1.1 托勒玫的谢幕与哥白尼的登场

在中国古代，人们认为天地相接且地是平的，而人们的观察范围有限，只看到日月星辰东升西落，所以认为天是圆的，这就是我国古代的天圆地方学说。在古希腊，在数据分析还未取代哲学思辨之前，毕达哥拉斯学派认为圆形与球形是最完美的几何体，地球、天体、宇宙都是球形，一切天体做均匀的圆周运动。公元前4世纪，希腊著名哲学家亚里士多德认为如果地球是平坦的圆盘，那么月食时地球在月亮上的影子会被拉长为椭圆，但影子总是圆的，因此他判断地球确实应该是球形 ^[1] 。亚里士多德还总结了当时的哲学和科学成就，尤其是米利都学派和古希腊学者欧多克斯的观点，建立了地心说。到了公元前3世纪，另一位希腊哲学家阿里斯塔克又提出了日心说，认为太阳和恒星都是不动的，人们看到它们在动是地球自转的结果。从那时起，古希腊就有了日心说和地心说之争。

古人对自然规律的认识较为肤浅，他们每天都看到太阳、月亮和星星从东方升起西方落下，地心说显然比日心说更直观、更简单，因而更容易接受地心说。公元2世纪，学者托勒玫改进了地心说，使之更加符合当时人们的认知。

托勒玫认为地球是宇宙的中心且静止不动，日、月、行星和恒星均围绕地球运动，而恒星远离地球，位于太空这个巨型球体之外。然而，经过仔细的数据观测，科学家们发现行星运行规律与托勒玫的宇宙模型不吻合。一些天文学家修正了托勒玫的宇宙轨道学说，在原有的轨道上增加了更多的天体运行轨道。这一模型中每颗行星都沿着一个小轨道做圆周运动，而小轨道又沿着该行星的大轨道绕地球做圆周运动。几百年之后，这一模型的漏洞越来越明显。天文学家们又在这个模型上增加了许多轨道，行星就这样沿着一道又一道的轨道做圆周运动。这就是所谓的“本轮—均轮”结构。

这种情况一直持续到公元1500年前后，波兰天文学家哥白尼提出了近代的“日心说”。公元1500年左右的欧洲，文艺复兴运动伴随着地理大发现，极大地解放了人们的思想。展现在人们面前的，一方面是古希腊和古罗马哲学与艺术的辉煌，另一方面是新大陆的发现和环球航行的成功。哥白尼那个时代的波兰是欧洲强国，势力覆盖现在的德国、立陶宛、俄罗斯和乌克兰。年轻的哥白尼先在波兰的克拉科夫大学求学，这所大学是当时欧洲有名的学术中心。然后，他来到意大利，度过了10年留学生涯。那时波兰和意大利的大学深受文艺复兴运动的影响，革新派和保守派在街上的辩论常常升级为格斗。此外，意大利的民族解放运动风起云涌，动荡的社会生活和学校生活强烈影响着哥白尼，解放了他的思想。

1503年，哥白尼获得法学博士学位后，他的舅舅给他提供了一个弗伦堡（在波兰波罗的海边上）的神父位置。1506年哥白尼回到波兰，和舅舅一起工作。他利用工作之余研究天文学，在弗伦堡30年间，他建了一个小天文台，后来被称为“哥白尼塔”。

哥白尼想用当时最先进的技术来改进托勒玫的数据测量结果，他不辞辛劳地日夜测量行星的位置，但其数据测量获得的结果仍然与托勒玫的天体运行模型没有多少差别。如果在另一个运行着的行星上观察这些行星，它们的运行情况会是什么样的？基于这种想法，哥白尼在不同的时间、不同的距离从地球上观察了行星。每一个行星的情况都不相同，这使得他意识到地球不可能位于星辰轨道的中心。经过20年的数据观测，哥白尼发现唯独太图 1-5 哥白尼 阳的周年变化不明显。这意味着地球和太阳的距离始终没有改变。如果地球不是宇宙的中心，那么宇宙的中心就是太阳（这一观点后来又被布鲁诺击破，太阳不是宇宙的中心而是太阳系的中心）。他立刻想到如果把太阳放在宇宙的中心位置，那么地球就该绕着太阳运行。这样他就可以取消所有的小圆轨道模式，直接让所有的已知行星围绕太阳做圆周运动。然而，人们是否能接受他提出的这一革命性的宇宙模型呢？权力极大的天主教会是否相信太阳是宇宙中心这一说法呢？哥白尼心中满是疑问。

《天体运行论》在1540年前就已经写成，但由于害怕教会的迫害，哥白尼最初不愿公开他的发现，最后在数学家雷蒂库斯的强烈要求下，他才同意出版。后来哥白尼因病辞世，出版监督由路德派教长奥西安德继任，为稳妥起见，奥西安德还擅自增加了一篇未署名的前言，大意是说书中表达的全部思想纯属猜测，只是一种数学练习，而不是对真实世界的描写。哥白尼的发现终于使得1000多年来的托勒玫的地心说模型谢幕。但保守势力还是不断搅扰，那些大学机构里天文学家还在蔑视和嘲笑这一发现。直到60多年后，开普勒和伽利略终于证明了哥白尼是正确的。