【百道编按】近日，广西师范大学出版社出版了《哥白尼问题》，作者为韦斯特曼。本书详尽阐述了14—16世纪，以哥白尼、伽利略、开普勒为代表的近代天文学家如何从旧式的古希腊天文学、占星学转向“日心说”为代表的近代天文学，如何在“文艺复兴”这一变革时期的复杂背景下，发动具有颠覆性意义的科学革命。作者韦斯特曼用时二十三年，深入发掘史料，取材谨严，持论精确，其著作无疑是当今历史学界对欧洲文艺复兴时期科学史研究的重要作品。本文为《哥白尼问题》的导读，作者为梁鑫磊。
《哥白尼问题》
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出版社：广西师范大学出版社
作者：罗伯特·S.韦斯特曼
出版时间：2020年07月
《哥白尼问题》一书详尽阐述了14—16世纪，以哥白尼、伽利略、开普勒为代表的近代天文学家如何从旧式的古希腊天文学、占星学转向“日心说”为代表的近代天文学，如何在“文艺复兴”这一变革时期的复杂背景下，发动具有颠覆性意义的科学革命。作者韦斯特曼用时二十三年，深入发掘史料，取材谨严，持论精确，其著作无疑是当今历史学界对欧洲文艺复兴时期科学史研究的重要作品。
哥白尼、伽利略、开普勒等伟大科学家，可谓家喻户晓。但当谈起这场轰轰烈烈的科学革命的时代背景、人物关系等具体细节时，人们往往就知之甚少了。所以在阅读此类科学史著作时，会造成一定障碍，可能需要简要的背景知识介绍，本文谈及三个方面，希望能帮助读者更好地进入《哥白尼问题》的世界。
一、《天球运行论》的出版与哥白尼的身份
1.“天球”还是“天体”？
在国内，哥白尼的名著De revolutionibus orbium coelestium通常被译作《天体运行论》，而在2014年出版的《天球运行论》中，译者张卜天先生将书名改译作《天球运行论》，纠正了一个持续了几十年的翻译错误。在《天球运行论》中译本序言中，吴国盛教授专门撰文说明《天球运行论》书名的翻译问题，“这个书名在今天的中国学界普遍被译成《天体运行论》，但这个译名是不准确的。问题出在对‘orbium’一词的理解上。对哥白尼来说，这个词并不是指我们今天很容易接受的‘天体’，而是古代天文学家假想的带动天体运行的那个透明的‘天球’。今天我们不承认有‘天球’的存在，便想当然地把这个词译成了‘天体’”。吴先生对天球做了进一步解释：“天球是希腊人特有的审美直觉的产物，也正是这种同一审美直觉让他们最早领悟到大地是一个球形，毕达哥拉斯学派最早把宇宙看成一个球形。”
这种审美一直从柏拉图、亚里士多德、托勒密延续下来，哥白尼也认可了这种理念，并在自己的著作中贯彻支持着“天球”这个概念。
2.《天球运行论》的出版
1543年，《天球运行论》在哥白尼弥留之际才正式出版，哥白尼的这种选择，原因是出于多方面的，但很容易联想到的一个方面就是宗教问题，关于哥白尼如何寻求宗教庇护，避免此书与宗教的本质矛盾，可以通过《天球运行论》前的几篇序言来具体考察。
《天球运行论》最前端为纽伦堡的出版商人彼得雷乌斯所写的小广告。他向读者推荐了这本书：“从这部刚刚创作和出版的著作中，您会了解到恒星和行星的运动。这些运动是根据古代以及新近的观测重新确立的，并且用新颖而奇妙的假说加以润色。”彼得雷乌斯与哥白尼的学生雷蒂库斯同样曾在维滕堡学习，并在一定程度上接受了“日静说”。
有意思的是，《天球运行论》的第一篇文章是安德烈亚斯·奥西安德尔未经哥白尼和雷蒂库斯同意以《致读者信》的方式所写的一篇序言。这位纽伦堡新教改革运动的重要领导人物，此举本身目的似乎是为哥白尼背书，争取同情，但他却在《序言》中写道：“既然是假说，也不要指望能从天文学中得到任何确定的东西，因为天文学提供给不了这样的东西。”奥西安德尔自作主张，显然打乱了哥白尼对这本书的精心编排，并惹恼了雷蒂库斯。
