再释
《天体运行论》的某些章节带有《小释》的影子,充满了诗意和审美意识。“太阳被恰当地称为宇宙的灯塔,”哥白尼宣称,“太阳坐在王座上,掌控着绕其旋转的行星家族。”[88]
然而,在这段令人愉悦的介绍之后,《天体运行论》一书中高难度的计算便越来越多。雷蒂库斯经常在他的记录中提到另一个解释(narratio secunda),但心猿意马的性情总会分散其注意力。于是这第二个版本也从未动笔。除了日心说,《天体运行论》中还包含了许多其他的概念,而《初释》仅提到了其中几个,其他均未提及。再写一个概要对于解释其余的概念是有好处的。
在《天体运行论》一书中,哥白尼就像是托勒密身边聪明而叛逆的小兄弟一样。二人都从哲学主张入手讨论问题,这些相互抵牾的主张就像是相互厮杀的骑士。托勒密关于地球静止的论证来自亚里士多德,大致与寻常的信奉天主教的农民的论证类似。如果地球的确在动,托勒密写道,那么这种运动一定是“最剧烈的,因为它在极短的时间内就旋转了一周”。[89]他认为,地球移动得很快,只要鸟儿从枝头飞起,小猫从楼梯上跳起,或者大人把孩子抛向空中,这些可怜的造物就会号叫着飞入深空,他们的世界也和底下的世界割裂开了。细致的实验测试表明,情况并非如此,因此,地球是不动的。
“但问题并未解决”,哥白尼回复说,就好像托勒密还活着,正坐在自己对面友善地期待着自己的答案,“我们只是说,不仅地球在动,而且大部分空气,以及与地球相连的一切都在动”[90]。
哥白尼并未论证运动的地球的观念是否正确,而是论证了地球运动的可能性。他并未淘汰而是增加了一种观点,这是个美妙而可能的提议,尽管不是必须,但还是可以说出来。哥白尼并未主张哪个古人一定错了,他知道,自己接受的地心说并非得自演绎论证。
然而,演绎的确有助于确定原因。《至大论》和《天体运行论》二书第一章的余下部分都留给了基本的几何学定理和球面三角学。这两本书共享了一些证明,尽管《天体运行论》更为清楚明白:该书第一章十分深入、有序和清晰。从这部分开始,当时的许多读者都失去了耐心,尽管仍旧很专注,却略过了迷宫般的注解。[91]“任何人都有理由怀疑,”一位匿名人士评论道,“如何才能从哥白尼的荒谬假设中产生如此精确的计算结果,因为这些假设与普遍一致的看法和理性本身相悖。”[92]
他们是对的。第一批反对哥白尼早期理论的怀疑论者并未停止质疑,而且很多疑问完全正当。专业的数学家能质疑的不仅仅是假设的本质。《天体运行论》中的计算是奇怪的,即便显得熟练,有些也很混乱,多数计算十分传统,但计算的目的却十分奇怪。简而言之,它们跟哥白尼本人的风格很像。雷蒂库斯详细地谈到了最令人赏心悦目的例子,那就是地球鲜为人知的第三种运动。
地球除了每天的自转和每年的公转以外,地轴其实也在移动,这会让南北极点沿着难以察觉的轨道旋转。[93]
由于引力的作用,地轴的运动会慢到令人发指,它每25 772年才旋转一圈。哥白尼的估值为25 816年,这样的精确程度令人惊讶,但由于无法用当时的物理学做出解释,他只好诉诸一些笨拙的猜测性解释。
哥白尼认为,地球的两极以25 816年的周期旋转时,其速度也会发生减慢和加快的变化,这取决于另外一个1 717年的宇宙周期。
地轴大约每26 000年旋转一周。哥白尼提出的模型位于图中右侧。
如果现代读者认为这是无稽之谈,那就对了。现在看来,的确无比荒谬。亚里士多德认为天文学乃“数学的分支”,与当时众多天文学家一样,哥白尼也同意这种看法;任何尊重观察的计算都是合理的选项。他只是根据自己导师的导师的建议提出了行星非匀速运动的日心说模型,“我的想法跟雷吉奥蒙塔努斯和格奥尔格·普尔巴赫没什么不同,”[94]哥白尼骄傲地写道,“他们是我的思想的直接来源。”
哥白尼提出了如此荒谬的运动模型,背后的原因实在让人痛心,但科学理论的发展就是如此。哥白尼过去从天文学家那里获得的观察结果是错误的,但出于一向对长者的尊重,他便无法分辨谁的说法不可靠了。托勒密给出的观察结果表明,地轴的运动十分缓慢,而一位著名的伊斯兰天文学家巴塔尼(Al-Battani)则表达了相反的观点。[95]哥白尼夹在中间左右为难,但其实两位前辈都弄错了。
当后来的天文学家们面对这种令人费解的运动时,他们也可能有新的、更好的观察。与之相类似,哥白尼的众多实质性贡献都有些美中不足,因此,这本书还很欠缺他寄予厚望的日心说应该产生的美感。但事情并未结束,看待世界的新视角才初露端倪。
