日心说的形而上学基础

摘要：相比地心说，日心说并未得到太多经验事实的佐证，更多的是源于一种形而上学的因素，即哥白尼的天文学体系是为了追求数学上的简单、和谐，而不是出自对于天文现象的大量经验观察。

关键词：日心说;哥白尼;形而上学

中图分类号：P1-09 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2021）15-0-02

在科学史上，哥白尼革命的意义极其重大。所谓革命，是一种自然思想观念上的一次根本变革，伟大的天文学家哥白尼以他的日心说理论从根本上颠覆了当时无论在宗教信仰上还是在自然观念上都处于绝对权威地位的地心说理论。托勒密的地心说受到宗教的欢迎，原因在于其有利于基督教的思想统治，而日心说则在某种程度上破坏了宗教关于自然的解释。哥白尼是一个非常虔诚的教徒，除非有特別有力的理由，否则他不会提出一种与宗教观念相对立的理论。到底是什么样的理由让哥白尼如此坚定地认为托勒密的地心说体系是错误的，并认为宇宙的真正中心应该是太阳而非地球呢？首先，需要注意的是在当时的科学条件下，经验事实并不能证明日心说对地心说的优越性，所有的天文现象都可以由地心说理论得到合理的解释。其次，哥白尼的日心说除了会受到宗教的责难外，在感觉经验上也有其难以说明的问题。即使面临众多而又难以解释的问题，哥白尼依然坚持日心说的天文学理论，根本上是因其理论源于一种超验，即他要以一种更加简单、和谐的数学方法解释天文现象。也就是说，哥白尼对于天文学的研究并不是全部建立在实证基础上的，其很大程度上是出于一种形而上学，即被一种超验的原因所推动而坚定地认为宇宙的中心是太阳而非地球。

1 日心说提出的历史背景

日心说是与当时的宗教信仰相对立的，但13世纪的文艺复兴运动以及16世纪的宗教改革已经表明宗教对民众思想禁锢的松懈。1517年，德国人马丁·路德发起声势浩大的宗教改革运动，公开反对罗马教廷，把直接与上帝沟通的权力从教会及传教士手中还给了个人。这场宗教运动虽然与哥白尼的理论没有直接的关系，但却表明当时教会对个人控制力的下降以及整个宗教环境的逐渐松懈。因此，哥白尼的理论虽然在根本上与宗教传统相违背，但却并未受到如布鲁诺那样严重的打击。与此同时，16世纪也是大航海时代的开始，商业航行带给欧洲的不仅仅是物质财富与地理发现，更是思想观念上的巨大革新。在进行大规模的海上探索以前，欧洲人认为自己是世界的中心，但地理大发现打破了欧洲人的这种迷梦，原来欧洲并不是世界的地理中心，世界各地存在着各种各样的宗教，其在思想观念上带来变化，一些人对长久以来的宗教观念产生怀疑，人们开始认为地球是会动的或者宇宙的中心可能是其他星球等等。眼界的开阔伴随知识的丰富，所有的一切都为一种革命性的观念打下了基础，“哥白尼自己认真地认为，并且有说服力地向其他人表明，现在要做出比任何这些转变都要巨大得多的转变并不困难。那个巨大转变就是把天文学中的参考中心从地球向太阳转变”[1]。此外，在基督教创建伊始，大量吸收了柏拉图的哲学思想，而柏拉图本人又极其崇尚几何学，他乐于用几何学的推理方法论证哲学命题，虽然从13世纪开始基督教的核心思想是以亚里士多德哲学为基础的，但是重视几何学的柏拉图及毕达哥拉斯哲学并未完全消失，而是处于边缘而继续存在。毕达哥拉斯哲学不仅强调数是世界的本质，并且认为世界存在一种数学上的和谐，万物都存在数学比例。当时的天文学就等同于数学，而哥白尼本人也非常精通数学，是当时少数能深刻理解数学的人。此外，哥白尼的老师就是深受柏拉图和毕达哥拉斯影响的群体中的一分子，因此就不难理解哥白尼坚持太阳是宇宙中心的决定性因素是为了达到一种数学上的和谐的形而上学信念，而非出自经验事实。柏拉图和毕达哥拉斯的哲学思想与宗教上仍然占据主导地位的亚里士多德哲学是不相容的，后者在解释世界是仅仅把数学放在了一个很普通的位置。如果有谁在当时的环境中提出柏拉图的这一思想，认为宇宙在根本上是几何学（即数学）的，不仅在学术上而且在常识上都会被嗤之以鼻，但哥白尼不仅深深地相信这一形而上学命题，而且为了这种和谐的数学信念，不惜从根本上改变宗教信仰中的宇宙部分。

