望远镜发明之前的天文学
不久前,世界上最大的天文望远镜——500米球面射电望远镜(英文快)在贵州省平塘县克都镇大窝荡村正式启用。 这台“天眼”是我国拥有自主知识产权的世界上单口径最大、灵敏度最高的射电望远镜。 它将主要用于实现宇宙中性氢巡视、脉冲星观测、航天器测量和通信应用等科学目标。 目标。
望远镜的发明为我们揭开了观测宇宙的帷幕。 但在望远镜出现之前,我们的祖先用肉眼和丰富的想象力进行的思考总是让我们惊叹不已。
起源于古希腊
如果说今天的科学甚至天文学与其他文化有所不同,那么这些差异就起源于古希腊。 天文学为我们提供的不仅仅是数据、方法和技术,更是一种思维方式和连接人与世界的普遍习惯。 这个地中海上的古代民族最伟大的地方在于,他们异想天开地发明了一种在随后的几千年人类历史中从未在其他民族的文化中出现过的概念。 这个概念就是“自然”。
中国古代也提出了自然的概念。 道家说“人法地,地法天,天法道,道法自然”。 这里的自然与古希腊的自然概念有很大不同。 今天我们谈论自然时,指的是包括动物、植物、大气、水和土地在内的生态系统,俗称自然。 古希腊人提出的自然概念的深层内涵是指事物的抽象本质。 古希腊人如何看待自然? 事物隐藏的内在本质原因是自然的,脱离事物本来面目的抽象性质是自然的。
抛开哲学和科学史,通俗地说,古希腊人心目中的自然就是本质。 这个词在古希腊语中与后来的“物理学”一词相同。 在古希腊人的心目中,这些东西就是法则、原因和自然。
后来,古希腊人所讨论的知识内容逐渐固定下来,系统地发展为语法、修辞、逻辑、算术、几何、天文学、音乐七大基本学科。 前三门是为了让人们在辩论和演讲时有更好的口才,而后四门更多的是为了培养人们的道德。 音乐的本质是数量的和谐,天文学的本质是对天地的观察,几何的本质是空间关系,算术的本质不是计算数字,而是理解万事万物都有客观的正则表达式。
许多著名的思想流派都诞生于古希腊。 毕达哥拉斯学派是第一个认识到地球是圆的。 柏拉图学派主张讨论要从实际问题出发,坚持用数理逻辑来指导精神世界。 柏拉图学派提出了统一的天文学概念:我们生活在地球上,地球之外还有一个天球,以地球为中心。 更多的细节和修改都是围绕地球和天球展开的,这就是著名的“双球模型”。
古希腊人认为,距离地球最近的月亮是天与地的分界线。 月球下方的空间是人类世界,由沉重、不稳定、混乱、多变四种基本元素组成。 月亮上方的空间就是天堂。 所有天体都不会相撞。 它们各自被放置在各自的水晶天球上并进行机械运动:旋转。
没过多久,细心的人就发现了这个系统的害群之马。 首先,有一些行星(例如行星)从来不按照规律运行,而是静止不动,甚至时不时地逆行几天。 其次,四个季节分布不均。 要解释这些问题,无非两种选择。 要么放弃对天堂完美的信仰,接受上述的不完美; 或者坚持天堂永恒的完美,但必须给出充分的解释。 古希腊人选择了后者。 这项工作并不容易。 这项天文学史上最重要的著作从古希腊开始,持续了一千多年,史称“拯救现象”。
托勒密是古希腊晚期的天文学大师,在拯救现象方面取得了令人瞩目的成就。 托勒密自己的著作和他对前人著作的总结,被合并成巨著《天文学大成》。 他的成就千百年来无人能超越。 托勒密创造性地提出了本轮+均轮的方法来解决节约现象这个大问题。 火星并不直接绕地球运行。 火星围绕一个中心旋转,而该中心又围绕地球旋转。 以火星本身为中心旋转的小球为本轮,以火星为中心绕地球旋转的整个本轮的天球为均轮。 与其他行星类似,通过添加本轮,可以获得与实际观测完全一致的水晶球模型。 这一切都依赖于托勒密深厚的数学功底和惊人的想象力。 一整套宇宙体系诞生了,它经得起观测的考验。
古希腊天文学与其他学科一起成为当今科学的基石。 他们或许有不成熟的思维模式,但他们创造了当今科学的固有特征。 将科学视为对本质规律的探索,视为超越个体的存在,视为一种崇高的情操。
阿拉伯翻译
遗憾的是,古希腊灭亡后,其灿烂的文化并没有得到应有的保护和继承。 继承那片土地的罗马人对这些形而上的内容不太感兴趣。 罗马人更喜欢钻研城市建设、灌溉、行军、武器等实用知识,对天球如何运动缺乏热情。 基督教兴起初期,古希腊文明的余火遭受了沉重打击。 渐渐地,古希腊的知识和精神在欧洲逐渐消失。 这片土地的继承人并没有成为其文明的继承人。
