哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473～1543) 是偉大的波蘭天文學(xué)家，日心說的創(chuàng)立者，近代天文學(xué)的奠基人。

　　1473年2月19日生于波蘭維斯瓦河畔的托倫城。10歲喪父，由舅父瓦琴洛德扶養(yǎng)。18歲時(shí)進(jìn)克拉科夫大學(xué)，在校受到人文主義者、數(shù)學(xué)教授布魯楚斯基的熏陶，抱定獻(xiàn)身天文學(xué)研究的志愿。三年后轉(zhuǎn)回故鄉(xiāng)。當(dāng)時(shí)已任埃爾梅蘭城大主教的瓦琴洛德，派他去意大利學(xué)教會(huì)法規(guī)。1497～1500年間他在波洛尼亞大學(xué)讀書，除教會(huì)法規(guī)外，還同時(shí)研究多種學(xué)科，尤其是數(shù)學(xué)和天文學(xué)。對(duì)他最有影響的老師是文藝復(fù)興運(yùn)動(dòng)的領(lǐng)導(dǎo)人之一、天文學(xué)教授諾法臘。

　　哥白尼在意大利的時(shí)候，因他舅父的推薦，于1497年被選為弗龍堡大教堂僧正。1501年他從意大利回國，正式宣誓加入神父團(tuán)體，但隨即又請假再次去意大利。先在帕多瓦大學(xué)，同時(shí)研究法律與醫(yī)學(xué)。1503年，在費(fèi)拉拉大學(xué)獲得教會(huì)法博士學(xué)位。1506年，哥白尼從意大利回到波蘭。1512年他舅父死后，他就定居在弗龍堡。作為僧正的哥白尼，職務(wù)是輕松的。他把大部分精力都用在天文學(xué)的研究上。

　　哥白尼從護(hù)衛(wèi)大教堂的城墻上選一座箭樓做宿舍，并選擇頂上一層有門通向城上的平臺(tái)作為天文臺(tái)。這地方后來被稱為“哥白尼塔”，自十七世紀(jì)以來被人們作為天文學(xué)的圣地保存下來。

　　在歐洲中古世紀(jì)，天文學(xué)的宇宙模型是托勒密的地心體系。這種體系認(rèn)為地球靜止地居于宇宙中心，太陽、月球、行星和恒星都繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，故又稱“地球中心說”、“地心說”或“地靜說”。這一學(xué)說最初為歐多克斯和亞里士多德所倡導(dǎo)。后來，古希臘學(xué)者阿波隆尼提出本輪均輪偏心模型。約在公元140年，亞歷山大城的天文學(xué)家托勒密在《天文學(xué)大成》中總結(jié)并發(fā)展了前人的學(xué)說，建立了宇宙地心體系。這一體系的要點(diǎn)是：①地球位于宇宙中心靜止不動(dòng)。②每個(gè)行星都在一個(gè)稱為“本輪”的小圓形軌道上勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，本輪中心在稱為“均輪”的大圓軌道上繞地球勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，但地球不是在均輪圓心，而是同圓心有一段距離。他用這兩種運(yùn)動(dòng)的復(fù)合來解釋行星視運(yùn)動(dòng)中的“順行”、“逆行”、“合”、“留”等現(xiàn)象。③水星和金星的本輪中心位于地球與太陽的連線上，本輪中心在均輪上一年轉(zhuǎn)一周;火星、木星、土星到它們各自的本輪中心的直線總是與地球—太陽連線平行，這三顆行星每年繞其本輪中心轉(zhuǎn)一周。④恒星都位于被稱為“恒星天”的固體殼層上。日、月、行星除上述運(yùn)動(dòng)外，還與“恒星天”一起，每天繞地球轉(zhuǎn)一周，于是各種天體每天都要東升西落一次。

