讓我們回到公元1495年。24歲的哥白尼成為意大利博洛尼亞大學(xué)的一名在職進修生，他進修的專業(yè)是教會法。是的，哥白尼是來自波蘭的一名年輕的神父，不過這個心思活躍的小神父卻偏偏癡迷于天文學(xué)，對自己的主業(yè)沒什么興趣。哥白尼的天文學(xué)導(dǎo)師是43歲的諾瓦拉，在當時相當著名，這兩個年齡相差了近20歲的人很快成了忘年交。不到兩年，哥白尼已經(jīng)把前人積累的天文學(xué)知識全部學(xué)完，他開始與老師諾瓦拉一起做天文觀測，并熱烈討論學(xué)術(shù)問題。1497年3月9日晚上，這是一個萬里無云的晴朗夜晚，哥白尼和諾瓦拉一起來到郊外，他們并排坐在空曠的草地上，雙雙舉頭望明月。

哥白尼興奮地說：“老師，根據(jù)我的計算，應(yīng)該就是在今晚，我很期待我的計算結(jié)果。”

諾瓦拉淡定地說：“沒問題的，這兩年來你已經(jīng)盡得我的真?zhèn)?，就計算能力而言，你只會比我高，不會比我低?！?/p>

哥白尼不好意思地說：“老師你自謙了。預(yù)測今晚的月亮掩金牛座α星（中國人叫畢宿五）的天象并不是太復(fù)雜的計算，比起預(yù)測木星或者火星的位置來，那簡直就不算是計算了?！?/p>

根據(jù)哥白尼的計算，今晚月亮將在運行的過程中和明亮的金牛座α星發(fā)生重合現(xiàn)象，那顆星星會被月亮擋住十幾分鐘的時間。這種兩個天體運行到天空中同一個位置的現(xiàn)象時有發(fā)生，對學(xué)習(xí)天文的人來說，這是絕好的驗證自己所學(xué)的知識和計算方法是否正確的機會。

這天晚上，哥白尼預(yù)測的天象如期而至，諾瓦拉對哥白尼表示祝賀，但哥白尼似乎并不十分高興，他看著明亮的月亮，略略不滿地說：

“比我計算的時間晚了一個多小時呢?！?/p>

諾瓦拉拍拍哥白尼的肩膀，安慰道：“這不是你的錯，按目前托勒密的宇宙模型，計算出來的誤差只有一個小時就已經(jīng)可以說是完美了。要知道，有時候計算出來的五大行星的位置與觀測值最多能誤差一個月的時間，誤差在一天兩天之內(nèi)就已經(jīng)算是很好了。造成誤差的原因是本輪的直徑不夠精確，數(shù)量也還不夠多?！?/p>

哥白尼哼了一聲，說：“現(xiàn)在本輪數(shù)量都已經(jīng)有80多個了，實在多得有點兒夸張了?！?/p>

諾瓦拉接口說：“維多利亞時代的天文學(xué)家曾經(jīng)形容托勒密本輪模型是大跳蚤背著小跳蚤，而小跳蚤又背著更小的跳蚤，直至無窮。老實說，我也覺得上帝創(chuàng)造那么多的輪子實在是不怕麻煩！說實話這個模型很難看。”

哥白尼說：“老師的意思是不是也在懷疑托勒密模型的正確性呢？”

諾瓦拉緩緩地說：“怎么說呢，我只是覺得這個理論不太完美，有很多生硬的地方，但你要我說他錯了，我也很難說，畢竟理論還是能夠基本準確地預(yù)測天象的，今晚不就是最好的例子嗎？”

哥白尼：“雖然是這樣，但我還是有些困惑不得不說出來，你知道我對托勒密模型最大的不滿是什么嗎？”

諾瓦拉：“哦？是什么？你說說看。”

哥白尼：“其實這也不僅僅是我一個人的不滿，有不少人也跟我一樣。托勒密沒有把地球放在宇宙的圓心位置，我對此相當不滿。宇宙是上帝創(chuàng)造的，它應(yīng)當是完美無缺的，上帝是萬能的，我真的無法理解為什么上帝要讓地球的位置偏離圓心。雖然托勒密的這個創(chuàng)舉讓計算值與觀測值的擬合度大大提高，但是這樣一搞，從我們所處的地球上看過去，所有的天體就都不是做著完美的勻速圓周運動了。我認為在這個宇宙中，勻速圓周運動是至高無上的和諧運動，上帝創(chuàng)造出來的宇宙也應(yīng)該是至高無上的和諧才說得通?。　?/p>