2 地心说的合法性

托勒密的地心说自诞生之日到哥白尼的时代已经延续了约1500年之久，除了因与基督教的教义相符合而被推崇之外，最重要的是它无论在解释天文现象上还是常识上都具有巨大的说服力。在哥白尼时代，任何一个有着良好天文学素养的人都不会轻易地舍弃这种有着悠久传统且被奉为神圣教条的天文学理论，而去相信哥白尼的日心说。地心说的主要观点有两点：一是地球是宇宙的中心，已知的天体都围绕地球公转;二是地球是静止不动的。这种观点首先是与基督教相符合的，地球及人类都是由上帝创造的，因此把地球作为宇宙的中心在宗教上就体现了一种造物主对人类偏爱的优越;同时，以地球作为中心基本可以解释当时的所有天文现象，并且根据此理论也能同哥白尼的日心说理论一样正确地绘制天文图。把地球视为精致不动的球体非常符合亚里士多德哲学关于自然的解释，通过80个本轮，虽然繁琐但还是能合理地解释一些重要的现象，如恒星视差等。因此，在哥白尼时代，无论是出于宗教还是天文学上的原因，地心说的合法性似乎都是无可置疑的，仅仅因为该理论在运用时过于繁琐并不能取消它的合法性。一般来说，在我们的观念中，倾向于认为如果一种新的科学理论从根本上颠覆了旧的理论，那么新理论在解释范围和准确性上都应完全超越旧的理论，如果不是这样的话，新理论又怎么能称之为对旧理论的革命呢？但事实是哥白尼的理论在当时并没有比地心说更加准确，甚至前者在很多问题的解释上是劣于后者的。“科学史家倾向于认为，作为一个数学模式，哥白尼的体系解释当时的天文资料并不比托勒密体系成功，甚至还不如托勒密体系。”[2]哥白尼理论的优点也并不像我们今天所认为的那样在事实上是正确的，即地球是运动的，同时地球围绕着太阳转而不是相反的，哥白尼的理论更加简单，在数学上也更加和谐。显然对于那个时代的知识水平及科学方法而言，一种仅仅依靠观念上的合理的新理论是无论如何也不能颠覆旧理论的合法性的。就像后来的爱因斯坦相对论之于牛顿力学体系一样，在科学条件无法探查微观世界时，在宏观世界中牛顿的力学体系可以解释任何宏观问题，那么人们无论如何都不会相信爱因斯坦的相对论体系，只有当科学发展到足以验证爱因斯坦的理论时，我们才会接受他的理论。16世纪，天文观测仍然处于一个非常简陋的阶段，观察经验的不足导致一方面不能从科学事实上验证哥白尼的理论，另一方面也不能证明地心说理论的不合理之处。众多的证据都表明地心说的权威地位是无法撼动的，哥白尼的理论在当时不但没有实现革命，反而被视为一种荒谬的学说，到了开普勒时代才得以扭转。

3 日心说的局限及其真正基础

与托勒密的地心说相比，日心说理论最主要的不同在于把宇宙中心的参考点由地球换成了太阳，而且认为静止不动的地球一边绕太阳公转又绕轴自转做运动。这种观点在当时难以被接受，不仅是出于宗教信仰，更重要的是在科学与常识上存在困难。第一，日心说理论的事实证据并不充分，已知的所有天文现象都可以由托勒密的理论进行合理说明，在缺少更加准确的天文观察资料的情况下，哥白尼的理论并没有表现出高于地心说的理论准确度。日心说仅仅是对天文现象的说明进行了简化——建立在以太阳为中心以及地球运动的基础上，只用34个本轮便能达到和地心说理论同样的效果。第二，在感觉经验上，日心说理论似乎是不可理解的或者说是错误的。当我们站在脚下的土地上，并没有感觉到地球有一丝的运动，而是觉得地球是非常厚实而稳定的东西。同时每天观察到太阳东升西落，最自然的想法一定是太阳绕着脚下的星球在运动，而难以相信地球会绕着太阳运动。况且在地球上，太阳只是如圆盘大小的球体，即使考虑到两者之间的距离，也很难使人相信一个比太阳“大”得多的物体会绕其旋转。在哥白尼理论面对的众多责难中，还有两个是其没法回答的问题。一是地球如果是运动的，那么是什么推动一个如此巨大且厚重的球体运动的呢，又是什么让其保持持续运动的呢？这些都是哥白尼的理论体系难以回答的问题。相反，这个问题在托勒密的理论体系中有着比较合理的解释。在地心说里，地球是静止而又厚实稳定的东西，而围绕地球旋转的天体都是极其轻柔缥缈的，因而它们是运动的在常识上是不难被理解的。对于生活在地球上的人来说，我们常常能看到微风来临，轻柔的树叶随风飘逸，而厚重的石头不为所动。二是在哥白尼所处的年代，无法观测到恒星年视差，而恒星视差是断定地球是运动的重要证据。无论在感觉常识还是科学观察上，相較于托勒密的地心说体系，哥白尼的日心说体系可以说是困难重重，既无法在经验常识上使人信服，也无法在科学事实上找到坚实的实证基础。

