哥白尼以前的宇宙觀

近代前期，科學(xué)的第一個(gè)偉大成就，便是由哥白尼提出"日心說(shuō)"而開始的天文學(xué)革命逐漸深入，人類在探索宇宙的過(guò)程中獲得了重大的突破。

1.古希臘的天文學(xué)

為了理解哥白尼的太陽(yáng)中心學(xué)說(shuō)的意義，還要從古希臘的天文學(xué)說(shuō)起。

（1）天體系統(tǒng)的最初構(gòu)建

歐洲人關(guān)于地球位于宇宙中心的看法，是由來(lái)已久的。古希臘天文學(xué)的奠基人、米利多學(xué)派的阿那克西曼德(公元前610-公元前546／545年）認(rèn)為，地被太陽(yáng)、月球等天體所包圍，它沒有任何支撐地位于宇宙的中心，因?yàn)樗鼪]有理由朝任何方向運(yùn)動(dòng)，所以是靜止不動(dòng)的。

阿那克西曼德是最早闡述有關(guān)宇宙論或世界體系的思想的哲學(xué)家之一。作為理性主義者，他把幾何學(xué)和數(shù)學(xué)引入了天文學(xué)，從而為擺脫以前的帶有神秘色彩的宇宙觀念開辟了道路。

對(duì)于數(shù)充滿興趣的畢達(dá)哥拉斯學(xué)派把他們的喜好用于解釋宇宙，認(rèn)為整個(gè)宇宙就是數(shù)與和諧，一切天體的運(yùn)動(dòng)都服從于數(shù)學(xué)規(guī)律，數(shù)字之比存在于從宇宙中心到各天體的距離；10是最完美的數(shù)字，因此天上的運(yùn)動(dòng)的發(fā)光體也必然有10個(gè)。由于當(dāng)時(shí)只能看到9個(gè)，他們就斷定還有一個(gè)與地球相對(duì)的對(duì)地星。畢達(dá)哥拉斯派認(rèn)為，整個(gè)宇宙是一個(gè)球形，各球形的天體都作均勻的圓周運(yùn)動(dòng)，因?yàn)榍蛐魏驼龍A形是最完美的幾何體。他們認(rèn)識(shí)到，假定地球在運(yùn)動(dòng)，就可以解釋天體的視運(yùn)動(dòng)。

大約在公元前5世紀(jì)中葉，畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的哲學(xué)家菲洛勞斯(活動(dòng)時(shí)期約公元前5世紀(jì)中后期）構(gòu)想了一個(gè)宇宙體系，在這個(gè)體系中，地被作為一個(gè)球體同其他9個(gè)天體一起圍繞著一個(gè)中心火旋轉(zhuǎn)，這個(gè)中心火是宇宙的祭壇，是人永遠(yuǎn)看不見的。

畢達(dá)哥拉斯學(xué)派的最后一位學(xué)者埃克番達(dá)斯發(fā)現(xiàn)，晝夜的長(zhǎng)短是隨緯度而變化的。他由此而形成了一個(gè)新觀點(diǎn)，即地球在空間的中央繞自己的軸旋轉(zhuǎn)。

畢達(dá)哥拉斯派的宇宙觀念，對(duì)后世產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。特別值得指出的是，哥白尼和刻卜勒也十分重視數(shù)的問(wèn)題，他們?cè)谔岢龊完U述太陽(yáng)中心說(shuō)時(shí)，都強(qiáng)調(diào)了它在數(shù)學(xué)上的和諧和簡(jiǎn)單性，并認(rèn)為這是證明太陽(yáng)中心說(shuō)是真理的最好理由。

柏拉圖(約公元前428-前348／347年）對(duì)宇宙的看法，是先驗(yàn)地推導(dǎo)出來(lái)的。他也認(rèn)為球是最完美的形式，因此宇宙必然是球形的，天體則按圓圈運(yùn)行。把柏拉圖的一些圓圈組合起來(lái)，能夠得到太陽(yáng)繞地球的視軌道。他的天文學(xué)觀點(diǎn)，后來(lái)由希帕克和托勒密作了進(jìn)一步的發(fā)揮。但據(jù)說(shuō)柏拉圖在晚年認(rèn)識(shí)到，如果把地球假定為是運(yùn)動(dòng)的，就能夠更好地說(shuō)明天文現(xiàn)象。

