望遠鏡發(fā)明前的天文學

2016年9月25日，世界最大的天文望遠鏡——500米口徑球面射電望遠鏡（英文簡稱FAST）在貴州省平塘縣克度鎮(zhèn)大窩凼村正式落成啟用。這只“天眼”是具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)、世界最大單口徑、最靈敏的射電望遠鏡，將主要用于實現(xiàn)巡視宇宙中的中性氫、觀測脈沖星等科學目標和空間飛行器測量與通信等應(yīng)用目標。

望遠鏡的發(fā)明為我們掀開了洞察宇宙大舞臺的幕布。但望遠鏡出現(xiàn)之前，祖先們憑借著肉眼和豐富的想象力進行的思索，總讓我們心生敬畏。

發(fā)源于古希臘

如果說今天的科學乃至天文學，區(qū)別于其他文化，這些差別就發(fā)源于古希臘。天文學提供給我們的不僅是數(shù)據(jù)、方法、技術(shù)，更是一種思維路徑，一種講人與世界相互連接的總習慣。這個地中海邊的古老民族，最偉大之處在于，他們異想天開地發(fā)明了一個概念，這個概念在其后的幾千年的人類歷史上，從未在別的民族的文化中出現(xiàn)過。這個概念就是“自然”。

中國古代也提出了自然的概念，道家說“人法地，地法天，天法道，道法自然”，但這里的自然指的是包括動物、植物、大氣、水、土地在內(nèi)的一個生態(tài)系統(tǒng)，俗稱大自然。而古希臘人提出的自然概念，其深層次的內(nèi)涵，指的是抽象的事物本質(zhì)。古希臘人認為事物內(nèi)部隱含著的內(nèi)在的本質(zhì)原因才是自然，抽象的、脫離事物本來面容的特質(zhì)才是自然。通俗地說，古希臘人心中的自然就是本質(zhì)，古希臘語言中這個詞與后來的“物理學”是一回事。

后來，古希臘人談?wù)摰闹R內(nèi)容逐漸地固定下來，系統(tǒng)化地發(fā)展成七門基本學科：文法、修辭、邏輯、算術(shù)、幾何、天文、音樂。

古希臘先后誕生了多個著名的學派。畢達哥拉斯學派，最早認識到地球是圓的。柏拉圖學派，提倡討論要從實際問題出發(fā)，堅持用數(shù)理邏輯指導精神世界。柏拉圖學派集大成地提出了天文學的統(tǒng)一觀念：我們生活在地球上，地球之外，籠罩著一個天球，地球位于中心。更多的細節(jié)和修飾都圍繞著地球和天球展開，這就是著名的“兩球模型”。

沒過多久，細心的人們發(fā)現(xiàn)了這個體系的害群之馬。第一，有幾顆行星總不按照規(guī)律運動，時不時地會停著不動甚至逆行幾天。第二，四季的分布并不均勻。要解釋這些問題，無非兩種選擇。要么，放棄天界完美的信仰，接受上述的不完美；要么，堅持天界完美永恒不變，但必須給出充分的解釋。古希臘人選擇了后者，這項工作并不容易，從古希臘人開始，延綿一千多年的這項天文學史上最重大的工作，史稱“拯救現(xiàn)象”。

古希臘晚期的天文學集大成者托勒密，在拯救現(xiàn)象的工作上成果顯著。托勒密將自己的工作加上他對前人工作的總結(jié)，寫成了巨著《天文學大成》。他的成就千年來都沒人能突破。托勒密創(chuàng)造性提出“本輪+均輪”的辦法解決了拯救現(xiàn)象的大課題?；鹦遣⒉皇侵苯訃@地球轉(zhuǎn)的?；鹦菄@一個中心轉(zhuǎn)，這個中心再圍繞著地球轉(zhuǎn)?；鹦亲约簢@中心旋轉(zhuǎn)的小球就是本輪，整個本輪帶著火星一起圍繞地球運動的天球就是均輪。其他行星類似，通過增加本輪，可以獲得與實際觀測完全一致的水晶球模型。這一切都依賴托勒密高深的數(shù)學技巧和驚人的想象力。一整套宇宙體系就此誕生，而且經(jīng)得起觀測的檢驗。

古希臘天文學，與其他學科一道，成為今天科學的奠基石。它們或許有著不成熟的思維模式，卻造就了今日科學的內(nèi)在性格。將科學視作對本質(zhì)規(guī)律的探尋，視作個人之外的存在，視作高尚的情懷。

阿拉伯的翻譯家

可惜的是，古希臘滅亡后，其燦爛文化沒有得到應(yīng)有的保護和繼承。繼承了那片土地的羅馬人對這些形而上的內(nèi)容興趣不大，在基督教興起的初期，殘存的古希臘文明的火種更是遭受了沉重打擊，古希臘的知識和精神在歐洲漸漸消亡。這片土地的繼承者，沒有成為它文明的繼承者。