按照哥白尼原本的编排顺序，第一篇应为1536年11月红衣主教舍恩贝格写给他的信，将其放在原序之前，以寻求庇护。“哥白尼把舍恩贝格的这封信直接放在《天球运行论》扉页之后，在自己写给保罗三世的前言之前。这样的安排，等于让多明我会红衣主教尼古拉斯·舍恩贝格首先为他的新‘宇宙论’代言：‘你在书中讲，地球是运动的。太阳占据着宇宙中最低的、也是中心的位置。’也就是说，哥白尼如此讲究方式方法，目的就是为了借这封对自己有利的信件，赢得教皇的保护。”《哥白尼问题》中这样写道。
舍恩贝格于1537年去世，未能看到此书的正式出版。哥白尼决定把书献给新的教皇保罗三世（1534—1549在任），并将“致教皇保罗三世陛下”的信作为《天球运行论》的序放在舍恩贝格写给他的信之后。“新教皇和哥白尼一样，也受过严格的人文主义教育，他曾就读于比萨大学，本人是一位诗人，通晓希腊文，因为博学而受人敬重。”（《哥白尼问题》）哥白尼这样精心安排，无非是为自己寻求更为稳妥的宗教庇护。
3.“天文学是写给天文学家的”
虽然哥白尼极力寻求宗教庇护，但还是很容易让人联想到这本看似有悖教理的作品是否会冒犯教廷而被查禁。但出乎意料的是，《天球运行论》在出版后，却得到了教廷的宽容，在当时并没有引起太大的风波。原因自然是复杂的，如文艺复兴的历史背景、教皇保罗三世的人文主义倾向等，但本质原因，似乎是当时人们对“天文学”的理解及“天文学家”的身份认定与现在完全不同。
《天球运行论》原书用拉丁文写就，爱德华·罗森在权威英译本中将原序中哥白尼的一句名言译作“天文学是为天文学家而写的”。新版《天球运行论》中译本也沿用了此翻译。而在《哥白尼问题》中，作者认为这是罗森的错译，原文意思应该是“数学是写给数学家的”。从某种意义上来说，数学比天文学意义更广，研究内容涉及数学领域的都可以称之为数学家。无论翻译成“天文学家”抑或是“数学家”，可以确认的是，当时的对天文学的学科界定更倾向于一种数学模型，而非实践科学。
彼得雷乌斯的广告中也提醒读者这本书是一本几何学著作：“未经几何学训练者请勿入内。”
奥西安德尔的序言中，为哥白尼辩护的辩护词也说明了当时人们对天文学家这个职业的理解：“天文学家的职责就是通过细致和专业的研究来编写天界运动的历史，然后再构想和设计出这些运动的原因或关于他们的假说。”“只要能使过去和将来的运动通过几何学原理正确地计算出来，他就会采用。”“这些假说无须为真，甚至并不一定可能为真，只要他们能够提供一套与观测相符的计算方法，那就足够了。”
《哥白尼问题》中作者还考察了同时代人对哥白尼身份的认定：“除了关注作者们在扉页上如何称呼自己，关注他们如何称呼同类人也有助于我们的研究。不过，当时的这种同行界定的行为是毫无标准可言的。这里有一个范例，可以很好地帮助我们理解这个问题。佛罗伦萨人弗朗西斯科·朱恩蒂尼（Francesco Giuntini，1523—1590）在一部两卷本的占星学鸿篇巨著的末尾，附录了一份‘学人名录’：‘托伦的尼古拉·哥白尼，教士，生于1472年2月19日下午4时48分。’” 朱恩蒂没有称哥白尼为天文学家或数学家，反而称其为教士。
二、关于哥白尼“日静说”体系的说明
1.“亚里士多德—托勒密”体系
众所周知，亚里士多德认为一切地界物体都由土、水、气、火“四种元素”构成。亚里士多德注意到地球上物体的轻重问题：“他（亚里士多德）把这种轻重属性归之于物体不同元素的比例——土是‘自然地’重，火是‘自然地’轻，水和气介于这两种极端元素之间。地界物体的‘自然’（或无阻碍的）运动是竖直向上或向下的运动。而左右运动是‘受迫’运动，与物体的本性相违背。亚里士多德认为，天体是由第五种元素构成的：以太。由以太构成的物体的自然运动是圆周运动。”（科恩《新物理学的诞生》）