真正的继承者恰恰是敌视后来欧洲的阿拉伯国家。 阿拉伯民族对天文知识的兴趣远远超过中世纪早期的欧洲。 在统治者哈里发的指示和资助下,阿拉伯建造了堪比古希腊亚历山大图书馆的智慧宫。 智慧宫早期位于叙利亚,后迁至巴格达,成为阿拉伯世界的知识中心,并长期成为世界的知识中心。 智慧宫下设翻译局、科学院、图书馆。 科学院下设天文台。 翻译局是一个致力于翻译各国书籍和资料的国际学术机构。 希腊语、拉丁语、波斯语、叙利亚语、梵语、汉语……都被集中在这里的各国学者研究、翻译、转化为阿拉伯语。 涉及的题材相当广泛,包括天文、地理、医学、数学、化学、历史、宗教、政治、军事等。 来自世界各地的学者聚集在这里,翻译和编译书籍和文献,丰富了阿拉伯语的知识体系。 研究院汇集最知名的学者进行科学研究,邀请其他教派的学者讲学,鼓励交流和辩论。 伟大的图书馆,如亚历山大图书馆,在哈里发的赞助下收集和组织文献,修复、分类和保存它们。 并鼓励当地阿拉伯学者撰写书籍和评论。
哈里发马蒙曾发布神谕,鼓励人们将其他地方的书籍带回阿拉伯。 凡是哈里发过去没有的书籍,都可以兑换同等重量的黄金作为奖励。 凭借简单的措施和包容的学术氛围,阿拉伯帝国迅速成为世界文明的中心。 巴格达聚集了各种古籍、学者和财富。
智慧宫里堆满了从世界各地收集来的书籍。 这里保存着大量古希腊善本。 大量的古希腊智慧被翻译成阿拉伯语并传承下来。
阿拉伯的年轻人不分家庭出身,都被鼓励加入智慧宫的主人。 起初,当学徒会带来很多杂务。 之后,你就可以根据自己的修为,跟随师父学习本门的知识。 在您成为学徒的那天,您将收到一份证明您特征的证书作为证明。 有学习空间的年轻人也可以学习其他家庭的优点。 因此,阿拉伯智慧宫不仅是大翻译运动的发源地,也是一所严肃的高等教育机构。
今天乌兹别克斯坦的撒马尔罕天文台建造了一座 40 米高的六分仪,使其成为世界上最高的六分仪。 比鲁尼对月球运动的研究和伊本·沙蒂尔对水星轨道的推论使阿拉伯成为当时天文学研究的中心,不断发表最好的成果。 其中,土司发现多个圆周运动叠加可以成为直线运动,极大地刺激了后世“救援现象”话题的推进。
出于信仰的需要,阿拉伯人专门研制了一种方便旅行者携带和使用的快速参考星图。 它可以让外出的人们轻松知道自己所在的位置以及需要礼拜的方向和时间。 对代数、平面三角学和球面几何的掌握,以及计时和定位技术的卓越发展,发展了这一时期的天文学。 这些对细节的追求和孜孜不倦的实验精神成为后来实验天体物理学的基础。 基础是远古时期奠定的。
欧洲的黎明
阿拉伯世界和中世纪欧洲有两个陆地联系。 东边是拜占庭,经过连续的围攻,终于在1453年易主。 西线对西班牙来说是一场拉锯战。 大部分珍贵的古希腊文献都是通过拜占庭进入阿拉伯腹地的。 大翻译运动组织和发展后,这些知识传遍了阿拉伯占领区,并到达了伊比利亚半岛。 正当两个基督教国王(西班牙的阿拉贡国王和卡斯蒂利亚女王)和北非摩尔人(阿拉伯的一个分支)交战时,越来越多的西班牙人注意到阿拉伯人携带的书籍是智慧。
西班牙中部古城托莱多收复后,西班牙人迅速组织翻译了大量阿拉伯文献。 这次,它被从阿拉伯文翻译成拉丁文,其中包括著名的《阿方索星表》。 托莱多古城收复后不久,翻译工作就仓促展开。 托莱多翻译学院位于托莱多大教堂内。 遭受残酷镇压的阿拉伯人不得不放弃原有的伊斯兰教信仰,屈服于天主教权威。 阿拉伯人写下的传说也深受人们的珍视。
欧洲人很高兴收到从阿拉伯半岛新翻译成拉丁语的学术著作。 其中有亚里士多德、柏拉图等人的大量古希腊理论,以及阿拉伯学者的原创研究。 阿拉伯人很早就引进了印度人和中国人发明的数字表达方法,并将其命名为阿拉伯数字。 此时的欧洲仍在使用罗马数字进行计数和计算。 使用罗马数字进行复杂的科学计算是灾难性的,其复杂程度会吓到熟练的学者,而且极易出错。 在阿拉伯数字尚未引入的欧洲,新译本就像孩子看到经文一样。 他们好像认识他们,又好像不认识他们,好像了解他们,又好像不了解他们。 更何况,译者学识不深,无法深入理解阿拉伯语的精髓。 他直接音译大量科学术语,给读者带来阅读困难。
不知道该怎么办? 面对广阔的新世界,欧洲新一代年轻人无法理解那些充满智慧的大文件。 他们如何选择面对未来?
