谈地心说的历史功绩

陈亚华

摘要: 虽然托勒密的地心体系被日心说取代,但是它在诞生至今1500多年的时间里,带给西方人的东西远远多于哥白尼的日心说。地心说,是世界上第一个行星体系模型,是世界上最早的假说—演绎体系。在建立理论的过程中,自始至终使用数学工具去研究和证明,开创了构建精确性理论的先河。在地心说占统治地位的上前年间,由于地心说的统治地位和广泛影响,它塑造了西方人的分析式的思维方式,和不包含伦理观的实体自然观,以及自然研究中应用数学工具的习惯。

关键词: 地心说;科学思维传统;历史功绩

中图分类号:B13 文献标志码:A文章编号:1002—2589(2009)31—0112—02

一、地心说与日心说

古代天文学迈进现代化科学的前奏,可以以托勒密的模型为代表。多少代人从事观测和分析使描述天体运动的经验关系日臻精确,但都只限于对直观的天体相对位置的二维移动规律的表述上。而以托勒密为代表的努力,把这些运动看成是实际的三维世界中天体空间运动在二维天球面上的投影,并发展了科学的方法加以描述。哥白尼复活了古代的一个学说,更加精细地重新刻画。“日心”、“地心”学说之争就是围绕着究竟建立一个什么样的模型来展开的。如果没有托勒密把模型纳人科学的轨道,那么一切争议都会成为理念的。或许没有这样的争议也就发展不出今天的科学。

地心说是长期盛行于古代欧洲的宇宙学说。它最初由古希腊学者欧多克斯提出,后经亚里多德、托勒密进一步发展而逐渐建立和完善起来。托勒密认为,地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外,依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星,在各自的圆轨道上绕地球运转。其中,行星的运动要比太阳、月球复杂些:行星在本轮上运动,而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外,是镶嵌着所有恒星的天球—恒星天。再外面,是推动天体运动的原动天。地心说是世界上第一个行星体系模型。尽管它把地球当作宇宙中心是错误的,然而它的历史功绩不应抹杀。地心说承认地球是“球形”的,并把行星从恒星中区别出来,着眼于探索和揭示行星的运动规律,这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行,托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念,设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型,人们能够对行星的运动进行定量计算,推测行星所在的位置,这是一个了不起的创造。在一定时期里,依据这个模型可以在一定程度上正确地预测天象,因而在生产实践中也起过一定的作用。地心说中的本轮均轮模型,毕竟是托勒密根据有限的观察资料拼凑出来的,他是通过人为地规定本轮、均轮的大小及行星运行速度,才使这个模型和实测结果取得一致。但是,到了中世纪后期,随着观察仪器的不断改进,行星位置和运动的测量越来越精确,观测到的行星实际位置同这个模型的计算结果的偏差,就逐渐显露出来了。

1543年,波兰天文学家哥白尼在临终时发表了一部具有历史意义的著作——《天体运行论》,完整地提出了“日心说”理论。这个理论体系认为,太阳是行星系统的中心,一切行星都绕太阳旋转。地球也是一颗行星,它上面像陀螺一样自转,一面又和其他行星一样围绕太阳转动。日心说把宇宙的中心从地球挪向太阳,这看上去似乎很简单,实际上却是一项非凡的创举。哥白尼依据大量精确的观测材料,运用当时正在发展中的三角学的成就,分析了行星、太阳、地球之间的关系,计算了行星轨道的相对大小和倾角等,“安排”出一个比较和谐而有秩序的太阳系。这比起已经加到80余个圈的地心说,不仅在结构上优美和谐得多,而且计算简单。哥白尼的计算与实际观测资料能更好地吻合。因此,日心说最终代替了地心说。

托勒密的天体模型之所以能够流行千年,是有它的优点和历史原因的。它的主要特点是:(1)绕着某一中心的匀角速运动,符合当时占主导思想的柏拉图的假设,也适合于亚里士多德的物理学,易于被接受。(2)用几种圆周轨道不同的组合预言了行星的运动位置,与实际相差很小,相比以前的体系有所改进,能解释行星的亮度变化。地心说的最大问题是通过观测然后找到合适的本轮均论去不断的构建一个越来越复杂的模型,是依靠经验搭建理论,而不是找到了先进的理论去指导实践。

二、地心说对西方科学的真正价值

在我看来,地心说的影响和意义说的再大也不为过,说成是西方科学理论研究习惯的开创者才能表达我对地心说的赞美。

地心说是世界上第一个行星体系模型,承认地球是“球形”的,并把行星从恒星中区别出来,着眼于探索和揭示行星的运动规律,这标志着人类对宇宙认识的一大进步。地心说最重要的成就是运用数学计算行星的运行,托勒密还第一次提出“运行轨道”的概念,设计出了一个本轮均轮模型。按照这个模型,人们能够对行星的运动进行定量计算,推测行星所在的位置,这是一个了不起的创造。

