《天体运行论》：哥白尼眼中的宇宙究竟是什么样子？

历史人物费

地球自西向东自传，同时又绕着太阳公转，这是一个天文学常识，现今可谓人尽皆知。但是为了把这个常识灌输到人们的头脑里，并且被广泛接受地下来，科学家们付出了数百年的努力。在没有天文望远镜也没有人造卫星的古代，要想证明地球自转与公转是非常困难的事情。所谓“不识庐山真面目，只缘身在此山中”，古人一刻也没有离开过地球，从未站在地外的角度来观察地球的全貌。因此，他们只能通过把各种零星观测到的现象拼凑在一起，汇集成一个夹杂猜测在内的宇宙体系。这个体系的核心内容就是以大地为宇宙的中心，认为地面静止不动，天空及日月星辰在都外围绕着它旋转，故而称为“地心说”也叫“地静说”。

由于古人对宇宙体系的构建主要依赖于逻辑推论而非直接观测，因此在这种情况下，要想颠覆旧的天文学理论，就得先在思维领域进行革新，要勇于冲破传统的藩篱，能够换个角度来思考问题。在近代天文学史上第一个这样做的人就是尼古拉·哥白尼，他在《天体运行论》的第一卷中，颠倒了转化了思考的角度：假定天空静止不动，而地球及上面观测者在不停地旋转，于是就可以推导出地球自转及环绕太阳公转的新理论。

那么，哥白尼究竟是如何反驳传统的“地静说”，进而提出“地动说”的呢？他又是如何在“地动说”的基础上主张“日心说”呢？

哥白尼（1473年-1543年）

古代思想家所笃信的“地静说”

在《天体运行论》中，哥白尼试图解决这么一个问题——“为什么古人认为地球静居于宇宙中心”？他认为古代哲学家的宇宙论主要建立在“轻重”观念之上，他们认为土是最重的元素，假如宇宙是圆的，那么一切重物便都有落向球心的趋势。因此，由土构成的大地就处在宇宙的中心，所有的土元素都堆积到这里，故而它必然是静止不动的。

这种理论巧妙的将“地心说”与“地静说”结合在一起，认为我们所生存的这片土地静止于宇宙的中心。外面的日月星辰都是由其他较轻的元素构成的，所以漂浮在上空，每天东升西落。古希腊哲学家亚里士多德就在《天穹篇》中写道：土和水是重元素，会不断下沉，乃至于静止；气和火则是轻元素，会离开地面而上升，围绕地面做圆周运动。比他稍晚的天文学家托勒密更是坚决否定大地运动的可能性，他认为如果地球存在自转，需要24小时转一周，那么速度将非常快，地面上的任何东西都会因此而被抛离到宇宙之中，由土凝聚成的地球也便分崩离析。

古希腊人的这种“地静说”与中国人的“盖天说”很相似，《周髀》里写道：“天圆如张盖，地方如棋局。”《列子》说：“清轻者上为天，浊重者下为地”。也认为大地因浊重而下沉，天空因清轻而上浮。下沉的重物必然静止不动，而清轻之物则来回旋转。天空就像推磨一样，运行不息，古人称为“天左旋”；日月星辰则像推磨上的蚂蚁，推磨的转速要比蚂蚁爬行得快，所以总是会有岁差出现。

这说明古代世界，东方与西方的思想家们都有着轻重的观念，并且在这种观念之上，构建出了“地心”及“地静”的宇宙模型，属于殊途同归。

由轻重而产生的“地静”观念，是西方地心说与东方盖天说的逻辑起点

哥白尼对“地静说”的批驳

早在古希腊时期，毕达哥拉斯学派的费罗劳斯就提出了“地动说”，认为大地就像太阳和月亮那样，沿倾斜的圆周绕着一团火旋转。爱菲斯学派的赫拉克利特也说大地在动，但不是前进运动，而是像一个车轮，从西向东绕着自己的中心旋转。受到他们的启发，哥白尼对“地静说”进行了怀疑。

托勒密坚持认为地球静居于宇宙中心，他担心地球和地上的事物会因自转而土崩瓦解，哥白尼认为这是“毫无根据的”。假如大地会因自转而瓦解，那么天穹难道就不会因绕地旋转而溃散吗？既然地球是宇宙的中心，宇宙里的所有事物都要围着地球转，那么宇宙内的日月星辰也应该因转速过快而向外抛散才对。这样的话，宇宙就将处于无限膨胀的状态，“可是根据我们所熟悉的物理学原理，无限体既不能转动也不能运动，因此天穹必须静止不动。”

这样，哥白尼就指出“地心说”的逻辑矛盾。“地心说”认为大地静止于宇宙的中心，日月星辰都围绕着它旋转。地球如果转动的话，那么地面上的东西都会被抛到太空中，自己也会溃散，所以只有天穹在动，而地球是静止的；然而，“地静”与“天动”根本就不能相容。如果地球担心转动会发生溃散，那么天穹也同样有这种忧虑在，为何托勒密只考虑地球而不考虑天穹呢？因此，实际的情况要么是地球与天穹都静止，要么是转动不会导致溃散。由于日月星辰的东升西落的运动很明显，所以只能是后者。