哥白尼对行星视差问题的解决方案则是天文学革命正统叙事的另一个奇特插曲。视差(parallax)指的是,人从两个不同的角度观察物体时物体外观的变化,它是人对同一个描述(narrative)的不同看法。[96]视差概念的困难在于,如果缺乏任何背景作为参照,则我们无法判断视差是来自物体的移动,还是来自观察者的移动。哥白尼所有的愚蠢、无用、荒谬和精彩的计算都旨在说明基本观念之间微妙而根本的转变。[97]
这张图显示出天蝎星座的三种不同视差。图1中的视差来自观察者的移动,比如观察者随地球轨道的移动;图2中的视差来自观察对象绕观察者的移动;图3的视差则是以地球大小为背景,而非地球轨道为背景得出的。图1和图2中的视差只能通过背景做出区分。
对于因地球运动,而非因被观察的行星的运动而产生的视差而言,哥白尼的理论尚无法给出合理的解释。尽管他的一些最混乱的计算已经体现了这一点,但这个理论仍能帮助哥白尼以令人钦佩的精度估算行星的距离和精确的轨道。即便在托勒密的时代,天文学家也会以类似的方式测量行星的视差,即从地球上两个不同的地方对同一颗行星进行测量。首先,天文学家会在靠近“地球中心点”的地方做一次测量。接着,他们会在别的随便什么地方再做一次观测,只要两次观测之间的距离D1是确定的即可。视差为p,它表示行星位置移动的角度。[98]通过给定两次测量的结果和一些三角学知识,天文学家就能计算出此前从未有人预料到的事实,比如他们能用正切公式“计算出行星与地球的距离。
视差远不止能让我们测量距离,它甚至可以用来证明地球是否在动。这些证据依赖于亚里士多德天文学的一个核心教条:宇宙是封闭和有限的。其推理思路如下:因为所有的东西都绕地球旋转,因此它们与地球的距离都是固定的,否则就不存在绕其旋转的中心了。这样的宇宙和巨大的雪球没多大差别。大家相信恒星高挂在天上,像巨大的神灯一样固定在宇宙的边缘,所有的行星都在其内部闪闪发光。
如果地球真的绕太阳旋转,而宇宙又像古人所说的那样被紧裹着,那么人就能从固定的恒星上发现视差。在哥白尼的时代,人们并未测量过这种视差,而且多年以来,这种视差都是支持托勒密体系的有力论据。为了解决这个问题,哥白尼只需挥挥手扩大宇宙的尺寸即可。
太阳附近就是宇宙的中心。此外,由于太阳保持静止,任何看上去像是太阳的移动实则都是地球的运动造成的。与地球的大小相比,地球的运动其实体量巨大。但宇宙太大了,乃至从地球到太阳的距离可以忽略不计。我认为,我们应该承认这一点,而不是用近乎无限的天球来扰乱心灵……[99]
实际上,这种承认可通过计算得出。如果可探测视差的最小角度为p,则可用先前的公式计算宇宙的最小尺寸,我们取地球的整个轨道半径——而非地球本身的半径(就像托勒密的模型中对不动的地球的处理一样)——为D 1。我们有充足的理由说,这种计算方式的结果比此前要大上百万倍。哥白尼甚至想都不敢想这么大的数字,他只是称之为“无法估量”。[100]
人确实会因为缺乏想象力而对这些计算感到沮丧。扩大宇宙的规模是一场大型魔术表演,但与未知的无限相比,仅仅在有限的范围内移动似乎也没有意义。哥白尼此前在自然界中没遇到过无限的例子,也没有创造无限的动力;在那个时代提出无限宇宙的想法就像是越过了冷静理性的边界,进而步入了疯狂的诗意境界;美则美矣,但毫无必要。
《天体运行论》中包含无数缺陷。一改《小释》中的看法,哥白尼承认,宇宙的中心位于“太阳附近”的观点是他因为缺乏物理学直觉而做出的最糟糕的背叛。第一个哥白尼体系更准确地说是日静说(heliostatic)而非日心说(heliocentric)。月球默默地充当着地球唯一的卫星,尽管他的月球理论仍然混乱,但比托勒密的更加优雅,后者带有可移动的偏心匀速点。哥白尼给出了六颗行星的正确顺序,还列出了可以估测日食、行星位置和其他有用信息的众多表格,但它们杂乱无章地散落在各处,让人毫无头绪。书中深入考察了每颗行星的运动,这部分内容填满了该书的后半部分。
简单说,上千年以来第一个深刻而新颖的天体理论摆在了世人面前——也许有些瑕疵,哥白尼也知道它们很可能是错的,但还是原样呈现了自己的理论。在任何可称作天体物理的科学出现之前,凭借无数的计算和几段不期而遇的友谊,外加四十年的等待之后,天文学爱好者哥白尼为混乱的旧世界带来了物理学的解决方案。这个真理先于其基础的事实自有其原因和偶然性,比如科学、历史和个人经历方面的,但没有哪一个能够完全反过来解释其发现。心灵因其内在而取胜。这是哥白尼最后的谜团。