圖5-1　托勒密的對點理論

托勒密獨創(chuàng)的對點理論如上圖，對點Q與地球E在均輪中心O的兩側(cè)對稱分布，即EO=OQ；若AB弧和A′B′弧是行星的本輪中心B或B′在相同時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，從地球E處看去，行星的本輪中心B沿均輪的運動速度并不均勻，即∠AEB不等于∠A′EB′，但對于對點Q處的觀測者看來，該本輪中心以勻角速度運轉(zhuǎn)，即∠AQB=∠A′QB′

諾瓦拉點頭表示贊同：“是的，你說的很有道理。托勒密的對點理論純粹是為了修正計算結(jié)果與觀測值的擬合度而強行施加給地球的，從上帝的角度講是不通的?！?/p>

哥白尼：“說到觀測值的問題，這個對點理論還有一個很大的毛病。”

諾瓦拉：“我知道你指的是什么。月亮的視面積大小問題，對吧？”

哥白尼：“沒錯。按照現(xiàn)在的模型，月亮每個月離我們忽遠忽近，視面積變化應(yīng)當比現(xiàn)在觀測到的要大得多才對?！?/p>

諾瓦拉：“沒錯，所以說，這個對點理論怎么看都有點不順眼。”

這天晚上，師生倆就這么熱烈地討論到了天亮，才意猶未盡地回去睡覺。

一個晚上的促膝長談讓年輕的哥白尼暗暗下了一個很大的決心，他要修正天文算法，要讓預(yù)測天象的準確度大大提高。但是他對誰也沒說自己的這個決心，包括他的老師。不過，此時的哥白尼只有決心卻沒有思路，要挑一個理論的毛病總是很簡單，但要提出具體的修正方法卻沒這么容易。

帶著對天文學(xué)的極大熱情，哥白尼從博洛尼亞大學(xué)畢業(yè)后，又去了威尼斯的帕多瓦大學(xué)進修，主修的雖然是醫(yī)學(xué)，但實際上他學(xué)習(xí)最多的還是天文學(xué)知識。

哥白尼回到波蘭時，剛好三十歲整，正是精力最旺盛、思維最活躍的年齡。他成了波蘭佛龍寶大教堂的一名神父，正式開始了對天文學(xué)孜孜不倦的刻苦鉆研。佛龍寶大教堂現(xiàn)在已經(jīng)成為天文學(xué)史上的圣地。

我們前面已經(jīng)講過，對于托勒密這套古典的天文學(xué)理論，不滿的天文學(xué)家已經(jīng)很多了，要突破這套舊理論，建立一套新理論，其實關(guān)鍵點并不在于一顆聰明的腦袋，真正的關(guān)鍵在于“勇氣”和膽量。為什么這么說呢？大家請想一想，托勒密的宇宙模型之所以會搞出那么多的“輪子”來，根本原因在于星星的運動軌跡太復(fù)雜，除了有一天24小時循環(huán)一次的東升西落，還有一年循環(huán)一次的周年運動，而五大行星又有順行、逆行、留（停著不動）三種奇怪的現(xiàn)象。如果堅持要讓地球不動的話，那么這些星星的運動必然會被設(shè)計成輪子套輪子的超復(fù)雜模型。為什么這些古代的高級知識分子們都非要堅持地球不動呢？就比如說日月星辰每天的東升西落，與其解釋成所有的天體每天繞著地球轉(zhuǎn)一圈，不如解釋成地球自己每天自轉(zhuǎn)一圈，這樣不是簡潔得多嗎？就好像你站在樓頂上看到世界圍著你轉(zhuǎn)，你卻偏不相信只不過是自己的腦袋轉(zhuǎn)了一圈。這么簡單的一個道理，古代的那些大知識分子難道會想不到嗎？不是的，從模型的角度來說，他們都想得到，但問題在于，如果大地是在轉(zhuǎn)動的話，為什么我們站在地面上的人感受不到呢？比如，我豎直扔起一塊石頭，為什么不管扔多高，落回來總是在原地？大地如果轉(zhuǎn)動，落下來就應(yīng)該偏離原地才對嘛！天上的云也不應(yīng)該一會兒靜止，一會兒往這邊飄一會兒往那邊飄，應(yīng)該集體朝一個方向遠去才對嘛！諸如此類的問題，古人想到很多很多，日常生活中遇到的現(xiàn)象全都不支持大地轉(zhuǎn)動這件“可怕”的事情。

