《人类科学技术史-191》哥白尼的贡献

哥白尼的贡献
1.研习天文学

1473年，尼古拉.哥白尼(1473-1543年）出生于波兰东部的古城托伦一个有名望的商人之家。最初，哥白尼曾在自己的家中接受教育，后来进入当地学校读书。托伦的学校是一所世俗学校，它的教师中有一些天文学爱好者。正是在这里，少年哥白尼开始接触天文学。双亲去世后，他由舅舅乌卡什.瓦兹洛德养育和庇护。瓦兹洛德是波兰著名的人文主义者，崇尚科学，曾在克拉科夫和意大利的大学里学习过，1489年被选任为瓦尔米亚的主教。

1491年，19岁的哥白尼进入克拉科夫学院读书。克拉科夫是当时波兰的首都，而克拉科夫学院是中欧继布拉格大学之后的第二所大学，深受人文主义的影响。学院的教授们曾勇敢地为受到迫害的布拉格大学教授杨.胡斯(约1369-1415年）辨护。

在克拉科夫学院人文学系读书时，哥白尼目睹身历了新的世界观和科学思想同旧的中世纪观念的斗争。在这里，他受到了良好的数学和天文学教育，并学会了使用天文观测仪器。他同老师一起观测过月蚀和日蚀，并对一些天文现象发表过自己独特的见解。学院的数学和天文学教授沃伊切赫对哥白尼产生了很大影响，他不但引导哥白尼走上了天文学研究之路，而且以人文主义思想培养了哥白尼的公民感情。他的科学精神使哥白尼大胆地怀疑当时公认的法则，并由此而取得了具有划时代意义的伟大成就。

天文学在当时是一门显学。之所以如此，首先是由于天文学对于正确使用复杂的教会日历十分重要。为了计算那些不固定的宗教节日在每一年中的确切日期，为了编制日历和计算时间，天文学是不可少的。其次是当时人们对于占星术的迷信，王公、贵族和军事指挥人员都需要占星家来为他们的每一项重要决定预测吉凶，就是普通老百姓也离不开占星家对时令和气候的预报。而占星家的角色通常都是由天文学家担任的，占星术实际上就是天文学的某种变种。其三是当时已日渐发展的远洋航行的需要，在茫茫海洋中，人们主要依靠观测天象来辨认方向和确定位置。

克拉科夫学院的天文学教学和研究在欧洲享有声誉。1459年，学院开办了占星学系，这个系培养出来的学生，在不少国家的天文学发展中起过积极作用。例如，15世纪后期，在意大利的博洛尼亚大学天文学系有5位来自波兰的教师担任教职。曾给过哥白尼不少帮助的沃伊切赫，是当时欧洲最有名的天文学家之一，他发现了月亮的轨道并不是如人们所想象的圆形，而是椭圆形的；通过反复观测，他认为月亮始终是以同一个面对着地球的。

在克拉科夫学院，哥白尼大量阅读了古典学术名著，并从中发现了同当时流行的托勒密学说不同的观点。菲洛劳斯和阿利斯塔克的见解可能引起了哥白尼的兴趣，因为他们关于宇宙体系的提法同教会所支持的地球中心说是不一致的。这种矛盾促使哥白尼对托勒密的体系产生怀疑，在克拉科夫学院，是具有对学术问题进行怀疑和探索的气氛的。

在克拉科夫学院学习4年之后，哥白尼于1495年回到瓦尔米亚舅舅身边。一年后，他启程前往意大利的博洛尼亚，去读那里的大学。这时的意大利是欧洲科学文化的中心，伟大的文艺复兴运动即发端于此。哥白尼在博洛尼亚大学学习的科目有法律、天文学、数学和希腊语。这所大学气氛活跃，学术辩论盛行。哥白尼在这里有机会同著名的天文学家和占星家诺瓦拉(1454-1504年）探讨自己感兴趣的天文学问题，并一起进行天文观测。同诺瓦拉就托勒密宇宙体系的问题及改进这一体系的可能性所作的深入交谈，激励哥白尼构思新体系、改革天文学。