柏拉圖時(shí)代杰出的天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家歐多克索斯(約公元前400-前350年）為了解釋所觀測(cè)到的日、月和五顆行星的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，建立了一個(gè)由27個(gè)透明的同心球體組成的模型，這些透明同心球體均以地球?yàn)橹行?，其中日、月?球，5顆行星各4球，恒星1球。恒星的球在最外層，向內(nèi)依次為土星、木星、火星、太陽(yáng)、金星、水星和月亮的球。每層球的旋轉(zhuǎn)軸指向、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)速度都各不相同。歐多克索斯的這個(gè)系統(tǒng)，既保持了關(guān)于圓是完美的幾何圖形的觀念，又把關(guān)于勻速圓運(yùn)動(dòng)的疊加可以計(jì)算天體的不均勻運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)引進(jìn)了天文學(xué)。他的系統(tǒng)成為以后一些天文學(xué)家發(fā)揮地球中心說(shuō)的基礎(chǔ)。

差不多與歐多克索斯同時(shí)的亞里士多德也明確提出了地球位于宇宙中心的主張。他認(rèn)為，地是一個(gè)球體，沉重的地球由于其特別的性質(zhì)正好處于宇宙的中心；地球之外的天體具有永恒的均勻的圓周運(yùn)動(dòng)，它們不是由地球上的4種物質(zhì)即土、水、空氣和火所構(gòu)成，而是由以太構(gòu)成，其內(nèi)部是不變的。

亞里士多德的著作涉及內(nèi)容廣泛，是古代學(xué)術(shù)的百科全書，因此，當(dāng)中古后期他的著作重新面世之后，他的觀點(diǎn)——包括天文學(xué)觀點(diǎn)——就成了權(quán)威。

不同的宇宙觀在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都有所發(fā)展。

公元前4世紀(jì)，希臘的科學(xué)中心從雅典轉(zhuǎn)移到亞歷山大城——亞歷山大遠(yuǎn)征時(shí)在埃及尼羅河口建立的希臘化城市。

薩摩斯的阿利斯塔克(約公元前310-前230年）是亞歷山大城的著名天文學(xué)家，他的最大貢獻(xiàn)是認(rèn)為地球有自轉(zhuǎn)和繞日公轉(zhuǎn)這兩種運(yùn)動(dòng)。這是有史以來(lái)第一次有人提出這樣的觀點(diǎn)。為此，斯多噶派的一些哲學(xué)家宣稱，阿利斯塔克應(yīng)該以"瀆神"罪被指控。

據(jù)阿基米德介紹，阿利斯塔克提出了一個(gè)假設(shè)，即恒星和太陽(yáng)是不動(dòng)的，地球沿著一個(gè)圓的周邊繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，太陽(yáng)則在這個(gè)軌道的中心；地球每天繞自己的軸旋轉(zhuǎn)一圈，每年沿圓形軌道繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)一周。為了解釋恒星在地球運(yùn)動(dòng)時(shí)看起來(lái)不動(dòng)的問(wèn)題，阿利斯塔克正確地指出，這是由于恒星的距離同地球軌道直徑比較起來(lái)極其巨大的緣故。一千多年之后，哥白尼在創(chuàng)立新的宇宙體學(xué)時(shí)，也曾受惠于阿利斯塔克的思想。

有關(guān)地球位于宇宙中心的思想也在發(fā)展。約公元前130年，天文學(xué)家希帕克(-公元前127年之后）在歐多克索斯學(xué)說(shuō)的基礎(chǔ)上形成了一個(gè)新體系。希帕克首先假定，地球是中心，然后讓日、月、行星等天體都在自己的圓軌道即本輪上勻速運(yùn)行，而本輪又在一個(gè)大的圓軌道即均輪上圍繞地球運(yùn)行。他的體系對(duì)地球中心說(shuō)的維持起了很大作用，且對(duì)托勒密體系的形成產(chǎn)生了直接影響。

在希帕克之前，當(dāng)時(shí)就享有"大幾何學(xué)家"盛名的阿波羅尼奧斯(約前262-前190年）為解釋行星運(yùn)動(dòng)而引進(jìn)了偏心圓運(yùn)動(dòng)和本輪運(yùn)動(dòng)的概念，這在后來(lái)也成為托勒密構(gòu)筑宇宙體系的材料之一。