他们立足自己的城市,组织俱乐部进行集体学习和讨论。 他们找到新流行的书籍,通常涉及每个人都感兴趣的主题,例如雅典法律、天文学基础知识或人类历史,然后聘请懂阿拉伯语的大师来协助。 大大小小的学习俱乐部已在全国各地发展起来。 他们以小团体的形式分散在欧洲各地。 他们没有固定的房产,没有固定的活动时间,但他们有固定的讨论话题,有探索未知智慧的勇气。
这些年轻人聚集在一起学习阿拉伯著作、聘请大师协助、利用业余时间的集体学习小组,就是现代大学的雏形。 托勒密的《天文学大成》是这些团体广泛选择研究的文本。 从12世纪中叶到13世纪初的短短几十年里,欧洲各地建立了许多大学。 1150年的博洛尼亚专门研究查士丁尼法典,1160年成立的巴黎大学专门研究亚里士多德哲学,牛津和剑桥在1200年左右各自发展了自己的知识,而1222年成立的帕多瓦大学在几年内成立。 一百年后,它继续在科学史上发挥重要作用……虽然大学会逐渐与基督教会发展关系,不可避免地涉及越来越多的神学内容,但一开始的学习团体和大学已经成为欧洲最具影响力的大学。 星星之火,燎原之势。 他们分散而渺小,但真诚而勇敢。 他们慢慢点燃周围的世界,最终照亮人类的未来。 这是青少年读书会的遗产,这是宝贵的火种,这是人类文明史上最伟大的发明。
就这样,在阿拉伯人易主之后,欧洲文明间接继承了它的远祖——古希腊。 忘记了亚里士多德的欧洲人又恢复了他们古老的智慧。 这给欧洲带来了新的空气和信心。
天文学的新时代开始了
“拯救现象”的宏伟任务再次从阿拉伯人手中移交给了欧洲。 这次接过重任并上阵的,是和其他年轻人一样在大学里学习科学和神学的哥白尼。
哥白尼著作在中国有多种版本,《天体运行论》是它们的通称。 可惜这个名字被错误地流传了下来。 2014年,商务印书馆出版了张步田译本的最新版本,最终修正了书名。 《论天球运动》是哥白尼原著的真名。 从“天体”到“天球”,一字之差。 有这么严重吗? 是的,非常认真。 这个错误导致我们长期未能客观理性地认识哥白尼及其天文学贡献,导致我们神化哥白尼及其著作。
古希腊人提出了水晶天球的概念,这一概念并没有被后人打破。 在哥白尼时代,没有人能够理解太阳和月亮是如何凭空悬浮在天空中的。 所有行星都需要水晶天球来支撑。 天文学家研究的是晶体天球的运动,而不是独立天体的运动。 天体只能镶嵌在水晶天球之中,被动跟随天球的运动。 简而言之,哥白尼和他同时代的天文学家都不知道什么是“天体”。
1543年,欧洲正处于多事之秋。 各国和基督教教派气氛紧张,战争一触即发。 70岁的尼古拉·哥白尼在生命的最后一天收到了一个快递包裹。 从德国纽伦堡到波兰弗罗姆堡,直线距离800公里。 快递送来的重要包裹是哥白尼《论天球公转》的扉页。 哥白尼没有意识到,他手中的这一页可能会成为天文学史上最重要的一页。 但当时,无论纽伦堡还是弗罗姆堡,从教皇到普通百姓,1543年的全世界所有人都不认为这一天有什么特别的。
那么,哥白尼到底是谁?
