日心說的形而上學基礎

摘要：相比地心說，日心說并未得到太多經驗事實的佐證，更多的是源于一種形而上學的因素，即哥白尼的天文學體系是為了追求數學上的簡單、和諧，而不是出自對于天文現象的大量經驗觀察。

關鍵詞：日心說;哥白尼;形而上學

中圖分類號：P1-09 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2021）15-0-02

在科學史上，哥白尼革命的意義極其重大。所謂革命，是一種自然思想觀念上的一次根本變革，偉大的天文學家哥白尼以他的日心說理論從根本上顛覆了當時無論在宗教信仰上還是在自然觀念上都處于絕對權威地位的地心說理論。托勒密的地心說受到宗教的歡迎，原因在于其有利于基督教的思想統治，而日心說則在某種程度上破壞了宗教關于自然的解釋。哥白尼是一個非常虔誠的教徒，除非有特別有力的理由，否則他不會提出一種與宗教觀念相對立的理論。到底是什么樣的理由讓哥白尼如此堅定地認為托勒密的地心說體系是錯誤的，并認為宇宙的真正中心應該是太陽而非地球呢？首先，需要注意的是在當時的科學條件下，經驗事實并不能證明日心說對地心說的優越性，所有的天文現象都可以由地心說理論得到合理的解釋。其次，哥白尼的日心說除了會受到宗教的責難外，在感覺經驗上也有其難以說明的問題。即使面臨眾多而又難以解釋的問題，哥白尼依然堅持日心說的天文學理論，根本上是因其理論源于一種超驗，即他要以一種更加簡單、和諧的數學方法解釋天文現象。也就是說，哥白尼對于天文學的研究并不是全部建立在實證基礎上的，其很大程度上是出于一種形而上學，即被一種超驗的原因所推動而堅定地認為宇宙的中心是太陽而非地球。

1 日心說提出的歷史背景

日心說是與當時的宗教信仰相對立的，但13世紀的文藝復興運動以及16世紀的宗教改革已經表明宗教對民眾思想禁錮的松懈。1517年，德國人馬丁·路德發起聲勢浩大的宗教改革運動，公開反對羅馬教廷，把直接與上帝溝通的權力從教會及傳教士手中還給了個人。這場宗教運動雖然與哥白尼的理論沒有直接的關系，但卻表明當時教會對個人控制力的下降以及整個宗教環境的逐漸松懈。因此，哥白尼的理論雖然在根本上與宗教傳統相違背，但卻并未受到如布魯諾那樣嚴重的打擊。與此同時，16世紀也是大航海時代的開始，商業航行帶給歐洲的不僅僅是物質財富與地理發現，更是思想觀念上的巨大革新。在進行大規模的海上探索以前，歐洲人認為自己是世界的中心，但地理大發現打破了歐洲人的這種迷夢，原來歐洲并不是世界的地理中心，世界各地存在著各種各樣的宗教，其在思想觀念上帶來變化，一些人對長久以來的宗教觀念產生懷疑，人們開始認為地球是會動的或者宇宙的中心可能是其他星球等等。眼界的開闊伴隨知識的豐富，所有的一切都為一種革命性的觀念打下了基礎，“哥白尼自己認真地認為，并且有說服力地向其他人表明，現在要做出比任何這些轉變都要巨大得多的轉變并不困難。那個巨大轉變就是把天文學中的參考中心從地球向太陽轉變”[1]。此外，在基督教創建伊始，大量吸收了柏拉圖的哲學思想，而柏拉圖本人又極其崇尚幾何學，他樂于用幾何學的推理方法論證哲學命題，雖然從13世紀開始基督教的核心思想是以亞里士多德哲學為基礎的，但是重視幾何學的柏拉圖及畢達哥拉斯哲學并未完全消失，而是處于邊緣而繼續存在。畢達哥拉斯哲學不僅強調數是世界的本質，并且認為世界存在一種數學上的和諧，萬物都存在數學比例。當時的天文學就等同于數學，而哥白尼本人也非常精通數學，是當時少數能深刻理解數學的人。此外，哥白尼的老師就是深受柏拉圖和畢達哥拉斯影響的群體中的一分子，因此就不難理解哥白尼堅持太陽是宇宙中心的決定性因素是為了達到一種數學上的和諧的形而上學信念，而非出自經驗事實。柏拉圖和畢達哥拉斯的哲學思想與宗教上仍然占據主導地位的亞里士多德哲學是不相容的，后者在解釋世界是僅僅把數學放在了一個很普通的位置。如果有誰在當時的環境中提出柏拉圖的這一思想，認為宇宙在根本上是幾何學（即數學）的，不僅在學術上而且在常識上都會被嗤之以鼻，但哥白尼不僅深深地相信這一形而上學命題，而且為了這種和諧的數學信念，不惜從根本上改變宗教信仰中的宇宙部分。

