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天不是笼盖于上？
地不是安卧于下？
永恒的星辰不是眨着眼，高升于空？
——歌德《浮士德》 [1]
我手头有一本小书，名为《星空信使》，作者是意大利数学家和科学家伽利略·伽利雷，著于1610年。 [2] 该书首印550本，有150本留存至今。佳士得拍卖行几年前给这批首版书估过价，每本价格都在60万到80万美元之间。我这本是1989年付印的平装版，价格差不多是12美元。
《星空信使》在科学史上所获的赞誉虽不及牛顿的《自然哲学的数学原理》或达尔文的《物种起源》，但我还是认为这本书是出版史上最有影响力的科学著作之一。在这本小书里，伽利略公布了他用自己的新望远镜观天时看到的景象，他认为有充分的证据表明天体是由普通物质构成的，就像鲁特琴岛冬季的寒冰一样。其结果是引发了一场有关天地分离的思想革命、一场物质世界疆域的惊人扩张和一次针对“绝对”的尖锐挑战。恒星的物质性加上能量守恒定律，决定了恒星必将消亡。天空中的恒星——不朽和永恒的最引人注目的象征——有一天也会寿终正寝。
伽利略生于比萨，长于佛罗伦萨。1592年，他开始在帕多瓦大学（University of Padua）教授数学。由于仅凭教职收入无法承担自己身负的经济责任——不但要抚养情妇跟他生的三个孩子，还得置办姐妹们的嫁妆——他收留了一些寄宿生，还出售了一些科学仪器。16世纪80年代末，他进行了著名的自由落体实验。1609年，45岁的伽利略听说荷兰有人刚发明了一种新的放大仪器。在没有见过这个稀罕物的情况下，他很快就自行设计并造出了一架望远镜，而且比荷兰那款要强好多倍。他似乎是第一个把这东西指向夜空的人。（荷兰人把望远镜称作“侦查镜”，其用途可想而知。）
伽利略自己打磨并抛光了一些透镜。他的第一批望远镜可以把对象放大十几倍左右。这个倍数最后达到了1000倍，能使对象看起来是实际距离的1/30。你可以在佛罗伦萨那座门庭冷落的伽利略博物馆中看到他那些幸存至今的望远镜。他造的第一架望远镜长约92.7厘米，口径约3.8厘米，镜管由木头和皮革制成，一端是凸透镜，另一端是凹透目镜。我最近看过一件复制品。起初，我对其视野之小颇感意外，在这根一臂长的长管的末端只能看到一个硬币大小的光圈，还很黯淡。不过眯眼瞧了一会儿之后，我确实能在这硬币大小的微光里辨认出模糊的影像。我试着把这架原始的望远镜对准约90米外的一栋建筑，然后看到了肉眼看不到的砖块细节。
很难想象伽利略第一次用自己的新仪器仰望星空并凝视那些“天体”的时候会有多么兴奋和惊喜。数个世纪以来，这些“天体”一直被描述为月球、太阳和行星这样的旋转球体。再往外是旋转的水晶天球，承托着群星，而最外层还有一个天球——由上帝之指转动的“原动天”（Primum Mob ile）。人们推测这一切都是由以太构成的，即亚里士多德所说的第五元素，它在质料和形式上都完美无缺，弥尔顿在《失乐园》中将其描述为“天国空灵的精粹”（ethereal quintessence of Heaven）。 [3] 这一切都与上帝的神圣感官合一，然而伽利略却用他的“小管子”实实在在地看到了月球上的陨石坑和太阳上的暗疮。
几个世纪前，圣托马斯·阿奎纳
成功地捏合了亚里士多德的宇宙论和基督教教义，将诸天体的空灵本质和地球在宇宙中心保持静止的观念都纳入其内。（阿奎纳只对亚里士多德的一个观点提出了异议：亚里士多德认为宇宙的寿命是无限的，而基督教认为是有限的。）伽利略在天体上发现的缺陷对教会形成了尖锐的挑战。不过望远镜本身也是一个挑战。伽利略那根长约90厘米的管子是第一批可以扩展人类感官的仪器之一，它展现了一个肉眼和耳朵无法感知的世界。这种仪器前所未见，许多人都心存疑虑，质疑它的合法性，乃至这一发现的可信性。有人觉得这个奇怪的管子是一种魔法，不属于此世，就像是1800年的人见到手机一样。伽利略本人虽是一名科学家，但他也并不完全清楚这东西的工作原理。
我们应该还记得，16世纪和17世纪的欧洲人普遍都相信魔法、巫术和妖术。仅在这两个世纪里，就有40000名疑似巫师的人惨遭凌虐，他们被烧死在火刑柱上，被吊死在绞刑架上，或者被人按在砧板上砍了脑袋，其中大多是女性。1597年，苏格兰国王詹姆斯六世（1603年即位为英格兰国王，称詹姆斯一世）就抱怨说：“如今这个国家充斥着对这些可恨的魔鬼的奴仆、女巫或巫师的恐惧。” [4] 人们相信巫师可以通过毁坏目标受害者的一缕头发或一片指甲来对其施咒。这个意大利数学家的仪器是不是有点巫术的味道？