哥白尼反问道：“为什么我们不承认看起来是天穹的周日旋转，实际上是地球运动的反映呢？”就像站在船舶上的船员看到岸上事物在后退，因而误以为船舶静止而两岸运动一样。“与此相同，地球的运动无疑地会产生整个宇宙在旋转这样一种印象。”真实的情况并不是“天左旋”，而是“地右转”。

因此，哥白尼断言说：“地球在运动比它静止不动的可能性更大。”

哥白尼提出地动理论

地球究竟在做几种运动？

古代的“地静说”将天象变化归结为天体自身的运动，而哥白尼则考虑到了地球的运动，他认为地球既然不是静止而是运动的天体，那么它就是一颗“行星”，具有三重运动。

地球的第一重运动就是自转，会引起昼夜更替。古人将昼夜更替说成是天空与日月星辰转动的结果，这样就难以解释“日月星辰是从什么地方升起来的？”“大地的边沿又在哪里？”等诸多问题。西汉时，有个叫王仲任的人，他为了捍卫盖天说，试图对其进行改造。认为日月星辰并没有沉入地下，而是不停地远离又靠近地球。就如手持火把一样，越靠近地面就会越亮，越远离就会越暗，乃至于看不见——但火把始终没有熄灭，这就是昼夜的成因。然而，晋人葛洪就在《浑天仪注》里诘难说：火把离人越远，在越暗的同时也会越小，而然日月星辰从东升到西落，大小始终没有显著的变化，只是亮暗不同而已。因此，地静说无法解释昼夜更替现象；

地球的第二重运动则是公转，会引起季节的变化。笃信地球位于宇宙中心且静止不动的人，难以解释为什么大地上为什么会有寒暑昼夜的变化。北宋张载在《正蒙》中试图给出答案，他承认大地在运动，但不是绕着太阳公转，而是在升降沉浮。夏天时，大地上抬，离太阳较近，所以天气热；冬天时，大地下沉，离太阳较远，所以天气冷。这种解释不仅牵强，而且荒谬。明末思想家王夫之就说它“与日行南北二陆之说异”，指明这种理论违背太阳直射南北回归线的常识；

除了自转与公转之外，哥白尼认为地球的第三种运动是“倾角的运动”。假如地球只有自转与公转，那么北极所指向的位置必然是不断变化的。但是在观测中，人们发现有一处看上去始终不动的北天极，证明无论地球如何公转与自转，转轴始终指向某个相对固定的地方。因此，地球存在一种“倾角的运动”，不断地将转轴“矫正”回来，指向北天极。这也使得太阳直射的地方在两条回归线间来回变换。

哥白尼认为地球存在三重运动

哥白尼眼中的宇宙究竟是什么样子？

哥白尼宇宙论的思路为：先是对“地静说”进行怀疑和批判，进而扬弃出“地动说”，然后提出地球存在三重运动。认为地球不仅自转，而且还绕着太阳公转，并且在转动的时候始终存在“倾角的运动”。这样，一个以太阳为中心的宇宙模型便呈现了出来。

首先，哥白尼认为宇宙是球形的，原因很牵强——“因为一切形状中球是最完美的，它不需要接口，并且是一个既不能增又不能减的全整体”。哥白尼认为宇宙必然是处于静止状态，不增也不减，而且大到能够包罗万物。他之所以这样推论，一方面是来自于主观偏好，另一方面是经验知识，认为宇宙中的大多数事物都呈球形，如太阳、月亮、行星和卫星等，所以宇宙也可能是这个样子。

第二，大地也是球形的。通过观测，我们也能证实这一点：在北天的星星大多整日可见，从不下落，而在南天的一些星星却永不升起。在意大利看不到老人星，埃及却能观测得到等等。而且，海洋也是圆形的，海员在甲板上观望不到陆地，在桅杆上却能看得一清二楚，这便是明证。

第三，地球并不在宇宙的中心。在观测时，我们发现太阳和其他行星并不以地球为圆心，它们也不绕地心转动，因此它们看起来时近时远。假如地球不动且位于宇宙中心的话，那么越靠近地球的天体转动得就会越慢在地球上空的东西甚至会静止不动，但我们观测到太阳与月亮在东升西落的时长上，并无显著区别。

“日心说”的核心是地动论

最后，太阳才是宇宙的中心。哥白尼推倒了古代的“地静说”，却依然保留“宇宙中心论”的躯壳，没有将其清扫干净。他证明地球不可能静止不动，也不可能是宇宙的中心，但却把太阳放了进去。说：“宇宙的中心靠近太阳，进一步说，因为太阳是静止的”。这么做是出于一个美好的愿望——“静居在宇宙中心处的是太阳。在这个最美丽的殿堂里，它能同时照耀一切。难道还有谁能把这盏明灯放到另一个、更好的位置上吗？”

因此，可以说，哥白尼在天文学领域的革命是不彻底的，他的思想中含有“地动说”与“日心说”两种成分。“地动说”建立在对古代宇宙体系的批判之上，提出了全新的观点；而“日心说”却继承了古代理论的形式。仍保留着宇宙中心论的观念，试图用太阳来取代地球，修补旧学说。没有意识到，要将旧东西推平，才能在上面修建一座全新的、稳固的大厦。

原文地址：今日头条