亚氏在《论天》中继续阐释道，倘若地球在绕轴自转，那么它的每一部分都必须做圆周运动，但地球物体的自然运动是朝向中心的直线运动，倘若地球正在移动，那么物体绝不可能恰好落在抛出地。
托勒密不同于亚里士多德的同心圆体系，而选用了一种极其复杂的偏心圆体系，在解释行星运动时引入了“本轮-均轮”概念。可以设想，天球绕着圆心做圆周运动时的轨道被称为均轮，而行星围绕着均轮上的点做圆周运动，这个运行轨道被称为本轮。这是一种极其复杂的组合运动，行星通过本轮、均轮运动，可变的距离圆心忽远忽近，托勒密借此来解释行星逆行等观测现象。
现代人普遍会认为亚里士多德—托勒密体系违背常识，甚至有些荒谬，无法理解。但其实仔细想来，亚里士多德体系是更接近人们的日常经验感受的，如，经验直觉确实感觉不到地球的运动等。反而新物理学，是有悖于我们日常经验的，是更难被接受的。而我们现在为什么会觉得古希腊科学家的理论如此的难以理解？这就是托马斯·库恩所说的范式更替，一个新的范式取代了旧的范式。库恩将哥白尼视作科学革命的起点。
2.哥白尼体系
哥白尼在许多方面是一个保守的人，并非被后世所塑造成的革命者。吴国盛教授写道：“从某种意义上讲，哥白尼还是一个极端的托勒密主义者，比托勒密还托勒密。”（《天球运行论》中译本序言）科恩在《新物理学的诞生》中也强调：“哥白尼所提出的体系与托勒密体系有许多相似之处，哥白尼非常钦佩托勒密，因此，他的著作在内容组织、章节编排和主题次序上都效仿了《至大论》。”
哥白尼在著作中，继续保留了天球、天旋、匀速、地球等古希腊宇宙模型的基本要素。同样采用了本轮—均轮模型，但革命性地重新排列了行星的次序，将地球视为运动的行星，与其他行星一样轨道中心做圆周运动，值得注意的是，“在哥白尼体系中，太阳系以及宇宙的中心并不是太阳，而是一个‘平太阳’，或者地球轨道的中心。因此，哥白尼体系更宜成为日静体系而非日心体系”（引自科恩《新物理学的诞生》）。
关于哥白尼体系是否大量地简化了托勒密体系，见仁见智，哥白尼将托勒密体系所需的八十多个本轮减少为三十四个本轮便可以解释大部分的天文学现象。但其同样采用匀速圆周运动和本轮、均轮的组合，让整个几何模型看上去依然十分复杂。
哥白尼体系相较托勒密体系优势显而易见：首先哥白尼体系比较容易解释行星的逆行，其次哥白尼体系可以很精确地定出行星距离，并能精确地计算出各个恒星围绕太阳运转一周所需的时间。其问题也同样明显，首先观察不到恒星的周年视差，其次是哥白尼依然无法很好地解释运动地球上的物体运动。
哥白尼在没有推翻亚里士多德物理学体系的情况下很难对太阳系自身的本性给予明确解释，因为亚里士多德认为地球和行星由不同物质所构成，服从不同的物理法则，因此行为方式是不同的。
三、哥白尼的动机和“日静说”的形而上学基础
1. 哥白尼的动机问题
哥白尼提出“日静说”后并没有被大多数同时代的天文学家和智者接受，原因十分容易理解，伯特在《近代物理科学的形而上学基础》中总结道：首先，任何已知的天象都可以通过托勒密的方法来解释，其精确度足以满足不使用更现代仪器的人的期待。他的误差不超过哥白尼主义者的预言误差。其次，感觉证据似乎是非常明白的。第三，基于感官的这种据信不可动摇的证据，一种关于宇宙的自然哲学已经建立起来，它为人的思考提供了一种相当完整和令人满意的背景。第四，在当时的天文学观测和力学科学的情况下，对这种新理论的某些特定反驳尚无法得到令人满意的回答。
这四点同时也构成了人们对哥白尼提出“日静说”动机的思考。为何在没有发明新的观测仪器，没有更准确观测的情况下，哥白尼颠覆性的重新排列了天体的次序？