另一些人对伽利略用望远镜获得的发现也颇为怀疑，但原因并不在于这些发现散发着黑魔法的“恶臭”，或是与神学教义相悖，而是因为它们挑战了这些人的世界观和哲学信念。帕多瓦大学的亚里士多德哲学教授、伽利略的同事切萨雷·克雷莫尼尼（Cesare Cremonini）就声讨了伽利略关于月球上有陨石坑和太阳上有黑点的说法，但他拒绝用那根“管子”去观。后来有人引述了克雷莫尼尼的话：“我不想赞成我完全不了解的说法，也不想赞成我从没见过的东西……通过那些镜片去观察让我头疼。够了！我一点都不想再搭理这玩意儿了。” [5] 伽利略的另一个同代人、比萨大学的亚里士多德哲学教授朱利奥·利布里（Giulio Libri）也拒绝用这根“管子”去窥探。伽利略在给科学家同行约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler）的一封信中回应了这些拒斥：
亲爱的开普勒，我想我们可以好好嘲笑一下这帮冥顽不灵的庸众了。对这个学派的主流哲学家们还有什么好说的呢？他们倔得像驴，行星也好，月亮也好，望远镜也好，一概不观不瞧，哪怕我已经特意给了他们一千次机会，让他们免费来看。但真的，这些哲学家就像堵住了耳朵的驴子一样，对真理之光置若罔闻。 [6]
伽利略把这本小书献给了第四任托斯卡纳大公、至静者科西莫二世·德·美第奇（Cosimo II De’ Medici）。书的扉页上写着：“《星空信使》，揭示了宏伟绝妙的景象，并将其展现在众人眼前，尤其值得哲学家和天文学家一阅，其内容由佛罗伦萨贵族、帕多瓦大学公共数学家伽利略·伽利雷凭借其新近设计的侦查镜观测而得……” [7] 在这本书中，伽利略用钢笔绘制了自己透过望远镜看到的月球，展现了或明或暗的区域、山谷、丘陵、坑洞、山脊和山脉。他甚至通过月球山脉的阴影长度估算了它们的高度。
他仔细观察了月球上光明和黑暗的分界线，也就是所谓的明暗界线，那条线参差不齐，并非神学信徒心目中完美球体所应有的平滑曲线。伽利略写道：“所有人到时都会明白，而且会十分肯定，月球表面绝不是光滑的，而是粗糙不平的，就像地球表面一样，到处都是巨大的丘陵、深坑和褶皱。” [8] 他还谈到自己发现了木星的卫星，这更加证明了其他行星与地球相似的说法。换言之，地球不再特别了。这一切都支持了67年前哥白尼的主张，即太阳才是这个行星系的中心，而非地球。这本小书里塞进的新观点实在太多，而且完全没有向亚里士多德或教会致歉的意思。
在《星空信使》出版后的几个月里，伽利略的声名便享誉全欧——原因之一是望远镜不但能用于科研，还具有军事和商业价值。（伽利略在给一位朋友的信中写道，“在威尼斯最高的钟楼上”，你可以“观察到远在天边的帆船正满帆回港，若没有我的侦查镜，你至少要多花两个小时才能看到它们”。 [9] ）关于这项发明的消息从此便开始在街谈巷议和书信中流传。
伽利略还自称看到了太阳上的黑斑，这对诸天的神圣完美构成了更严峻的挑战。我们现在都知道，这种“太阳黑子”是由太阳外层短暂聚集的磁能造成的。由于是暂时的，所以太阳黑子会时隐时现。1611年，士瓦本（Swabia，德国西南部）的一位杰出的耶稣会数学家克里斯托夫·沙伊纳（Christoph Scheiner）购置了一架新望远镜，进而证实了伽利略所看到的那些在太阳前面移动的黑点。然而，沙伊纳的出发点却是亚里士多德派的一个毋庸置疑的前提，即太阳是完美无瑕的。他由此提出了各种靠不住的论点，来解释为何这种现象不是太阳本身造成的，而是其他绕日运转的行星或卫星所致。
伽利略是一位数学家，这在《星空信使》的扉页里也有提及。人们通常都认为数学存在于一个抽象的、逻辑的世界。数学能帮助学者们计算和预测“真实世界”，但它又不同于这个世界。各种天体系统的反神学模型尤其如此，它们仅仅被视为计算工具，描述的只是表象而非现实。因此，同为计算方法，亚里士多德和托勒密的地心说行星体系与哥白尼的日心说体系完全可以平起平坐，因为它们都能相当准确地描述行星的位置。但前者符合神学和哲学信仰，因而也就被奉为了现实的反映。