真正的繼承者，恰恰是和后世的歐洲敵對著的阿拉伯民族。阿拉伯民族對天文學知識的興趣遠遠超過了中世紀早期的歐洲。阿拉伯在統(tǒng)治者哈里發(fā)的授意和資助下，建立起了可以跟古希臘的亞歷山大圖書館媲美的智慧宮。智慧宮早期位于敘利亞，后來移師巴格達，成為阿拉伯世界的知識中心，在很長一段時間里，也是世界的知識中心。智慧宮下設(shè)翻譯局、科學院、圖書館，科學院下設(shè)天文臺。

哈里發(fā)馬蒙曾經(jīng)發(fā)布圣諭鼓勵人們將其他地方的書籍帶回阿拉伯來，凡是哈里發(fā)過去不曾有過的書，都可以換取同等重量的黃金作為獎勵。簡單的舉措，包容的學術(shù)空氣，讓阿拉伯帝國很快就成了世界文明的中心，巴格達聚集了各種古籍、學者、財富，大量的古希臘珍本保管于智慧宮，大量古希臘的智慧被翻譯成阿拉伯語流傳下來。

位于今天烏茲別克斯坦的撒馬爾罕天文臺建成了40米的六分儀，成為世界之最。比魯尼對月球運動的研究，伊本·沙提爾對水星軌道的推論，都使阿拉伯成為當時天文學的研究中心，不停地發(fā)布著最佳的成果。其中圖西發(fā)現(xiàn)的多個圓運動的疊加可以成為直線運動，極大地刺激了后世的“拯救現(xiàn)象”課題的推進。

阿拉伯人出于信仰的需要，專門研制了方便旅行者攜帶和使用的速查星表，可以讓外出的人很容易地知道自己所處的位置和需要朝拜的方向、時間。對代數(shù)學、平面三角學、球面幾何學的掌握，對定時和定位技術(shù)的精益求精，發(fā)展了這一時期的天文學，這些對細節(jié)的追求和不厭其煩地實驗的精神，成為后來的實驗天體物理學的古代奠基。

歐洲的曙光

阿拉伯世界與中世紀的歐洲，有兩處陸地上的銜接。東邊是持續(xù)圍困后終于在1453年易主的拜占庭。西邊是對西班牙的拉鋸一樣的爭奪。大部分珍貴的古希臘文獻，通過拜占庭進入阿拉伯腹地，一直傳達到伊比利亞半島，越來越多的西班牙人注意到阿拉伯人攜帶的書本中的智慧。

西班牙中部的古城托萊多光復之后，西班牙人迅速組織了對一大批阿拉伯語文獻的翻譯工作，這一次，是從阿拉伯語翻譯為拉丁語，其中包括著名的《阿方索星表》。托萊多翻譯學院就設(shè)在托萊多大教堂里。

得到了來自阿拉伯的新近翻譯為拉丁語的學術(shù)著作，歐洲人很興奮。其中有大量亞里士多德和柏拉圖等人的古希臘學說，也有阿拉伯學者的獨創(chuàng)性研究。阿拉伯人早早地就引進了印度人和中國人發(fā)明的數(shù)字表達法，命名為阿拉伯數(shù)字。而這個時候的歐洲還在使用羅馬數(shù)字來計數(shù)和運算。羅馬數(shù)字用于復雜的科學計算是災(zāi)難性的，其復雜程度會讓熟練的學者望而生畏，而且極容易出錯。暫時沒有引入阿拉伯數(shù)字的歐洲，對著新翻譯來的著作，猶如童子見真經(jīng)，似乎認識，又似乎不認識，似乎看得懂，又似乎看不懂。

不懂要怎么辦呢？面對浩瀚的新世界，充滿智慧的大案牘，歐洲的新一代年輕人選擇了怎樣的方式來面對未來呢？

他們以自己所在的城市為基礎(chǔ)，組織起了集體學習和討論的俱樂部。他們找來新近流行的書籍，通常是大家感興趣的主題，再聘請懂得阿拉伯語的師傅來協(xié)助，在各地都開展了大大小小的學習俱樂部。這些由年輕人集結(jié)起來的學習小組，就是現(xiàn)代大學的雛形。托勒密的《天文學大成》是這些小組廣泛選擇研習的書目。

12世紀中葉到13世紀初的短短幾十年間，歐洲各地相繼創(chuàng)建了多所大學。1150年的博洛尼亞專攻《查士丁尼法典》，1160年成立的巴黎大學擅長亞里士多德哲學，1200年前后的牛津和劍橋各自發(fā)展自己的學問，1222年成立的帕多瓦大學在幾百年后繼續(xù)扮演科學史上的重要角色……創(chuàng)立之初的學習小組和大學，成為歐洲大地上燎原的星星之火。它們分散、渺小，卻赤誠、勇敢，慢慢點燃了周圍的世界，最終照亮了人類的未來。