2 地心說的合法性

托勒密的地心說自誕生之日到哥白尼的時代已經延續了約1500年之久，除了因與基督教的教義相符合而被推崇之外，最重要的是它無論在解釋天文現象上還是常識上都具有巨大的說服力。在哥白尼時代，任何一個有著良好天文學素養的人都不會輕易地舍棄這種有著悠久傳統且被奉為神圣教條的天文學理論，而去相信哥白尼的日心說。地心說的主要觀點有兩點：一是地球是宇宙的中心，已知的天體都圍繞地球公轉;二是地球是靜止不動的。這種觀點首先是與基督教相符合的，地球及人類都是由上帝創造的，因此把地球作為宇宙的中心在宗教上就體現了一種造物主對人類偏愛的優越;同時，以地球作為中心基本可以解釋當時的所有天文現象，并且根據此理論也能同哥白尼的日心說理論一樣正確地繪制天文圖。把地球視為精致不動的球體非常符合亞里士多德哲學關于自然的解釋，通過80個本輪，雖然繁瑣但還是能合理地解釋一些重要的現象，如恒星視差等。因此，在哥白尼時代，無論是出于宗教還是天文學上的原因，地心說的合法性似乎都是無可置疑的，僅僅因為該理論在運用時過于繁瑣并不能取消它的合法性。一般來說，在我們的觀念中，傾向于認為如果一種新的科學理論從根本上顛覆了舊的理論，那么新理論在解釋范圍和準確性上都應完全超越舊的理論，如果不是這樣的話，新理論又怎么能稱之為對舊理論的革命呢？但事實是哥白尼的理論在當時并沒有比地心說更加準確，甚至前者在很多問題的解釋上是劣于后者的。“科學史家傾向于認為，作為一個數學模式，哥白尼的體系解釋當時的天文資料并不比托勒密體系成功，甚至還不如托勒密體系。”[2]哥白尼理論的優點也并不像我們今天所認為的那樣在事實上是正確的，即地球是運動的，同時地球圍繞著太陽轉而不是相反的，哥白尼的理論更加簡單，在數學上也更加和諧。顯然對于那個時代的知識水平及科學方法而言，一種僅僅依靠觀念上的合理的新理論是無論如何也不能顛覆舊理論的合法性的。就像后來的愛因斯坦相對論之于牛頓力學體系一樣，在科學條件無法探查微觀世界時，在宏觀世界中牛頓的力學體系可以解釋任何宏觀問題，那么人們無論如何都不會相信愛因斯坦的相對論體系，只有當科學發展到足以驗證愛因斯坦的理論時，我們才會接受他的理論。16世紀，天文觀測仍然處于一個非常簡陋的階段，觀察經驗的不足導致一方面不能從科學事實上驗證哥白尼的理論，另一方面也不能證明地心說理論的不合理之處。眾多的證據都表明地心說的權威地位是無法撼動的，哥白尼的理論在當時不但沒有實現革命，反而被視為一種荒謬的學說，到了開普勒時代才得以扭轉。

3 日心說的局限及其真正基礎

與托勒密的地心說相比，日心說理論最主要的不同在于把宇宙中心的參考點由地球換成了太陽，而且認為靜止不動的地球一邊繞太陽公轉又繞軸自轉做運動。這種觀點在當時難以被接受，不僅是出于宗教信仰，更重要的是在科學與常識上存在困難。第一，日心說理論的事實證據并不充分，已知的所有天文現象都可以由托勒密的理論進行合理說明，在缺少更加準確的天文觀察資料的情況下，哥白尼的理論并沒有表現出高于地心說的理論準確度。日心說僅僅是對天文現象的說明進行了簡化——建立在以太陽為中心以及地球運動的基礎上，只用34個本輪便能達到和地心說理論同樣的效果。第二，在感覺經驗上，日心說理論似乎是不可理解的或者說是錯誤的。當我們站在腳下的土地上，并沒有感覺到地球有一絲的運動，而是覺得地球是非常厚實而穩定的東西。同時每天觀察到太陽東升西落，最自然的想法一定是太陽繞著腳下的星球在運動，而難以相信地球會繞著太陽運動。況且在地球上，太陽只是如圓盤大小的球體，即使考慮到兩者之間的距離，也很難使人相信一個比太陽“大”得多的物體會繞其旋轉。在哥白尼理論面對的眾多責難中，還有兩個是其沒法回答的問題。一是地球如果是運動的，那么是什么推動一個如此巨大且厚重的球體運動的呢，又是什么讓其保持持續運動的呢？這些都是哥白尼的理論體系難以回答的問題。相反，這個問題在托勒密的理論體系中有著比較合理的解釋。在地心說里，地球是靜止而又厚實穩定的東西，而圍繞地球旋轉的天體都是極其輕柔縹緲的，因而它們是運動的在常識上是不難被理解的。對于生活在地球上的人來說，我們常常能看到微風來臨，輕柔的樹葉隨風飄逸，而厚重的石頭不為所動。二是在哥白尼所處的年代，無法觀測到恒星年視差，而恒星視差是斷定地球是運動的重要證據。無論在感覺常識還是科學觀察上，相較于托勒密的地心說體系，哥白尼的日心說體系可以說是困難重重，既無法在經驗常識上使人信服，也無法在科學事實上找到堅實的實證基礎。

