是由于恒星的距离同地球轨道直径比较起来极其巨大的缘故。一千多年之后，哥白尼在创立新的宇宙体学时，也曾受惠于阿利斯塔克的思想。

有关地球位于宇宙中心的思想也在发展。约公元前130年，天文学家希帕克(-公元前127年之后）在欧多克索斯学说的基础上形成了一个新体系。希帕克首先假定，地球是中心，然后让日、月、行星等天体都在自己的圆轨道即本轮上匀速运行，而本轮又在一个大的圆轨道即均轮上围绕地球运行。他的体系对地球中心说的维持起了很大作用，且对托勒密体系的形成产生了直接影响。

在希帕克之前，当时就享有"大几何学家"盛名的阿波罗尼奥斯(约前262-前190年）为解释行星运动而引进了偏心圆运动和本轮运动的概念，这在后来也成为托勒密构筑宇宙体系的材料之一。

（2）托勒密的宇宙体系

希腊著名天文学家、地理学家和数学家托勒密(活动时期为公元2世纪）在天文学方面的研究成果，主要体现在他的《天文学大成》这部巨著中。这部共有13卷的著作，是对希腊天文学的总结。在前人提出的有关偏心圆、本轮、均轮的观点基础上，尤其是在希帕克体系的基础上，托勒密论证了地球位于宇宙中心静止不动的理论，构筑了一个描述太阳、月球和行星的位置以及视运动的体系，以一些被称为本轮和均轮的假想圆周和匀速的圆周运动来解释观测到的天体运动。托勒密认为，天是球形的，并且在不停地运动，恒星也都固定于其上。地也是球形的，但却静止不动，位于天的中心。太阳和行星都围绕地球旋转；太阳沿着一个本轮的圆周运动，而本轮的中心又沿着一个均轮的圆周运行，周期为一年；太阳均轮的中心与地心重合，而月球和行星的均轮中心则不在地心。

值得注意的是，尽管托勒密论证了地心说，但他在《天文学大成》的导言中也承认，从数学角度来看，可以把星空的周日运动看作是地球绕自己的轴作周日运动的反映，但他不愿为了适应观测到的现象而把地球看作是运动的星体，因为他认为这从物理学上来说是荒谬的：根据当时对惯性的认识，如果地球在旋转的话，地球表面的东西也将急速移动而不是与地球紧紧附合。

由于托勒密的体系符合《圣经》的说法，它得到了教会的支持而成为正统学说，并在大约1400年的时间里支配着天文学。

2.中世纪欧洲人的认识

直到中世纪晚期甚至近代初期，人们对宇宙的认识在总体上仍受到托勒密学说的影响。例如，在但丁(1265-1321年）的描述中，宇宙是由一系列天体组成的系统，这些天体一个处于另一个之内，在整个系统的中心则是不动的地球。但丁认为，总共有10层天存在，每层天都是一个以地球为中心的透明天球，月亮、太阳、行星等天体分别附于天球的背面，整个系统每24小时绕不动的地球转一周。

在1539年安特卫普出版的阿皮安(1495-1552年）的《宇宙志》中，有一幅以地球为中心的有限宇宙图。图的中心是包括水、空气和火圈的地球，它是不动的，并由分属月亮、水星、金星、太阳、火星、木星和土星的天球层层包围，在这7个"行星"天球之外是苍天即恒星系、第9个透明天球，第10个原动体。在这以外便是茫茫宇宙太空、上帝和神的住所。

但托勒密的体系也遇到了问题。由于行星实际上是沿着椭圆形轨道绕日公转，而到15世纪时人们对行星运动轨迹的测量也日渐精确，托勒密的体系必须变得更加复杂才能说明新观察到的现象。于是，托勒密的正确性受到了怀疑。

15世纪，在哥白尼之前，已有一些学者明确地提出了同托勒密学说不同的理论。库萨的尼古拉斯(1401-1464年）是天主教的枢机主教，但也是有影响的哲学家和科学家。他曾指出："我们已经清楚，我们的地球在动，虽然这是感觉不到的，只有同恒星比较才能发现。"他认为，地球围绕自己的轴心，由东向西，24小时旋转一周；同时，它还围绕同前一个轴相垂直的轴线旋转。星空和太阳也都作两种运动。尼古拉斯觉察到，包括地球在内的宇宙在运动，这个运动有一个中心，但这个中心不是地球。他的这一见解为哥白尼的天文研究开辟了道路。