弟弟白尼10岁时,父亲去世了。 哥白尼的母亲家庭是当地贵族,从小由叔叔抚养长大。 叔叔送哥白尼去最好的大学学习。 叔叔支付了哥白尼的所有费用。 叔叔要求哥白尼学习宗教法和医学。 大学毕业后,叔叔还给哥白尼安排了一份工作,接替了他自己的工作。 并成为一名基督教牧师。
哥白尼曾在波兰、意大利等地求学,最后获得宗教法博士学位。 哥白尼按照叔叔的安排回到了家乡。 他从基层教会做起,逐渐成长为地方教会的牧师。 中国古代也有类似的情况。 每个村都有土地庙,每个社区都有一些小祠堂、寺庙等设施。 宗教神职人员除了传播宗教之外,还要参与很多领域的世俗事务。 例如,如果镇上有人生病了,他们都会来看哥白尼,因为哥白尼学过医学。 凡是想做生意的人都来咨询哥白尼,因为哥白尼学过经济学。 任何想要远行的人也应该来哥白尼,因为哥白尼走得很远。 当一个孩子出生时,他必须接受哥白尼的洗礼。 人死后,必须由哥白尼埋葬。 一个人结婚,一定要受到哥白尼的招待。 小镇里的事情都是哥白尼的事。 用今天的话来说,哥白尼基本上是以居委会阿姨的身份学习天文学的。 这可能是历史上最著名的居委会大妈了。 当然,居委会阿姨也是基层行政人员。 中世纪的欧洲大陆,底层人民生活在温饱和饥饿的边缘,识字的人少之又少。 祭司控制着文化,因而有权管理人们的生活。
哥白尼中年后开始撰写的《论天球公转》吸收了很多阿拉伯的智慧。 哥白尼站在古希腊文明的基石上,被水晶天球的和谐之美所陶醉。 他无法容忍晶球之外过于复杂的设计,这与月球上方简单的天空背道而驰。 为了使理论与观测数据一致,托勒密采用了点对点的设计,并有多层天球相互嵌套。 每个行星都必须以协调的方式用多个本轮和均轮来描述。 在哥白尼看来,这太复杂了! 当然,这对于其他天文学家来说也意味着复杂性,因此多年来没有人挑战托勒密的理论。 直到哥白尼——可能是他那个时代最先进的数学家——坚持认为世界不应该用如此复杂的方式来解释。
因此,出于审美的要求,哥白尼首先攻击了“对位法”。 必须放弃对位法! 世界中心一定是真实存在的,而且古怪的设计太不古希腊了。 受到一些阿拉伯学者和可能来自古印度的想法的启发,哥白尼大胆尝试将太阳置于世界的中心,其他行星依次排列在太阳周围,形成完美的同心圆。 天球的每一层都以太阳为中心做圆周运动。
这样的计划是哥白尼在他的六卷本《天球运行论》的开头明确提出的。 但像哥白尼一样诚实,作为一个天文学家,异想天开并不符合他的身份。 哥白尼要解决的问题是他的新计划能否满足实际的天文观测现象。 他需要其他几本书来解决这些问题。
我们不妨做一些智力想象。 托勒密提出了极其复杂的方案,以使行星的运动与他的观察相符。 但哥白尼放弃了这一点,并用一个极其简单的方案来显示宇宙的秩序。 这个方案与观察结果是否一致? 不幸的是,与观测数据(即托莱多的阿方索目录)的比较表明哥白尼的简洁版本非常糟糕。
如何保存自己的计划? 或者如何放弃自己的计划? 哥白尼做出了妥协。 他愿意继续尝试太阳位于宇宙中心的情况,他愿意为其他行星的运动加上本轮和均轮。 哥白尼本人从未进行过天文观测。 他以《阿方索目录》为目标,一一添加了本轮和均轮。 最终出版的《天球运动论》共使用了48个本轮。 这个数字不仅超出了哥白尼自己的预期,也超出了托勒密的版本(40左右)。 这是一个非常尴尬的结果。 为了简单而进行改变的尝试导致了更复杂的系统。 为此,也因为哥白尼本人性格过于保守,始终不愿意公开发表手稿。 几批人前来劝说哥白尼赶紧编撰出版手稿,但哥白尼依然无动于衷。
如果我们要比较哥白尼和托勒密的两个宇宙学体系,不难发现哥白尼体系稍逊一筹。 两者都可以拟合观测数据并且具有相似的复杂性,但是哥白尼系统不直观。 没有人见过地球载着人飞翔,但太多人知道,太阳和星星一起从东方升起,从西方落下。