1497年，在当主教的舅舅的帮助下，哥白尼得到了弗龙堡的神父职位。这使他能够利用神职人员的特权和报酬从事学习和研究工作。1501年7月，哥白尼回国并作了短暂逗留，很快又得到去意大利威尼斯共和国的帕多瓦大学学习医学的机会，条件是学成后回弗龙堡担任当地教会的医生。学医并未使哥白尼放弃对天文学的爱好，因为那时的医学与占星术和天文学是有联系的，人们一般都相信天象变化对人的身体有影响，甚至不少药物的使用也要根据行星的位置来确定，所以，哥白尼在帕多瓦大学继续从事天文观测和研究。他在这个时期的笔记中写道："菲洛劳斯承认地球是动的，听说，萨摩斯的阿利斯塔克也是这种看法……这是可信的。……但这种事只有敏锐的天才经过长期研究才有可能解决。"在博洛尼亚大学和帕多瓦大学的学习，使哥白尼掌握了当时天文学的所有主要成就，为他日后的研究打下了基础。而意大利的人文主义精神和科学精神的薰陶，则使他养成了作为一个优秀科学家应该具备的素质。1503年的秋天，他回到了波兰。

2.提出新体系

哥白尼回国后，先是当他舅舅——瓦尔米亚主教瓦兹洛德——的保健医生兼顾问和秘书，后来又担任了弗龙堡神父会的行政和财政管理工作。与此同时，他系统地研究了天文学。

（1）形成假设

哥白尼发现，观测精度的提高使托勒密体系必须变得更加复杂，而且它终不能与观测结果相吻合。在古希腊学者的地动思想启发下，哥白尼形成了一个比托勒密体系更简单而又更完善的假设。

约在1510-1514年间，哥白尼写了一篇关于自己的天体运动假设的文章，并把它寄给了自己的友人。这篇文章简明扼要地阐述了日心说的基本思想，其要点是：地球的中心不是宇宙的中心，而只是重心和月球轨道的中心；所有的天体都围绕太阳运转，因此太阳位于宇宙中心附近；地球围绕自己的轴心每昼夜旋转一圈，围绕太阳每年旋转一圈；在天空中看到的所有运动，都是由地球自己的运动造成的；人们感觉到的太阳的运动以及行星向前或向后的运动，都是由地球的自身运动使人产生的错觉，地球的运动足以解释人们在天空中观察到的各种现象。

哥白尼的这些见解，否定了托勒密关于地球是宇宙中心、包括太阳在内的所有天体都围绕地球运动的学说，同时也使以这一学说为基础的世界观和哲学体系发生动摇。哥白尼的思想起初没有引起人们的兴趣，或者说没有得到应有的评价。对于同以教会权威和《圣经》论述为基础的现有宇宙观相对抗的哥白尼的成果，似乎还没有人敢于明确表示赞同。他的文章在友人中流传，但大家都保持沉默。宗教改革的旗手路德也对哥白尼持轻蔑的否定态度，说这个蠢人想把全部天文学颠倒过来，试图说明不是太空、太阳和月亮，而是地球在运动、在转圈。

但随着时间的推移，由于哥白尼不断对当时天文学界的一些重要问题发表独到而又有说服力的见解，他在学术界的名声也越来越大，他的文章的抄本在欧洲流传。1539年，被哥白尼观点所吸引的一个20多岁的青年、维膝贝格大学的数学和天文学教师雷蒂库斯(1514-1576年），慕名来到弗龙堡，向哥白尼求教。

当时，哥白尼正在撰写他的主要著作《天体运行论》。这项工作从1515年开始，断断续续已进行了多年。雷蒂库斯同哥白尼一起研究探讨了1年多，在1540年出版了一本著作，名为《哥白尼崭新著作初释》，这是对哥白尼的天体运动新观点的首次解释。雷蒂库斯在书中说，哥白尼的观点已经被以前多个世纪的观察所证实，无疑也将被后代的发现所肯定。雷蒂库斯强调了哥白尼同古代学者之间的思想联系，从而使他在人文主义者中间声誉日隆。此外，雷蒂库斯还积极活动，向政界和学术界要人宣传解释哥白尼的学说，批驳一些人对哥白尼的诬蔑和诽谤。

（2）《天体运动论》

在雷蒂库斯的劝说下，哥白尼决定出版自己的著作。1542年，当他的著作在纽伦堡付印之时，他给罗马教皇保罗三世写了一封信，说明了自己的学说形成的条件，希望教皇向他提供庇护，使他的思想免遭被定为异端邪说的命运。

哥白尼在信中写道："我深深地意识到，由于人们因袭许多世纪以来的传统观念，对于地球居于宇宙中心静止不动的见解深信不疑，所以我把运动归之于地球的想法肯定会被他们看成是荒唐的举动。"他表示，他是在阅读研究古代学者著作的过程中受到启发而开始考虑地球的运动的。既然前人可以随意想象出圆周运动来解释星空现象，那么他也可以假定地球有某种运动以便更好地解释这些现象。