我們再說所有的天體一年一次的周年運動。人類怎么發(fā)現(xiàn)“年”這個周期的？模糊的感官是一年四季的循環(huán)變化，精確一點的標志則是太陽在天空中的高度變化，或者說是地面物體的影子長度一年一循環(huán)的規(guī)律變化，因此，“年”這個周期的關(guān)鍵在于太陽。那么，與前面同樣的道理，與其讓太陽和所有的恒星一年繞地球轉(zhuǎn)一圈，不如讓太陽和恒星不動，而讓地球一年繞太陽轉(zhuǎn)一圈來得簡潔得多。古代那些知識分子們難道會想不到？哥白尼之前那么多聰明的天文學(xué)家都想不到？不是的，不是他們想不到，而是他們不敢想。為什么？因為《圣經(jīng)》的絕對權(quán)威。

在《圣約·約書亞記》10章12節(jié)中有這么一段記載：當耶和華將亞摩利人交付以色列人的日子，約書亞就禱告耶和華，在以色列人眼前說：“日頭?。∧阋Ｔ诨?；月亮啊！你要止在亞雅侖谷?！?/p>

這段經(jīng)文清清楚楚地記載了上帝的化身耶和華命令太陽暫停一下。換句話說，太陽、月亮原本是繞著地球轉(zhuǎn)動的，才需要被上帝命令暫停一下，如果是地球繞著太陽轉(zhuǎn)，那么上帝就得命令地球暫停一下才對了。那時候的人們對《圣經(jīng)》的信仰和崇拜是至高無上的，既然《圣經(jīng)》中都說了是太陽在動，誰還敢不信呢？在中世紀的歐洲，宗教裁判所的權(quán)威可是比任何法院都要大得多，甚至可以輕易剝奪一個人的生命。在那種社會環(huán)境下，任何與《圣經(jīng)》相悖的思想都是大逆不道的，別說是寫出來，連想都不能去想?！妒ソ?jīng)》是中世紀時期對天文學(xué)發(fā)展的最大阻礙。思想和言論一旦有了禁區(qū)，科學(xué)的進步就會受到阻礙，科學(xué)精神中一個很重要的原則，就是懷疑精神，沒有絕對的正確，對那些缺乏驗證方式的理論尤其警惕，對完全無法驗證的理論更是不予理會。

阻礙天文學(xué)家們做出正確模型的原因除了《圣經(jīng)》之外，還有一個很重要的原因，那就是當時的人們無法觀測到恒星的周年視差現(xiàn)象。

周年視差是指，地球如果不是宇宙的中心而是圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)的話，那么冬天和夏天觀測到恒星在天空中的位置應(yīng)當會有一個視差。

圖5-2　恒星視差產(chǎn)生的原理

哥白尼是一個神父，要讓他突破《圣經(jīng)》的規(guī)則，可以想象這需要多大的勇氣！哥白尼跟自己的思想斗爭了十多年，直到他41歲時才下定決心，沖破思想的牢籠。在十多年的觀測、計算、驗證的過程中，他發(fā)現(xiàn)想要簡化計算，提高預(yù)測的精確度，那么讓地球自轉(zhuǎn)起來，并且繞著太陽一年轉(zhuǎn)一圈是最佳的辦法。于是在41歲那年，他寫了一篇題為《關(guān)于天體運行假說》的要釋文章，正式以假說的方式提出了他的觀點：

地球不是宇宙的中心，只是月球軌道的中心；太陽位于宇宙中心附近，行星和地球都在繞著太陽轉(zhuǎn)動；恒星都在遙遠的、始終靜止不動的恒星天上，恒星天離我們的距離比日地距離大得多；地球自轉(zhuǎn)不息，從而造成所有天體的東升西落；地球是一顆普通的行星，它和諸行星都在繞太陽公轉(zhuǎn)，我們所看到的行星在天穹上的順行和逆行，是地球和各顆行星都在繞太陽公轉(zhuǎn)引起的合成效應(yīng)。

這篇文章慢慢在圈子里面?zhèn)髁碎_來，哥白尼也因此變得越來越有名氣，不過他也遭到了許多保守人士、尤其是宗教界人士的強烈譴責(zé)。好在哥白尼一開始就聲明這只是一個“假說”，但實際上，哥白尼內(nèi)心中堅信這就是宇宙的真相。在這之后的30多年中，他一直在撰寫那本天文學(xué)史上的破天之作《天體運行論》，它是劃破黑夜的閃電，為人類偷窺宇宙秘密的大幕拉開了一角。

我給大家簡單介紹一下《天體運行論》這本書中主要講了些什么：這部書總共分為六卷，第一卷是全書的總論，它闡述了日心體系的基本觀點；在該卷的第十章中，繪出了一幅宇宙總結(jié)構(gòu)的示意圖，這幅圖清楚地表明了哥白尼日心說的基本圖像；第二卷應(yīng)用球面三角，解釋了天體在天球上的視運動；第三卷講太陽視運動的計算方法；第四卷講月球視運動的計算方法；第五卷和第六卷講行星視運動的計算方法。