当然,我们必须赞扬哥白尼的伟大贡献,至少有以下四个原因:哥白尼杰出的数学技巧; 哥白尼孜孜不倦地关注科学事实并诚实地表达了他的成果的缺点; 哥白尼勇于开拓新的讨论角度; 哥白尼追求古人所倡导的简单和谐的自然系统。
哥白尼体系和《天体运动论》没有作者本人的支持,只能依靠内容本身在世界上孤军奋战。 显然遭到了强烈的反对。 但所有辩论都仅限于大学校园内的学术讨论。 长期以来,哥白尼的理论并不被认为是需要敏感对待的谬论。 形成这样的局面,就不得不提到这本书的主编奥西安德神父。
第一个仔细审阅《天球运动论》全文每字每图的专家是奥西安德。 为了保证出版的严谨性,哥白尼及其弟子雷蒂克斯聘请了奥西安德作为该书的校对专家,跟踪纽伦堡的出版进度,并负责审查排版问题。
作为一名路德宗神学家和牧师,同时也是雷蒂克斯的朋友,他被要求监督新书的印刷,这必须一丝不苟地完成。 所以他几乎把所有的章节都仔细的看完了。 他发现,这种思想虽然没有那么可怕,但毕竟有悖于传统,很可能被别有用心的分子所利用和攻击。 哥白尼距离弗罗伦堡较远,地位也不高; 支持哥白尼的雷蒂克斯遇到了麻烦,还没有找到工作。 他的大老板路德也未必可靠。 虽然路德没有点名批评哥白尼,但大家都知道,路德教的目的就是要回归圣经本身的原文。 而如果你过于迷恋《圣经》原文,这对于哥白尼来说可能并不是特别好的消息。 罗马教会没有任何反对意见,但他们的影响力正变得越来越有限。
所以奥西安德做出了一个过于大胆的举动。 他居然擅自写了序言,放在书的前面,没有署名。 读者自然会认为这是本书作者哥白尼的教导。
奥西安德在序言中说道:“读者们请注意,天文学的目的是什么?就是观察现象,然后利用数学技术做出假设,但真相并不能完全被理解。这本书给出了一个非常好的假设。所以读者请注意,这个理论本身只是一个数学假设,而不是宇宙的现实。”
了解情况的雷蒂克斯和后来发现真相的开普勒都无法容忍如此大胆的行为。 开普勒盛怒之下,在他的新书《新天文学》中猛烈批评了奥西安德的大胆行为。 好事不出门,坏事传千里。 突然,事情败露了。 开普勒去世后,越来越多的人知道了伪造的《天球运动论》序言和奥西安德的行为。
从此,奥西安德似乎被科学界钉在了耻辱柱上。 每次提起这段往事,奥西安德就成为阻碍天文学发展和进步的反面案例。 从此,开普勒成为正义的代言人。 从此,哥白尼作为一个被欺负、被玷污的作家存在于世间。 从现在开始,教会必须重新思考是否对日心说过于宽容。
今天,这段往事值得我们反思。 谁在保护和弘扬哥白尼学说? 是谁将哥白尼的理论推向危险的高度? 如果奥西安德想要阻止一本新书的出版,他所要做的就是扰乱出版过程。 哥白尼死了,奥西安德有太多的操纵空间。 他可能烧毁了手稿,篡改了章节,推迟了项目,或者在复杂的数据中揉了沙子,大大降低了他的杰作的力量。 但奥西安德并没有这样做。 相反,他出色地完成了编辑工作。 这是为什么? 没有他大胆的序言,《天球运动论》能轻易出版吗? 即使出来了,能轻易在学术界出售和流通吗? 《论天球运动》可能会遭到反对并被禁止诞生,开普勒没有机会阅读它。
如果开普勒没有抱怨并挖掘出“真相”,就不会引起舆论的轩然大波,也不会促使教会谨慎对待这一理论。 如果不是开普勒的聪明,《天球运动论》可能会继续在世界各地悄然传播,影响更多人的视野。
事实上,奥西安德、雷蒂克斯和开普勒都是最聪明的精英。 研究数学和天文学的大学教授很快就弄清楚了事实。 他们心知肚明,无论是假设还是真理,我们相信它可以更好地利用,我们追求它所倡导的简单自然之美……而教会则不关心天文学家在《圣经》中的详细引用。大学,只要没有人试图推翻教皇统治。 这其实是一种默契。 中世纪的大学和中世纪的教会在很多方面都有这种默契。
那么,到底是谁在保护哥白尼,又是谁在制造障碍呢? 或许,对历史和人的解读并不是那么简单和线性的。
(本报记者陈鹏编辑)
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