既然在常識與科學上日心說相較于地心說都沒有什么優勢可言，而且前者還存在與宗教相沖突的風險，那么為什么哥白尼仍然如此堅持他的理論呢？一定存在一個他無法拒絕的理由讓其認為只有把太陽作為宇宙的中心及讓地球保持運動才是正確的，作為一個科學家，那個理由甚至可以讓其忽略物理事實而滿足一種超驗的數學信念。這個對于哥白尼的日心說理論如此重要的數學信念就是追求一種數學上的簡單與和諧。“哥白尼認為他的天文學體系比托勒密體系有兩方面的數學審美優勢：一是用較為簡潔的方式定性地解釋了行星的主要不規則運動，擯棄了托勒密的均速等心點;二是為地球和所有行星天球首次確立了軌道次序。”[3]哥白尼不僅是那個時代杰出的天文學家，也是一位優秀的數學家，同時上文提到哥白尼深受柏拉圖及畢達哥拉斯數學思想的影響，當時的天文學等同于幾何學，換言之天文學是數學的分支，如果想要以一種方式去描述天文現象，對于一個偏愛數學傳統的天文學家來說，幾何學是再合適不過的工具。托勒密使用80個本輪建立起來的宇宙體系雖然可以解釋已知的任何現象，但卻過于繁瑣，并且顯得不是十分和諧。如果可以用更少的本輪建立具有同樣解釋力的體系，那么把參照中心從地球轉向太陽也并不是不可能的事情。由此甚至可以猜測，與其說哥白尼是在物理的意義上研究宇宙，倒不如說是在幾何學上研究宇宙，其最終目的是讓宇宙體系符合數學體系，從而實現其簡單、和諧的理想，而后來的科學家證明地球是運動的以及地球繞著太陽轉在事實上的正確性是哥白尼本人都不曾想到的。

4 結語

一般來說，哥白尼革命作為科學史上一件意義極其重大的事件，人們會認為哥白尼日心說對于地心說的革命性顛覆必定出自嚴謹的科學事實，因為當我們看到某個科學理論被事實驗證以后，會自然地認為此理論必定有充足的經驗基礎，而決然不可能是源于某些超驗的形而上學因素。也正是由于這種對于感覺經驗的信任，托勒密的天文學體系才得以興盛近1500年之久，而中間很少有人對此提出異議。但是通過對哥白尼的研究背景、哲學傾向進行梳理，我們發現事實可能并不像大家所想的那樣。哥白尼的理論體系不僅建立在當時的天文現象的基礎之上，而且從根本上建立在一種形而上學的基礎之上，即建立在追求數學上的簡單和諧之上。這種形而上學的信念使哥白尼不惜冒著觸怒宗教的風險顛覆托勒密的理論體系，雖然事實對于其理論的建立并非決定性因素，但其理論卻在很大程度上符合事實。在天文觀測極不發達的16世紀，哥白尼可以憑借其數學信念很大程度上正確地描述真實的宇宙圖像，是一件非常難得而又了不起的事情。這也足以說明關注超驗對象的形而上學對于以自然為對象的科學的重要作用，形而上學也并非如邏輯實證主義者所認為的那樣對于科學是毫無意義的。在古希臘時期，科學是孕育在哲學母體之中的，許多偉大的哲學家也都是科學家，到了近代，科學的正式名稱仍然是自然哲學。雖然科學逐漸從哲學之中分離出來，甚至大有拒斥哲學之勢，但依然不能抹殺哲學對科學的作用，在新的時代，應該找到一條兩者融合的道路，而非一條漸行漸遠的道路。

參考文獻：

[1] 愛德文·阿瑟·伯特.近代物理科學的形而上學基礎[M].徐向東，譯.北京：北京大學出版社，2003：26.

[2] 陳嘉映.從希臘天學到哥白尼革命（下篇）[J].云南大學學報（社會科學版），2007（02）：3-14，94.

[3] 王海琴.“哥白尼革命”的另一種解讀——從數學哲學的角度看[J].自然辯證法研究，2005（09）：18-22.

作者簡介：郭振宇（1995—），男，河南周口人，碩士在讀，研究方向：科學技術哲學。