（2）托勒密的宇宙體系

希臘著名天文學(xué)家、地理學(xué)家和數(shù)學(xué)家托勒密(活動(dòng)時(shí)期為公元2世紀(jì)）在天文學(xué)方面的研究成果，主要體現(xiàn)在他的《天文學(xué)大成》這部巨著中。這部共有13卷的著作，是對(duì)希臘天文學(xué)的總結(jié)。在前人提出的有關(guān)偏心圓、本輪、均輪的觀點(diǎn)基礎(chǔ)上，尤其是在希帕克體系的基礎(chǔ)上，托勒密論證了地球位于宇宙中心靜止不動(dòng)的理論，構(gòu)筑了一個(gè)描述太陽(yáng)、月球和行星的位置以及視運(yùn)動(dòng)的體系，以一些被稱為本輪和均輪的假想圓周和勻速的圓周運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋觀測(cè)到的天體運(yùn)動(dòng)。托勒密認(rèn)為，天是球形的，并且在不停地運(yùn)動(dòng)，恒星也都固定于其上。地也是球形的，但卻靜止不動(dòng)，位于天的中心。太陽(yáng)和行星都圍繞地球旋轉(zhuǎn)；太陽(yáng)沿著一個(gè)本輪的圓周運(yùn)動(dòng)，而本輪的中心又沿著一個(gè)均輪的圓周運(yùn)行，周期為一年；太陽(yáng)均輪的中心與地心重合，而月球和行星的均輪中心則不在地心。

值得注意的是，盡管托勒密論證了地心說(shuō)，但他在《天文學(xué)大成》的導(dǎo)言中也承認(rèn)，從數(shù)學(xué)角度來(lái)看，可以把星空的周日運(yùn)動(dòng)看作是地球繞自己的軸作周日運(yùn)動(dòng)的反映，但他不愿為了適應(yīng)觀測(cè)到的現(xiàn)象而把地球看作是運(yùn)動(dòng)的星體，因?yàn)樗J(rèn)為這從物理學(xué)上來(lái)說(shuō)是荒謬的：根據(jù)當(dāng)時(shí)對(duì)慣性的認(rèn)識(shí)，如果地球在旋轉(zhuǎn)的話，地球表面的東西也將急速移動(dòng)而不是與地球緊緊附合。

由于托勒密的體系符合《圣經(jīng)》的說(shuō)法，它得到了教會(huì)的支持而成為正統(tǒng)學(xué)說(shuō)，并在大約1400年的時(shí)間里支配著天文學(xué)。

2.中世紀(jì)歐洲人的認(rèn)識(shí)

直到中世紀(jì)晚期甚至近代初期，人們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)在總體上仍受到托勒密學(xué)說(shuō)的影響。例如，在但丁(1265-1321年）的描述中，宇宙是由一系列天體組成的系統(tǒng)，這些天體一個(gè)處于另一個(gè)之內(nèi)，在整個(gè)系統(tǒng)的中心則是不動(dòng)的地球。但丁認(rèn)為，總共有10層天存在，每層天都是一個(gè)以地球?yàn)橹行牡耐该魈烨?，月亮、太?yáng)、行星等天體分別附于天球的背面，整個(gè)系統(tǒng)每24小時(shí)繞不動(dòng)的地球轉(zhuǎn)一周。

在1539年安特衛(wèi)普出版的阿皮安(1495-1552年）的《宇宙志》中，有一幅以地球?yàn)橹行牡挠邢抻钪鎴D。圖的中心是包括水、空氣和火圈的地球，它是不動(dòng)的，并由分屬月亮、水星、金星、太陽(yáng)、火星、木星和土星的天球?qū)訉影鼑?，在這7個(gè)"行星"天球之外是蒼天即恒星系、第9個(gè)透明天球，第10個(gè)原動(dòng)體。在這以外便是茫茫宇宙太空、上帝和神的住所。

但托勒密的體系也遇到了問(wèn)題。由于行星實(shí)際上是沿著橢圓形軌道繞日公轉(zhuǎn)，而到15世紀(jì)時(shí)人們對(duì)行星運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)量也日漸精確，托勒密的體系必須變得更加復(fù)雜才能說(shuō)明新觀察到的現(xiàn)象。于是，托勒密的正確性受到了懷疑。

15世紀(jì)，在哥白尼之前，已有一些學(xué)者明確地提出了同托勒密學(xué)說(shuō)不同的理論。庫(kù)薩的尼古拉斯(1401-1464年）是天主教的樞機(jī)主教，但也是有影響的哲學(xué)家和科學(xué)家。他曾指出："我們已經(jīng)清楚，我們的地球在動(dòng)，雖然這是感覺不到的，只有同恒星比較才能發(fā)現(xiàn)。"他認(rèn)為，地球圍繞自己的軸心，由東向西，24小時(shí)旋轉(zhuǎn)一周；同時(shí)，它還圍繞同前一個(gè)軸相垂直的軸線旋轉(zhuǎn)。星空和太陽(yáng)也都作兩種運(yùn)動(dòng)。尼古拉斯覺察到，包括地球在內(nèi)的宇宙在運(yùn)動(dòng)，這個(gè)運(yùn)動(dòng)有一個(gè)中心，但這個(gè)中心不是地球。他的這一見解為哥白尼的天文研究開辟了道路。