　　托勒密適當(dāng)?shù)剡x擇了各個(gè)均輪與本輪的半徑的比率、行星在本輪和均輪上的運(yùn)動(dòng)速度以及本輪平面與均輪平面的交角，使得按照這一體系推算的行星位置與觀測相合。在當(dāng)時(shí)觀察精度不高的情況下，地心體系大致能解釋行星的視運(yùn)動(dòng)，并據(jù)此編出了行星的星歷表。按照這個(gè)理論預(yù)報(bào)日食、月食準(zhǔn)確度達(dá)到一兩個(gè)小時(shí)之內(nèi)。既然本輪—均輪學(xué)說與人們當(dāng)時(shí)對(duì)天體觀測的各種數(shù)據(jù)相符合，又能預(yù)報(bào)一定的天象變化，這樣的地心說，就不是一種猜想的理論，而是一種唯象的理論，盡管這個(gè)理論還未揭露現(xiàn)象的真實(shí)結(jié)構(gòu)?！舅^科學(xué)，就是能夠解釋當(dāng)前所觀察到現(xiàn)象的理論，它未必是唯一的，也可能是不符合客觀事實(shí)的，它只對(duì)感覺負(fù)責(zé)，只要感覺是來自觀察，而不是憑空猜測，這樣的一種理論仍然可算是科學(xué)。在辯證唯物主義中，這叫相對(duì)真理?！靠墒牵S著觀測精度的提高，按照這一體系推算出的行星位置與觀測的偏差越來越大。他的后繼者不得不進(jìn)行修補(bǔ)，在本輪上再添加小本輪，以求與觀測結(jié)果相合?！究茖W(xué)就是這樣，首先對(duì)既有理論進(jìn)行修補(bǔ)以符合客觀事實(shí)，直到無法再自圓其說，才考慮提出新的代替理論，科學(xué)史就是這種過程的一部歷史，科學(xué)精神就是這樣一種精神?？茖W(xué)與科學(xué)精神是有區(qū)別的?！?/p>

　　然而，歷史上并不是只有地心說這一理論?！緩墓胖两?，所有的能夠解釋現(xiàn)象的理論都是一種假說。解釋同一現(xiàn)象的理論并非只能有一種，而可能有多種，在新的例外的感覺出現(xiàn)之前，這些理論都可以看作是科學(xué)理論?！吭诠诺鋾r(shí)代，畢達(dá)哥拉斯學(xué)派認(rèn)為地球是球形的，并作了地球運(yùn)動(dòng)的第一個(gè)推測。亞歷山大的天文學(xué)家阿利斯塔克(Aristarchus of samos，公元前310～230)繼續(xù)發(fā)展了這個(gè)主張，他不但認(rèn)為地球是圓形的，而且巧妙地運(yùn)用希臘人的數(shù)學(xué)工具——幾何學(xué)，測量了地球、月亮、太陽及其相互距離的相對(duì)大小。這個(gè)測量記載于他的著作《論日月的體積和距離》一書中。阿利斯塔克在計(jì)算的基礎(chǔ)上提出日心說，阿基米德在《沙數(shù)計(jì)算》一書中引述他的觀點(diǎn)時(shí)寫道：“行星與地球沿以太陽為中心的圓周繞太陽運(yùn)動(dòng)，而恒星所在的天球的中心與太陽中心相符合。”那么為什么在地球上看不到恒星的視位置發(fā)生變化?阿利斯塔克解釋道，因?yàn)楹阈请x地球的距離比太陽離地球的距離無可比擬地遙遠(yuǎn)?？梢娝麑?duì)于天體的分布及其位置關(guān)系已有了比較正確的認(rèn)識(shí)。但是，這個(gè)理論在當(dāng)時(shí)的條件下過于激進(jìn)了，沒有被人們接受。因?yàn)椋孩偎c人們的直覺經(jīng)驗(yàn)直接沖突;②它與希臘人的主要哲學(xué)觀點(diǎn)——亞里士多德的天地迥然不同論相沖突，如果接受了它就等于把天上的“不朽之物”與地上的“朽物”視為等同，并把天上獨(dú)有的完美的圓周運(yùn)動(dòng)看作是地球也具有的;【這正是形而上學(xué)的精神所在，認(rèn)定一個(gè)先驗(yàn)的前提，這個(gè)前提不容挑戰(zhàn)，其原因就是形而上學(xué)的本質(zhì)就是經(jīng)驗(yàn)之外的哲學(xué)。】③它與當(dāng)時(shí)希臘的力學(xué)觀念相沖突，如果地球是運(yùn)動(dòng)的，為什么地上物體或云彩不向后漂移呢?④它還不能解釋行星的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，也還沒有足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，基本上仍然是一個(gè)猜想的理論。【猜想是科學(xué)永恒的主題，離開了猜想，科學(xué)也就難以前進(jìn)一步。下面會(huì)反復(fù)證明這個(gè)觀點(diǎn)?！窟@說明一個(gè)理論盡管它實(shí)質(zhì)上是正確的，但如果它對(duì)許多現(xiàn)象不能提出合理的解釋，它就很難被人們接受?！靖绨啄岬娜招恼f也逃脫不了這個(gè)規(guī)律，其學(xué)說推出后長久的一段時(shí)間內(nèi)，仍然有大量不能解釋的現(xiàn)象，這不能簡單地歸結(jié)為宗教禁錮的原因?！?/p>