既然在常识与科学上日心说相较于地心说都没有什么优势可言，而且前者还存在与宗教相冲突的风险，那么为什么哥白尼仍然如此坚持他的理论呢？一定存在一个他无法拒绝的理由让其认为只有把太阳作为宇宙的中心及让地球保持运动才是正确的，作为一个科学家，那个理由甚至可以让其忽略物理事实而满足一种超验的数学信念。这个对于哥白尼的日心说理论如此重要的数学信念就是追求一种数学上的简单与和谐。“哥白尼认为他的天文学体系比托勒密体系有两方面的数学审美优势：一是用较为简洁的方式定性地解释了行星的主要不规则运动，摈弃了托勒密的均速等心点;二是为地球和所有行星天球首次确立了轨道次序。”[3]哥白尼不仅是那个时代杰出的天文学家，也是一位优秀的数学家，同时上文提到哥白尼深受柏拉图及毕达哥拉斯数学思想的影响，当时的天文学等同于几何学，换言之天文学是数学的分支，如果想要以一种方式去描述天文现象，对于一个偏爱数学传统的天文学家来说，几何学是再合适不过的工具。托勒密使用80个本轮建立起来的宇宙体系虽然可以解释已知的任何现象，但却过于繁琐，并且显得不是十分和谐。如果可以用更少的本轮建立具有同样解释力的体系，那么把参照中心从地球转向太阳也并不是不可能的事情。由此甚至可以猜测，与其说哥白尼是在物理的意义上研究宇宙，倒不如说是在几何学上研究宇宙，其最终目的是让宇宙体系符合数学体系，从而实现其简单、和谐的理想，而后来的科学家证明地球是运动的以及地球绕着太阳转在事实上的正确性是哥白尼本人都不曾想到的。

4 结语

一般来说，哥白尼革命作为科学史上一件意义极其重大的事件，人们会认为哥白尼日心说对于地心说的革命性颠覆必定出自严谨的科学事实，因为当我们看到某个科学理论被事实验证以后，会自然地认为此理论必定有充足的经验基础，而决然不可能是源于某些超验的形而上学因素。也正是由于这种对于感觉经验的信任，托勒密的天文学体系才得以兴盛近1500年之久，而中间很少有人对此提出异议。但是通过对哥白尼的研究背景、哲学倾向进行梳理，我们发现事实可能并不像大家所想的那样。哥白尼的理论体系不仅建立在当时的天文现象的基础之上，而且从根本上建立在一种形而上学的基础之上，即建立在追求数学上的简单和谐之上。这种形而上学的信念使哥白尼不惜冒着触怒宗教的风险颠覆托勒密的理论体系，虽然事实对于其理论的建立并非决定性因素，但其理论却在很大程度上符合事实。在天文观测极不发达的16世纪，哥白尼可以凭借其数学信念很大程度上正确地描述真实的宇宙图像，是一件非常难得而又了不起的事情。这也足以说明关注超验对象的形而上学对于以自然为对象的科学的重要作用，形而上学也并非如逻辑实证主义者所认为的那样对于科学是毫无意义的。在古希腊时期，科学是孕育在哲学母体之中的，许多伟大的哲学家也都是科学家，到了近代，科学的正式名称仍然是自然哲学。虽然科学逐渐从哲学之中分离出来，甚至大有拒斥哲学之势，但依然不能抹杀哲学对科学的作用，在新的时代，应该找到一条两者融合的道路，而非一条渐行渐远的道路。

参考文献：

[1] 爱德文·阿瑟·伯特.近代物理科学的形而上学基础[M].徐向东，译.北京：北京大学出版社，2003：26.

[2] 陈嘉映.从希腊天学到哥白尼革命（下篇）[J].云南大学学报（社会科学版），2007（02）：3-14，94.

[3] 王海琴.“哥白尼革命”的另一种解读——从数学哲学的角度看[J].自然辩证法研究，2005（09）：18-22.

作者简介：郭振宇（1995—），男，河南周口人，硕士在读，研究方向：科学技术哲学。