就這樣，經(jīng)過阿拉伯的轉(zhuǎn)手，歐洲文明間接地接續(xù)上了自己的遙遠祖先——古希臘。遺忘了亞里士多德的歐洲人，找回了自己的遠古智慧。這給歐洲帶來了新的空氣和自信。

新天文學大幕拉開

“拯救現(xiàn)象”的宏大課題，從阿拉伯手中再次交到歐洲。這一次接過重任披掛上陣的，是和其他年輕人一樣在大學里研習科學與神學的哥白尼。

哥白尼的著作在國內(nèi)有多種版本，《天體運行論》是它們共同的名字。很可惜的是，這個名字以訛傳訛地一直錯著。2014年商務(wù)印書館出版了張卜天翻譯的最新版本，終于將書名糾正過來，《天球運行論》才是哥白尼原著的真名。從“天體”到“天球”，一字之差，這么嚴重嗎？是的，非常嚴重。這個錯誤導致了我們長期以來沒能客觀理性地認識哥白尼其人和他的天文學貢獻，導致我們一直在神化哥白尼和他的著作。

古希臘人提出了水晶天球的概念，后世沒有打破。在哥白尼的年代，沒有人能理解太陽和月亮是怎么憑空懸浮在空中的。所有的星球，都需要一個水晶的天球支撐。天文學家研究的是水晶天球的運動，而不是獨立的天體，天體只能鑲嵌在水晶天球上被動跟隨天球的運轉(zhuǎn)。簡而言之，哥白尼和他同時代的天文學家，根本沒有人知道“天體”是什么東西。

哥白尼中年之后開始寫作的《天球運行論》，吸取了大量來自阿拉伯的智慧。哥白尼站在古希臘文明的基石上，沉醉于水晶天球的和諧美。而托勒密為了讓理論符合觀測數(shù)據(jù)，硬生生地使用了對點的設(shè)計，并且讓多層天球相互嵌套，每顆行星要用多個本輪和均輪協(xié)調(diào)描述。為了簡化，哥白尼大膽地嘗試將太陽放置在世界的中心位置上，其他行星依次排列在太陽周圍，組成一圈又一圈完美的同心圓，每一層天球都進行以太陽為中心的圓周運動。

但他的新方案卻沒能完美地滿足實際的天文觀測現(xiàn)象。為了拯救自己的方案，或是放棄自己的方案，哥白尼做了一個妥協(xié)。他愿意繼續(xù)嘗試太陽位于宇宙中央的情形，甘愿在其他行星的運動上增加本輪和均輪。哥白尼本人沒有進行過天文觀測，他以《阿方索星表》為參照，一個一個本輪、均輪增加上去，最終出版的《天球運行論》一共采用了48個本輪，這個數(shù)字甚至超過了托勒密的版本（40個左右）。出于這個尷尬的結(jié)果，再加上哥白尼本人性格上過于保守，所以他本人始終不愿意把書稿公開發(fā)表。

在《天球運行論》出版流傳的過程中，此書的責任編輯奧西安德爾神父不得不提。第一個仔細審閱《天球運行論》全文每一個字和每一張圖表的專家，就是奧西安德爾。他發(fā)現(xiàn)，這樣的思想雖然算不上有多么可怕，但畢竟與傳統(tǒng)相反，很可能被別有用心的人利用。于是，他擅自撰寫了一篇序言，放到全書的最前面，并且沒有署上自己的名字。讀者自然地認為這是出自全書作者哥白尼之口的教導。

序言的大意是說：天文學的目的是觀察現(xiàn)象，然后用數(shù)學技巧給出假設(shè)，而這本書的理論本身只是一個數(shù)學上的假設(shè)，并不是宇宙的真實。然后，之后發(fā)掘了真相的開普勒卻不能忍受這樣的膽大妄為，他在自己的新書《新天文學》里激烈批評奧西安德爾的大膽行徑。偽序言的事情敗露后，越來越多的人知道了《天球運行論》，知道了奧西安德爾的行為。從此，奧西安德爾似乎被視為阻礙天文學發(fā)展和進步的反面案例。從此，開普勒成了正義的代言人，哥白尼以一個被欺負了和玷污了的作者的形象存在于世。

今天，這段往事值得我們反思。如果沒有奧西安德爾的那篇大膽的序言，《天球運行論》不可能輕易問世，或者可能一出生就遭到反對和查禁，開普勒都沒有機會能讀到。如果不是開普勒的吐槽和挖掘“真相”，《天球運行論》也許可以繼續(xù)地、靜靜地在世界上流傳，影響更多人的視野。

其實，奧西安德爾、雷蒂庫斯、開普勒都是最具智慧的精英。大學里那些鉆研數(shù)學和天文學的教授們很快就能弄懂事實。他們心知肚明，假設(shè)也罷，真理也罷，他們相信它可以更好地運用，他們追求它所提倡的簡潔的自然之美……那么，是誰在保護哥白尼，又是誰在制造障礙呢？也許，對歷史，對人的解讀，不是那么簡單的線性的事。