[转贴]哥白尼的“日心说”是偏的！-挑战相对论-西陆网

注册时间: 2004-08-30

哥白尼的“日心说”是偏的！

在高中《地理》（2004年印，人教版）第2页有：“16世纪哥白尼倡导的日心说认为太阳是宇宙的中心”。这句话与后面的太阳系图配合起来，容易使学生对太阳的真实位置产生错误的联想，即以为哥白尼把太阳放到了行星圆周轨道的中心。其实，哥白尼在其《天体运行论》第5—6卷中，用大量几何图形说明，太阳并没在太阳系的几何中心，而是偏离了这个中心，即太阳这个“日心”是偏的，准确地说，哥白尼的学说是“偏日心说”Helio-eccentric System of the Universe, 而不是“日心说”Heliocentric System of the Universe。下面是我《大螺旋》中的一节，专门讨论了这个问题。

二、哥白尼“偏日心说”与正圆轨道

1473年2月19日，一个伟大的生命诞降在波兰的托伦市圣阿娜巷，他就是著名的尼古拉•哥白尼（Nicolaus Copernicus，公元1473 ～ 1543）。哥白尼10岁丧父，由舅舅乌卡斯•瓦兹洛德神父代为抚养教育成人，读中学时，他对天文学产生了浓厚兴趣，并在老师指导下制做出一个日晷，用以观察日影。18岁进克拉科夫（当时波兰的首都）雅盖隆大学，用大量精力钻研天文与数学。

为以后谋求一个教会里的职务，哥白尼在23岁时到意大利，先后在波隆纳大学、巴瓦都大学、法拉那大学留学，主要学习教会法与医学，并获得了“教会学”博士学位。在意大利期间，他利用业余时间（实为大部分精力）继续钻研“天文学”，并对亚里士多德——托勒密地心体系产生了怀疑。地球是不是真的居于宇宙中心呢？飘悬在宇宙中心的地球自己会不会也在旋转呢？或许地球在向某一个方向飘动？或许“天球”真是静止的？一串串问号不断浮现，一次次肯定、否定、又肯定、再否定，哥白尼的思绪完全纠缠在有关天地宇宙的乱麻之中。

有一次，这个20多岁的青年学生竟敢只身跑到佛罗伦萨，去向当时“文艺复兴”的伟大旗手——达•芬奇（Leonardo da Vinci，公元1452 ～ 1519）当面请教，始料未及的是，这位世界级名人居然也有“太阳不动”的想法，此次会面无疑给哥白尼以极大的精神鼓舞，增强了他挑战托勒密偏地心体系的信心。

在意大利留学与供职（相当现在的打工）期间，哥白尼一方面积极参加各种有关天文学的讨论，一方面进行简单的天文观测。到他30岁回到波兰时，一幅“偏日心说”的宇宙图景已经在脑海里初步形成。因生计的需要，他在黑耳斯堡做了他舅舅瓦兹洛德主教的医生。在这期间，哥白尼整理了十几条主要观点，并用拉丁文写成《试论天体运行的假设》一文，手抄了几份之后，送请有兴趣的友人赐教。《试论天体运行的假设》一文主要表明了这样一种思想：“所有天体都围绕太阳旋转，太阳是宇宙中心，处在天球几何中心点旁边，地球同五颗行星绕着太阳转，月亮绕着地球转，地球一昼夜绕地轴自转一周，一年绕太阳公转一周”。以上就是哥白尼“偏日心说”的思想萌芽，但这颗萌芽一直没有等到滋润与照耀她的雨露与阳光。

1512年，瓦兹洛德主教去逝，36岁的哥白尼转到弗洛恩堡大教堂任神职人员。他把一些自制的简陋天文观测仪安装在教堂的角塔上，建立了属于他自己的“天文台”，年复一年地进行 “业余”观测，不断检验、充实与修订自己的学说。忍受了27年寒暑与寂寞之后，原来的手抄本已经扩充成了不朽的名著。1539年，一位名叫雷蒂卡斯（公元1514 ～ 1564）的德国年轻数学家专程来到波兰，成了这部名著手稿的第一读者。次年，由这位青年学者撰写的《哥白尼〈天体运行论〉提纲》在波兰北部海港小城格但斯克出版发行，哥白尼与他的《天体运行论》终于被世界所发现！1541年，哥白尼手稿被带到了德国纽伦堡，由于雷蒂卡斯被调到莱比锡大学任教，手稿的整理出版工作由亚•奥西安德尔（公元1498 ～ 1552）接替，因这位接替人怕哥白尼的天文学观点（当时很反主流）惹出祸事来，就擅自加了一篇题为“关于著作的假说告读者”的序言，佯称这部著作是以“奇谈怪论”或“假说”（相当现科幻）的形式发表的，这种策略上的设计减低了出版商的政治风险，也替作者避开了许多不必要的争论与麻烦。