托勒密的地心说不是臆测,也不是先验的武断,更不是巫者的邪说,而是当时社会历史背景和科学技术条件下,和当时实践水平相适应的理论。

首先,托勒密的地心说是对前人思想和学说的总结。在他之前,欧多克索认为地球是万物的中心,提出了太阳、月亮和行星都在同心透明体中绕地球而运转的观点。随后,天文学家阿波罗尼提出了本轮、均轮的概念,用来解释天体和地球距离的变化。稍后的喜帕恰斯又继承了阿波罗尼的本轮、均轮理论,并进一步用偏心圆来解释太阳的不均匀性运动。他还发现了岁差,编制了几个世纪内太阳和月亮的运动表以及一份包括1 000多颗恒星位置和亮度的星表。托勒密正是沿着欧多克索、阿波罗尼和喜帕恰斯的道路,并集古希腊天文学的大成,形成了他的完整的地心说体系。其次,托勒密的地心说是建立在他长期观察实践的基础之上的。他不仅继承了前人积累的天象资料,而且自己作了二十多年的辛勤观测,并在此基础上进行了浩繁的计算。托勒密的地心说是一定历史阶段的产物,它不能不受当时生产发展水平的限制。在当时的条件,要科学认识地球的运动是不可能的,相反,采用地心系来描述天体运动则是很自然的,而且是合乎认识发展逻辑的。

托勒密的地心说中是古希腊留传下来的宝贵的科学遗产之一,地心说的某些结论,即便是用现代的观测资料来进行检查,也是相当准确的[1]。托勒密建立他的体系是从实际观测资料出发的,并且每一步都与观测结果相对照,根据观测结果来修改和补充自己的理论。相反,早期哥白尼的日心说由于不能象托勒密的地心说那样做到相当精确地同观测一致,致使一些天文学家拒绝接受日心说,或一度赞成后又放弃了它(如第谷)。从这一点来看,地心说的科学价值也是应该予以充分肯定的。

托勒密建立地心说的基本思路与方法是:“对由实际观测得来的资料进行数学概括,抽象出一个模型,构成明确的几何图像,然后用演绎方法从模型中预言天象,如这些预言的天象被新的观测证实,就表示模型成功,否则就修改模型。按照这种思路与方法,托勒密建立了人类历史上第一个科学的宇宙结构模型。”[1] 尽管西方天文学在几千年发展过程中出现过无数发明与改进,但其最基本的思路与方法仍然是托勒密建立地心说的这种思路与方法。从哥白尼的日心说到现代宇宙学的各种模型都可以看作是托勒密的的方法的继承与发展。也就是说,托勒密建立地心说的理念和方法,先用观察法和归纳法,获得经验资料,然后建立假说,再用实践检验理论,构成了最早的假说—演绎体系。另外,在建立理论的过程中,自始至终使用数学工具去研究和证明,应用数学工具来找到使人信服的依据,开创了构建精确性理论的先河。在地心说之前,恐怕没有那个大规模的理论有如此完善的体系和精确性、严密性。“托勒玫处理问题的方法和他的许多令人信服的系统陈述,使得他成为在开普勒之前最彻底并且最具天才的理论天文学家,由此,托勒玫天文学体系一步步地建立起来。他的工作是前人对于宇宙进行数学化的继续,他假设了数学化的几何模型,成为他所有工作的基础。”[2]

三、还地心说应有的历史地位

受地心说长达上千年的熏陶,在地心说之后,西方的所有的理论,都自觉不自觉的在理论模式上向地心说学习。而在科学思维方式上,也是如此。主要有以下几点:

1.热衷于探索寻找自然现象背后的原因。“西方科学的本质在于它是对自然现象背后原因的猜测或揭示”[2] 。而这种注重寻找自然现象背后原因的传统正是古希腊理智的一个鲜明特征。在地心说中的原动天的存在,就是西方思维中追寻原因的体现。亚里士多德一定要说明天,为什么会动,而浑天说的创立者张衡则不会考虑这个问题。

2.喜欢运用理性思维观察、分析和解决问题。对逻辑的推崇使的在西方人看来,作为理性思维规则的形式逻辑是人类获得对客观世界的真知,即知事物之所以然的一个必不可少的“工具”。 从这里我们终于弄清楚了,牛顿之所以提出万有引力假说,是因为万有引力是对苹果总是掉到地上,不飞到天上去的一个合逻辑的解释。相信托勒密和之前的天文学家们也在不停的问为什么星星们总在绕我们转,为什么周而复始。

3.相信世界是简单的、有序的、统一的,因而可以凭理性思维找到其中的规律。同心球,天球层这种宇宙结构,说明西方对世界图景的信仰。而同时代的浑天说,中国人并不想把哪个星星在哪个轨道上搞得很清楚,因为我们更愿意相信,这个世界是变化的、复杂的、不可知的。

四、结语

地心说不是西方自然观和物质观的起源,但是在巩固和发扬这种思想的过程中发挥了举足轻重的作用。在漫长的上千年的时间里,地心说在不断的影响加深着西方世界的人们的对世界的直观认识,以至于根深蒂固。地心说作为一种科学假说,具有很多的合理性,其败给日心说的部分仅仅是它的整个理论的一小部分,它所表现出来的自然观,物质观,研究方法,是西方科学的集大成者,其社会影响力所发挥的时间和范围远超日心说。让热爱科学的人们,为地心说喝彩!

参考文献:

[1]梅其君.从托勒密的地心说看科学史上的错误理论[J].贵州工业大学学报:社会科学版(季刊),2001,(4).

[2]邓可卉.托勒玫“至大论”的方法论基础[J].内蒙古师范大学学报:哲学社会科学版,2006,(5).

[3]钱兆华.西方科学的文化基因初探[J].自然辩证法研究,2003,(8).(责任编辑/ 姜超)