　　從歐多克斯、亞里士多德、阿波隆尼、希帕克到托勒密，經(jīng)過這樣一段發(fā)展的時(shí)期，地心說體系建立了。這個(gè)體系是歷史的產(chǎn)物，是總結(jié)幾千年觀察與測算的成果。用一個(gè)統(tǒng)一的宇宙模型說明天體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，在歷史上有它的積極意義?！镜匦捏w系有歷史的合理性，它的建立本身也是基于科學(xué)的精神，盡管當(dāng)今科學(xué)已經(jīng)否定了這種理論，但在科學(xué)精神的意義上說，它仍然是科學(xué)體系整體不可缺少的環(huán)節(jié)。事實(shí)上，科學(xué)史證明，科學(xué)的發(fā)展過程就是象日心說取代地心說一樣反復(fù)出現(xiàn)的過程。指責(zé)地心說愚昧、迷信、宗教獨(dú)裁的工具等等，把它從科學(xué)整體中割掉，是不恰當(dāng)?shù)模菍?shí)際上也閹割了科學(xué)的精神。不能理解地心說的精神，也就不能理解科學(xué)的精神?！?/p>

　　直至哥白尼的時(shí)代，亞里士多德—托勒密的地球中心說早已被基督教會(huì)改造成為基督教義的支柱。然而，由于觀測技術(shù)的進(jìn)步，在托勒密的地心體系里必須用八十個(gè)左右的均輪和本輪才能獲得同觀測比較相合的結(jié)果，而且這類小輪的數(shù)目還有繼續(xù)增加的趨勢。一個(gè)理論的體系當(dāng)它解釋現(xiàn)象時(shí)變得愈來愈復(fù)雜、愈來愈繁瑣，要求愈來愈多的附加條件，在新的事實(shí)面前愈來愈牽強(qiáng)附會(huì)，于是懷疑的時(shí)刻就會(huì)到來。哥白尼的天文學(xué)老師諾法臘就批評(píng)托勒密體系太繁復(fù)、不合數(shù)學(xué)和諧的原理，這給哥白尼后來的學(xué)說以極大的影響。這些就是哥白尼學(xué)說產(chǎn)生的歷史條件。【地心體系的弊端在模型越來越復(fù)雜，超出了人們的忍受極限，其復(fù)雜程度足以打擊人們的唯美追求，所以拋棄它就成為大家的共識(shí)。事實(shí)上，把本輪、均輪無限地添加進(jìn)去，未必不能解釋天體觀測現(xiàn)象，但那樣實(shí)在太繁瑣了，一點(diǎn)也不美，沒有絲毫的精神享受?！?/p>