哥白尼自己在《天球运行论》原序中阐述了他的动机：“当我对天文学传统中涉及天球运动推导的这种混乱思索了很长时间之后，我开始对哲学家们不能更确定地理解这个由最美好、最后系统的造物主为我们创造的世界机器的运动而感到气恼，而在别的方面，对于同这个世界相比极为渺小的琐事，他们却考察得极为仔细。”哥白尼承认，他是受到了西塞罗、希克塔斯、普鲁塔克等人著作的启发，开始思考地球是否可能运动。他在寻求一种更简单、更和谐的数学秩序。
2.“日静说”的形而上学基础
首先哥白尼在构建行星运行体系的时候，并没有采用亚里士多德经典的“必然三段论”逻辑：“亚里士多德的科学论证方法设立了一个似乎不可逾越的高度：它是一种必然三段论（Apodictic Syllogism）逻辑，即从一个真实的、必要的、无可置疑的大前提出发，推断出一个真实的结论。但是哥白尼中心论点的论证并没有遵循这种严格的逻辑形式，他和托勒密一样，偏好用假言三段论（Conditional Syllogism）作为推理模式，即将地球运动当作一种假想前提，而不是真实的、不容置疑的前提。也就是说，它是一种假设，真实性不确定，但从这里出发可以推断出真实的结论。”（《哥白尼问题》）
其次，埃德温·阿瑟·伯特在其著作《近代物理科学的形而上学基础》一书中认为哥白尼遵循了自古代至中世纪以来的“简单性原则”，即物理现象似乎都受到简单性原则支配，如“自然总是通过最短的路径行动”“自然不做多余之事”等。前文已说到，哥白尼体系虽依旧复杂，但从某种程度上简化了托勒密体系。
再次，哥白尼作为托勒密的信徒，很容易也使人联想到，他也同样延续了希腊人的“拯救现象”的逻辑思路。“托勒密勇敢地宣称，无论可能推翻谁的形而上学，用能够‘拯救现象’的最简单的几何方案来解释天文学事实都是正当的。”（《近代物理科学的形而上学基础》），也就是说，自托勒密以来，天文学的基本思路是上天是否“真的”存在本轮和均轮模型并不重要，托勒密也从未做过说明，他所描述的体系更有可能是宇宙的一个“模型”，而并不必然是“真实”的图景。“希腊人的理想就是构造一个模型，使天文学家能够预言所观察到的现象，或者用希腊人的话说是‘拯救现象’。”（《新物理学的诞生》）
最后说回哥白尼的动机问题，除了上述形而上学理论为哥白尼学术提供了基础之外，韦斯特曼在《哥白尼问题》中也考察了哥白尼提出新秩序的现实原因，即为了回应文艺复兴时期的哲学家乔瓦尼·皮科·德拉·米兰多拉（Giovanni Pico della Mirandola，1463—1494）对占星学的质疑。这位著名的反占星人文主义者，在1496 年，对所有的占星学发起了一场空前的、声势浩大的攻击。“我的观点是，哥白尼自此以后考虑的一个主要问题，就是要回应皮科对行星秩序的质疑和否定，只不过这一点几乎不被人所觉察。”（《哥白尼问题》）或者换一个角度说，哥白尼的某些关于新天体秩序的思考是来自皮科对占星学的质疑。
当然《哥白尼问题》并非只记录了哥白尼的人生轨迹，其内容更是涉及与哥白尼同时代或此后的天文学家，如第谷、布鲁诺、伽利略、开普勒等。他们都处在文艺复兴这个伟大的变革时期，人文主义的兴起让这一代学者的思想获得了空前的解放，但他们与宗教之间极其复杂的内部张力，使得他们的学术理论既超前，又保守。他们彼此联系，又彼此疏远，这漫长的颠覆，让他们共同构建了一个新的科学范式，完成了被托马斯·库恩称之为“科学革命”的伟大历史进程。他们解答了自古希腊以来的诸多天文学困惑，又留下了许多新的问题，这些问题指引着牛顿等后来的现代物理学家迈向更高的科学平台。
（本文编辑：杨婧；编助：林千惠）
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