圖5-3　哥白尼日心說的總體圖像

《天體運行論》是一部厚厚的大部頭著作，它不是僅僅闡述了一些思想，畫了幾個模型而已，而是有嚴格的數(shù)學(xué)論證和定量計算方法的。也就是說，學(xué)通了《天體運行論》，就可以計算天上星星在未來任意一個時刻的位置，精確地預(yù)報日食、月食，精度要遠遠高于托勒密的方法。這部堪稱巨著的偉大之作耗去了哥白尼畢生的心血，等它正式出版的時候，哥白尼已經(jīng)70多歲了，躺在病床上奄奄一息，但終于還是在閉眼前看到了它的正式出版。只是當時的編輯替哥白尼寫了一篇序言，大意是說：“我讓地球動起來，并且不在宇宙的中心，只是為了便于數(shù)學(xué)計算的一種假設(shè)，并不是真的，天文學(xué)實際上是很荒誕的，為了計算，什么樣的胡說八道都出來了，大家千萬別傻到認為這就是真實的宇宙?！本庉媽戇@么一篇序言本意是為了通過教會的審查，如果不這么說，肯定會被教會以違背圣經(jīng)為由禁止出版。哥白尼也看到了這篇序言，但病入膏肓的他也就默認了。長期以來，學(xué)界曾一度以為那篇序言是哥白尼自己寫的，直到十九世紀中葉，哥白尼的手稿在布拉格的一家圖書館中被發(fā)現(xiàn)，才還了他一個公道。

《天體運行論》出版以后引起了極大的反響和爭議，反對者馬上就拋出了兩大質(zhì)疑：第一個還是那個老問題，也就是地球自轉(zhuǎn)怎么不把我們甩出去呢？哥白尼在世的時候，這個問題早就不知被問了多少次了，對此，哥白尼采取的辦法是“避而不答”，有點掩耳盜鈴的態(tài)度，說實話，哥白尼自己也想不通，但他又覺得應(yīng)該是有合理解釋的，只是自己還不夠聰明。這個問題一直要到哥白尼死后90多年，才由一位奇才替他辯護成功，這是后話，我們后面會詳細說；第二個問題就是那個恒星的周年視差問題，哥白尼在書中說，周年視差觀測不到不是因為沒有，而是恒星離我們實在太遙遠了，我們的觀測精度太低，覺察不到而已。但反對者又嘲笑哥白尼的這個解釋，說這不過是遁詞嘛！這個問題還要等300多年才能被一群天文學(xué)家搞定，這是后話了，且聽我慢慢道來。

《天體運行論》很快引來了一批擁躉，包括那個著名的后來被活活燒死在羅馬鮮花廣場的布魯諾，傳說燒死他的原因就是他捍衛(wèi)哥白尼的日心說。其實這并非主要原因，但我們這本書就不展開討論了。不過呢，很多哥白尼的專業(yè)級粉絲發(fā)現(xiàn)，《天體運行論》雖然偉大，但也不是完美的，有一些地方還是讓人抓狂得很。

自從哥白尼把太陽放到了宇宙的中心后，整個天文計算相對于托勒密的方法來說，變得簡單了許多，但是，新的模型依然無法避免“本輪”這個極為討厭的玩意兒，這是為什么呢？因為天體的運動軌跡實測下來是不均勻的，但是哥白尼卻固執(zhí)地認為宇宙中天體的運動必須是最完美的勻速圓周運動，而且太陽也必須位于圓心的位置，不能有絲毫偏差。為了調(diào)和天體視運動和哥白尼恪守的“和諧”準則，他不得不繼續(xù)采用本輪套本輪的方法，而且他還進一步考慮到了歲差的問題，使本輪的數(shù)量又增加了幾個。最終，在哥白尼的系統(tǒng)中，所有的輪子（本輪和均輪）加起來一共是34個，比托勒密減少了50個輪子，簡潔確實簡潔了許多，并且計算值與觀測值的擬合度也大大地高于舊理論，但34個輪子還是不少??！要計算起來，依然是相當麻煩。

隨著哥白尼《天體運行論》在天文學(xué)圈子中的傳播，他的追隨者也越來越多，但意識到哥白尼體系中依然存在著不完美、不簡潔的專業(yè)粉絲也不在少數(shù)。在哥白尼死后60多年，一位幾乎不用望遠鏡，也基本不抬頭看星星的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家，僅僅用他的紙和筆就解決了哥白尼體系中的缺陷，修正了哥白尼的理論體系，使人類在了解宇宙的真相上大大邁進了一步，后人稱他為“天空立法者”。此人真的是太牛了！他的名字叫做開普勒（Johannes Kepler,1571年～1630年）。