　　哥白尼在意大利時(shí)研究過大量的古希臘哲學(xué)和天文學(xué)著作。他贊成畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的治學(xué)精神，主張以簡單的幾何圖形或數(shù)學(xué)關(guān)系來表達(dá)宇宙的規(guī)律?！究茖W(xué)的精神就是追求簡單、和諧，古今一致。】他了解到古希臘人阿利斯塔克等曾有過地球繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的學(xué)說，受到很大啟發(fā)。【文藝復(fù)興時(shí)期的大量成就都是從故紙堆中撿回來，這種現(xiàn)象值得當(dāng)代國人深思，怎么我們就喜歡拋棄自己古代的東西?】哥白尼分析了托勒密體系中的行星運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)行星都有三種共同的周期運(yùn)動(dòng)，即：一日一周、一年一周和相當(dāng)于歲差【地軸的長期運(yùn)動(dòng)稱為歲差，而其周期運(yùn)動(dòng)則稱為章動(dòng)?！康闹芷谶\(yùn)動(dòng)。他認(rèn)為，如果把這三種運(yùn)動(dòng)都?xì)w到被托勒密視為靜止不動(dòng)的地球上，就可消除他的體系里不必要的復(fù)雜性?！疽阅撤N假說為方向，然后羅列證據(jù)以證明之，這是科學(xué)手段的不二法門，伽利略、牛頓的科學(xué)實(shí)踐也符合這個(gè)原則?！恳虼?，哥白尼建立起一個(gè)新的宇宙體系，即太陽居于宇宙的中心靜止不動(dòng)，而包括地球在內(nèi)的行星都繞太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的日心體系。 離太陽最近的是水星，其次是金星、地球、火星、木星和土星。只有月球繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。恒星則在離太陽很遠(yuǎn)的一個(gè)天球上靜止不動(dòng)。哥白尼把統(tǒng)率整個(gè)宇宙的支配力量賦予太陽，而各個(gè)天體則都有其自然的運(yùn)動(dòng)。他系統(tǒng)而明晰地批判了地球中心說，并且從物理學(xué)的角度對(duì)日心地動(dòng)說可能遭到的責(zé)難提出了答復(fù)。

　　哥白尼用了“將近四個(gè)九年的時(shí)間”與測算、校核、修訂他的學(xué)說。他曾寫過一篇《要釋》，簡要地介紹他的學(xué)說。這篇短文曾在他的友人中間手抄流傳。但是，他遲遲不愿將他的主要著作——《天體運(yùn)行論》公開出版。因?yàn)?，他很了解，他的書一?jīng)刊布，便會(huì)引起各方面的攻擊。批判可能從兩種人那里來：一種人是頑固的哲學(xué)家，他們堅(jiān)持亞里士多德、托勒密的說法，把地球當(dāng)作宇宙的固定中心;另一種人是教士，他們會(huì)說日心說是離經(jīng)叛道的異端邪說，因?yàn)椤妒ソ?jīng)》上明白指出地是靜止不動(dòng)的。當(dāng)哥白尼終于聽從朋友們的勸告，將他的手稿送去出版時(shí)，他想出一個(gè)辦法，在書的序中寫明將他的著作大膽地獻(xiàn)給教皇保羅三世。他認(rèn)為，在這位比較開明的教皇的庇護(hù)下，《天體運(yùn)行論》也許可以問世。

　　除了這篇序之外，《天體運(yùn)行論》還有另外一篇?jiǎng)e人寫的前言。哥白尼當(dāng)時(shí)已重病在身，輾轉(zhuǎn)委托教士奧塞安德爾去辦理排印工作。這位教士為使這書能安全發(fā)行，假造了一篇無署名的前言，說書中的理論不一定代表行星在空間的真正運(yùn)動(dòng)，不過是為編算星表、預(yù)推行星的位置而想出來的一種人為的設(shè)計(jì)。這篇前言里說了許多稱贊哥白尼的話，細(xì)心的讀者很容易發(fā)現(xiàn)這是別人寫的。然而，這個(gè)“迷眼的沙子”起了很大的作用，在半個(gè)多世紀(jì)的時(shí)間里，騙過了許多人。1542年秋，哥白尼因中風(fēng)已陷入半身不遂的狀況，到1543年初已臨近死亡。延至5月24日，當(dāng)一本印好的《天體運(yùn)行論》送到他的病榻的時(shí)候，已是他彌留的時(shí)刻了。