1543年5月24日，第一批印本送进哥白尼的病房，这位“偏日心说”创建者摸了摸自己毕生心血的结晶——《天体运行论》一书之后，就永恒地闭上了那双曾经看穿宇宙真相的眼睛。《天体运行论》分为6卷，第1卷是宇宙概观，主要讲他“偏日心说”的基本观点；第2卷介绍用平面三角与球面三角方法来解释天体的视运动；第3卷是星表；第4卷讲地球的绕轴（自转轴）运动；第6章讨论行星运动。哥白尼《天体运行论》原稿曾于19世纪中期在布拉格（捷克首都）的一家私人收藏馆里被发现，1873年再版时，增补了他亲自写的原“序”，1953年再版时，把他原稿中关于“原子学说”的章节也全部补上了。也就是说，直到四百一十年后，哥白尼《天体运行论》一书才完全按原稿面世。《天体运行论》的出版宣布了哥白尼“日心说”的正式诞生，也标志着托勒密“偏地心说”面临终结。那么《天体运行论》是怎么否定“偏地心说”的呢？他抓住了托勒密地心体系的什么把柄呢？是谁鼓励或启发他去重新考虑宇宙结构的呢？要获得以上问题的答案，我们不妨打开这部不朽的名著，听听哥白尼自己的陈述：

“我对传统数学在研究各个天体运动中的疑点思索了很长时间，……我不辞辛苦地重读了我所能得到的哲学著作，看看天体运动方面有没有不同的数学学派与假说。结果，在西塞罗（M•T•Cicero，公元前106 ～ 43）的著作中，我发现了海西塔斯逼真地描写过地球的运动，后来又在普洛塔克（Ploutarkhos，公元46 ～ 120）的著作中，看到还有别的人也赞成与之类似的见解。……这就启发我也开始考虑地球的运动。”在给保罗三世教皇的信中，哥白尼也陈述了相同的思考过程：“最初我在西塞罗的著作中发现，海西塔斯发表过地球运动的见解。后来我又在普洛塔克的传记著作中发现其他人也有同样的观点。……这些意见启示了我，使我也开始思考地球运动的问题。”

《天体运行论》一书还提到：“地球除旋转外，还有某些运动，还在游荡（指公转），它其实是一颗行星。这是毕达哥拉斯学派的费罗劳斯的观点，他可是一个不寻常的数学家，据说柏拉图曾到意大利去寻访过他。”

以上表明，哥白尼神父自己并没去乞求神的启示，而是在研究前人的天文学成就时受到了启发与鼓舞，开始确信当时“主流”天文学家们全错了，太阳才是宇宙的中心。可是，要只身去同长期占统治地位的亚里士多德——托勒密地心体系作战，没有武器是不行的，有了武器还要找准进攻的路线，于是哥白尼首先从论敌的研究方法开始：

“他们在测定五大行星运动时，跟他们在研究视运动和运转时，用的不是同一原理和假说。一些人只用同心圆，另一些人用偏心圆和本轮，都没有得到满意的结果。虽然那些只用同心圆的人也能靠同心圆来表现某些不均匀运动，但他们不能建立一个同观测一致的完满体系。……他们就像这样一种艺术家，要画一张像，从不同的模特儿临摹了手、脚、头和其它部分，然后不成比例地凑合在一起，尽管每部分都画得很好，结果各部分不协调，画出来的不是一个人，而是一个怪物。我们发现，在数学家所谓 μεθοδου（研究）的过程中，他们不是忽略了一些必不可少的细节，就是塞进了毫不相干的东西。”

大家知道，托勒密反对阿里斯塔克“日心说”的一条主要理由是，天球中的重物都在朝地球方向下落，只有天球中心是重物聚集的“最下点”，若地球这个“重物体”要离开天球中心这一“自然位置”，那么它就会飞散出去。既然地球没有飞散，那么它就依然静止在“天球 ”中心。显然，这是亚里士多德——托勒密“地心说”的理论基础，如果这一基础不能被动摇，那么哥白尼还会重蹈阿里斯塔克的覆辙。

针对这一最棘手的难题，哥白尼首先用船来比喻地球，地球如船那样，是宇宙中的一个自然整体，并不会因为船的前行而导致船上的桌椅会被抛甩到船尾的水里去。“因为船只静静地驶去，实际上是船在动。而船里的人却觉得自己是静止的，船外的东西好象在动。由此可以想像，地球运动时，地球上的人也似乎觉得整个宇宙在转动。”然后哥白尼又进一步，把亚里士多德的有限“天球”打破，指出宇宙的极限（边界）是不可能知道的，没有了“边界”，自然就不再有“中心”，亚里士多德的“上下”与“自然位置”也就失去了依据。哥白尼写道：

“为什么不能承认地球在做完全自然、并同自己形状相适应的运动？而需要假定是整个宇宙（它的极限是不知道的，也是不可能知道的）在转动呢？为什么不承认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呢？”哥白尼还不无幽默地反问道：“天穹容万物，为什么要把运动归于包容者而不归于被包容的东西呢？”