他写道："从地球运动的假定出发，经过长期的、反复的观测，我终于发现：如果把其他行星的运动同地球运动联系起来考虑，并按每一行星的轨道比例来作计算，那么，不仅会得出各种观测现象，而且一切星体轨道天球之大小与顺序以及天穹本身，就全部有机地联系在一起了，以至于不能变动任何一部分而不在众星和宇宙中引起混乱。"他表示，"有真才实学的数学家，只要他们按照科学的要求，深入地而不是肤浅地了解和鉴定我立论的依据，就会同意我的看法。"他也预见到，有人会以圣经的章句曲解和非难他的理论，但他对这种意见"决不予以理睬"。他在信中还强调，他的辛勤劳动是会有某些益处的，例如，它将有助于正在考虑中的历法改革。

哥白尼希望把他给教皇的信作为自己著作的序言，但这个想法没有实现。因为在他的著作付印之后，为他联系出版事宜的雷蒂库斯去莱比锡大学任教，把具体印刷出版事务交给路德教牧师、数学家安德烈.奥塞安德尔负责。后者担心有关地球运动的理论会触怒路德派领导人，就按自己的想法对哥白尼的著作作了一些修改，并为它写了一个序言以取代哥白尼给教皇的信。他在序言中强调，哥白尼的论断只是假设，书中有不少荒谬的东西。

1543年春天，哥白尼的《天体运行论》出版。这年的5月24日，哥白尼死于脑溢血。

《天体运行论》共有6卷。第1卷是基本部分，它对一个新的宇宙体系作了非常明晰和极为简洁的解释。哥白尼用普通人能够理解的语言介绍了自己天文学理论的概貌：宇宙是球形的，它由以太阳为中心的天体组成；地球进行着由西向东的旋转运动，它不在宇宙的中心，也肯定不是行星轨道的中心；天穹的周日旋转只是一种视运动，实际上是地球运动的反映。哥白尼画了一张图表对其体系进行解释。这是一组8个同心圈(纽伦堡1543年出版的《天体运行论》中这张图被画成了9个圈，这是与原稿不符的，且未经哥白尼核对和认可），在圆圈之间的环状带上，从外向里依次标有数字1到7，第一条圆环表示恒星，以下由土星、木星、火星、地球、金星、水星各占一个圆环，而在中心圆中写着太阳。一般认为，哥白尼图中的圆环表示的，是互相邻接的天球。根据欧多克斯、亚里士多德等古代学者的说法，行星是被巨大的旋转天球携带着绕地球转动的，而哥白尼把古希腊以地球为中心的天球理论改造为以太阳为中心的新的天球理论。

哥白尼还计算出了太阳的直径与围绕其旋转的行星直径的比例，确定了土星、木星、火星、地球、金星、水星等天体对太阳的顺序和它们围绕太阳旋转一周的时间。他指出，土星围绕太阳一周的时间为30年，木星12年，火星2年，地球1年，金星270天，水星80天。这一计算结果同实际时间的误差不大，如土星绕太阳旋转一周的实际时间是29年又167天，木星为11年又315天，火星为1年又322天，地球为1年，金星为225天，水星为88天。如果考虑到哥白尼时代观测器材的简陋，那么他的计算的精确度是令人惊叹的。他还明确地指出了地球的自转、绕日周年旋转和倾斜面的运动。

《天体运行论》的第2至第6卷分别叙述了其他行星运动与地球运动的关系，把其他星体运动都与地球运动联系起来，从而说明其他行星和天球的运动和现象。

3.哥白尼学说的意义

哥白尼提出日心说，是人类对自然认识史上具有划时代意义的转折点。哥白尼体系不仅意味着天文学基本概念的变革，也意味着人对自然的理解的重大变革。在当时人们的思想仍受到宗教神学和经院哲学左右的情况下，它也标志着欧洲人价值观念的深刻变革。当然，这一系列变革并非是由哥白尼一个人实现的，在他之后，经过布鲁诺、第谷、刻卜勒、笛卡尔直至牛顿等众多科学家的努力，终于完成了由他开始的天文学革命。

作为一种新的天文学理论，哥白尼的体系也不是完美无缺的。例如，他没有摆脱天球理论的影响，坚持认为天体的运动必定是圆周的和匀速的，而且过分地相信托勒密观察结果的精确性，以致刻卜勒后来也批评他"更多地解释托勒密，而不是解释大自然"。但哥白尼终究是取代托勒密学说的新体系的创立者，他的贡献使天文学从中世纪走向近代。