　　在《天體運(yùn)行論》中，哥白尼首先論述了地動(dòng)說。他從運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性出發(fā)，論證了行星的視運(yùn)動(dòng)是地球運(yùn)動(dòng)和行星運(yùn)動(dòng)復(fù)合的結(jié)果。他說：“無論觀測對(duì)象運(yùn)動(dòng)，還是觀測者運(yùn)動(dòng)，或者兩者同時(shí)運(yùn)動(dòng)但不一致，都會(huì)使觀測對(duì)象的視位置發(fā)生變化(等速平行運(yùn)動(dòng)是不能互相覺察的)。要知道，我們是在地球上看天穹的旋轉(zhuǎn);如果假定是地球在運(yùn)動(dòng)，也會(huì)顯得地外物體作方向相反的運(yùn)動(dòng)。”[哥白尼：《天體運(yùn)行論》，科學(xué)出版社1973年版，第15頁。]【運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理是轉(zhuǎn)換視角的關(guān)鍵所在，牛頓的機(jī)械唯物論和愛因斯坦的相對(duì)論之間的本質(zhì)區(qū)別，就是愛因斯坦堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理，拋開了絕對(duì)的以太，還原科學(xué)體系的簡潔性，因?yàn)樵诼鍋銎澞抢铮麑?shí)際上已經(jīng)邁到相對(duì)論的門坎，但由于堅(jiān)持牛頓絕對(duì)時(shí)空觀而大量引入不必要的假設(shè)條件，就如地心體系中大量引入不必要的本輪均輪如出一轍，所以說科學(xué)史就是反復(fù)出現(xiàn)的否定過程。】接著，他提出了地球在宇宙中的位置問題，認(rèn)為地球并不在中心，而是象其他行星一樣距太陽有一段距離，在自己的軌道上運(yùn)行。他寫道“我們把太陽的運(yùn)動(dòng)歸之于地球運(yùn)動(dòng)的效果，把太陽看成是靜止的，恒星的東升西落并不受影響。然而行星的順行、逆行、和、留則不是由于行星本身的行動(dòng)，卻只是地球運(yùn)動(dòng)的反映。于是，我們認(rèn)為，太陽是宇宙的中心。”[哥白尼：《天體運(yùn)行論》，科學(xué)出版社1973年版，第26頁。]此外，他還談到月亮的運(yùn)動(dòng)，行星在太陽系中的排列等等。

　　愛因斯坦高度地評(píng)價(jià)了哥白尼的功績及其對(duì)人類認(rèn)識(shí)史的深遠(yuǎn)影響。他寫道：哥白尼“對(duì)于西方擺脫教權(quán)統(tǒng)治和學(xué)術(shù)統(tǒng)治枷鎖的精神解放所作的貢獻(xiàn)幾乎比誰都要大”，“要令人信服地詳細(xì)說明太陽中心概念的優(yōu)越性，必須具有罕見的思考的獨(dú)立性和直覺，也要通曉天文事實(shí)，而這些事實(shí)在那個(gè)時(shí)代是不易得到的。哥白尼的這個(gè)偉大的成就，不僅鋪平了通向近代天文學(xué)的道路;而且也幫助人們在宇宙觀上引起了決定性的變革。一旦認(rèn)識(shí)到地球不是世界中心，而只是較小的行星之一，以人類為中心的妄想也就站不住腳了。”[《愛因斯坦文集》第一卷，商務(wù)印書館1976年版，第601頁。]

　　然而，值得注意的是，哥白尼的太陽中心說并不是無懈可擊的。他不能解釋：為什么人們感覺不出地球的運(yùn)動(dòng)?地球既然自轉(zhuǎn)，地球上的物體下落何以不產(chǎn)生偏斜?哥白尼還不能擺脫亞里士多德哲學(xué)的束縛，他接受了圓運(yùn)動(dòng)是天體最完善的運(yùn)動(dòng)方式的觀念，因而在哥白尼的體系里，一切行星都沿圓周運(yùn)動(dòng)，而宇宙則是所謂最完善的、有限的球形。所有這些缺點(diǎn)和不完善的地方，隨著自然科學(xué)的發(fā)展，都不斷地得到了修正。

　　《天體運(yùn)行論》出版后很少引起人們的注意。一般人不能了解，而許多天文工作者則正如奧塞安德爾所說的那樣，只把這本書當(dāng)作編算行星星表的一種方法?！短祗w運(yùn)行論》在出版后七十年間，雖然遭到馬丁·路德的斥責(zé)，但未引起羅馬教廷的注意。后因布魯諾和伽利略公開宣傳日心地動(dòng)說，危及教會(huì)的思想統(tǒng)治，羅馬教廷才開始對(duì)這些科學(xué)家加以迫害，并于公元1616年把《天體運(yùn)行論》列為禁書。