哥白尼“偏日心说”与古希腊费罗劳斯、阿里斯塔克以及阿拉伯学者毕鲁尼的“日心说”有了本质的不同，他不仅正确描述了地球绕太阳的公转运动，而且提出了地球的自转运动。正是这“两种运动”的结合才演绎了千变万化的天文景观。有了公转运动，原来的黄道平面就转化成了地球公转轨道的平面，从而使“黄极”从原来的“天极”中独立出来。有了地球的自转，原来假想的“天球”停止了转动并失去了确切的边界，“天赤道”就成了地球赤道的自然延伸。有了“公转与自转”的结合，月球绕地运行的规律更加一目了然，整个宇宙结构变得简洁透明（见图十三）。

哥白尼为地球争取了第一条“合法”轨道，这条轨道是大致以太阳为圆心，以日地距为半径r的正圆周轨道。在笛卡尔直角坐标系里，地球的哥白尼轨道方程可表示为：
x2+y2=r2

此外，在水星、金星、火星、木星、土星的轨道上，也不再有“本轮”缠绕，而是一条封闭光滑的正圆线圈，它们的轨道方程同地球也完全一样。虽然哥白尼的行星轨道是正圆周轨道，但他的“日心”并不处于行星轨道的几何中心，而只是靠近这个中心，这种“偏心圆”理论是从希帕克经由托勒密传下来的，哥白尼吸收了这一合理的设定，并把它由“偏地心”改造成了“偏日心”，用以解释太阳周年视运动上的速度变化。故严格说来，哥白尼的“日心说”应更名为“偏日心说”。哥白尼把地球从“宇宙中心”地位贬谪了出来，让它走上了本属于自己的轨道，同时也宣布了科学对神学的独立，使近代自然科学毅然从神学的桎梏中走出。

三、布鲁诺殉道与“四无宇宙”

哥白尼从意大利回到波兰后，曾写了一册关于“偏日心说”的“浅说”，自那时起，《天体运行论》的一些基本观点就已经在欧洲各地传开了。使哥白尼没有料到的是，他迎来的不是掌声与鲜花，而是嘲讽与攻击。据说哥白尼某次看戏，听台上的演员念了一段“地球绕着太阳转”的台词，很是惊异，可戏看了一半时，才知他扮演的角色是一个疯子。

1533年，因写“九十五条论纲”而发起宗教改革运动的领袖马丁•路德（M•Luther，公元1843 ～ 1546）也听到了有关哥白尼神父的传闻，他不无叽讽地说：“《圣经》上只说约书亚•纳文吩咐过太阳停止，而没有吩咐地球停止。这位新奇的占星家企图证明旋转着的是地球，……只有傻瓜才想把整个天文学的底都翻过来”。

追随马丁•路德的新教领袖加尔文（J•Calvin，公元1509 ～1564）曾警告信徒们说：“谁胆敢把哥白尼置于圣灵的权威之上！地球是静止的，绝不可能运动。”另一位新教神父梅兰希通指责说：“天体在空中24小时旋转一周，我们的双眼就是见证。但某些喜欢猎奇与卖弄的人却得出了地球运动的结论。”

哥白尼去逝后5年，布鲁诺（Bruno Giordano，公元1548 ～1600）诞生于意大利南部的诺拉，因家庭贫寒，15岁就进修道院做了见习修士。因在修道院里偷读过哥白尼的《天体运行论》等“异端”书籍，于29岁时被开除了教籍，走上了长达14年的流亡生涯。流亡期间，他先后到了瑞士、法国、英国和德国，1586年发表《论原因、本原和统一》，后来又发表了《论无限性、宇宙和诸世界》、《驱逐趾高气扬的野兽》等反神学书籍与文章，组织各种擂台辩论会，向教会支持的托勒密“偏地心说”发难，并大力宣扬哥白尼的“偏日心说”。

布鲁诺并非是《天体运行论》的一般宣讲者，而同时也是批判者与发展者。1、他彻底否定
了“天球”的存在，主张宇宙在空间上是无限的，宇宙没有边界，当然就没有中心，太阳仅
是行星运动的中心而不是宇宙的中心。2、宇宙间有无限多的恒星，太阳仅是这些恒星中的
一颗，包括太阳在内的一切恒星都在运动，因而它们的位置是不断变化的。3、宇宙已被物
质占满，没有给神灵留下任何位置。如把布鲁诺的宇宙图景描绘下来，就会如图十四所示。
哥白尼的“偏日心说”给神学留下了回旋的余地，当时一些“开明”神学家们曾这样辩解
：“罗马是世界的中心（条条大路通罗马），太阳是宇宙的中心，也是上帝的住所，上帝借助太阳赐给宇宙光明。”为堵死类似漏洞，不让神学……　……

雷元星 2004.9.8重贴