在伽利略的观察结果广为人知之时，宗教界对此提出了质疑。1611年3月19日，罗马学院院长、红衣主教罗伯特·贝拉明（Robert Bellarmine）给耶稣会的数学家同僚们写了一封信：
我知道阁下们都听说了一位著名数学家所做的最新天文观测……我听到了各种不同意见，所以想确认一下真伪，而你们作为精通数理科学的神父，可以不费周折地告诉我，这些新发现是有充分的根据，还是只是徒有其表的不实之言。 [10]
尽管这些教会数学家对伽利略的发现存在细节上的争议，但仍然一致认定他所看到的景象是真实的。不过，伽利略的观测发现和他对哥白尼日心说的支持还是被当成了对神学信仰发起的一次不可饶恕的攻击。由于冲撞了教会，伽利略这个曾认真考虑过要从事神职的虔诚罗马天主教徒，最终受到了宗教法庭的审判，被迫放弃了自己的大部分天文学主张，并在软禁中度过了余生。
地球不再是宇宙中心这件事就说到这儿吧，我现在想关注的是彼时人们对诸天物质性的最新构想。因为正是这种物质性，即所谓天体的粗鄙，冲击了群星的绝对性。这种降级始于观察到的月球上的坑洞和凹痕。1610年以后，几十位思想家和作家都开始将月球和各个行星看成土壤、空气和水的聚集之地，虽然奇特，但也适合类人生物居住。1630年，约翰尼斯·开普勒——伽利略就是在给他的信中写出了那句“冥顽不灵的庸众”——完成了一部极受欢迎的幻想小说《梦》（ Somnium ），讲述的是一个男孩和他妈妈穿越太空，来到了名为利瓦尼亚（Le vania）的月亮之上，那里山脉更高，山谷更深，一切都比地球上更为极端。利瓦尼亚的高温带栖居着一些生物，它们体型硕大，仅能存活一天。这些生物能游、会飞、善爬，它们的寿命虽短，不足以创建城镇或政府，但也足以让它们找到维生的养料。由于开普勒是一位杰出的科学家，因而其小说颇受知识界重视，在17、18世纪乃至19世纪都有人阅读。
类似的幻想小说还有很多。 [11] 在诗人塞缪尔·勃特勒（Samuel Butler）的诗作《大象月亮》（ The Elephant Moon, 1670）中，自鸣得意的绅士科学家们用望远镜观察月球时看到了一场激战，就在交战之际，一头月球大象从一队士兵中猛然跃起，短短几秒就落到了另一队士兵之中（可能是因为月球引力较小而“放飞自我了”）。1698年，荷兰数学家、科学家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huyghens）写了一本书，名为《天体世界探索，或关于诸行星世界的居民、植物和物产的猜想》（ The Celestial Worlds Discovered, or Conjectur es Concerning the Inhabitants, Plants, and Productions of the Worlds in the Planets ）。这些书和诗都是写给大众的。它们多少让我们了解了17世纪的人是如何将行星视为普通物质的。大象可不会在空灵精粹的圣域里横冲直撞。
但伽利略的发现可能对恒星的性质产生了最深远的影响。意大利哲学家、作家焦尔达诺·布鲁诺（Giordano Bruno）率先提出恒星可能就是太阳。布鲁诺在《论无限宇宙和诸世界》（ On the Infinite Universe and Worlds , 1584）中写道：“可能有无数个世界［地球］都具有相似的条件，无数个太阳或火球都具有相似的性质……” [12] （由于布鲁诺的天文学主张，以及其对另一些天主教信条的否定，他在1600年被送上了火刑柱。）到17世纪初，不少思想家都接受了恒星或许就是太阳的看法。因此，当伽利略将太阳上的瑕疵公之于众时，他的发现对所有恒星都产生了巨大的影响。恒星不再被视为完美之物，组成恒星的不再是某些不同于地球上万物的永恒的、坚不可摧的实体了。太阳和月亮看起来与地球上的其他物质无异。在19世纪的头10年，天文学家已开始用棱镜将恒星的光分解成不同波长的光，以此来分析恒星的化学成分。各异的颜色或许是与发出光的化学元素不同有关。人们发现恒星中含有氢、氦、氧、硅，以及很多地球上常见的元素。恒星不过是物质——一些原子而已。
然而，埃米莉·狄更生却写道：“不。”
一旦伽利略和其他人把恒星打回了物质原形，它们这千年的盛世也就快走到尽头了——因为所有物质都得服从能量守恒定律。这一定律是所有自然法则的典范，无论是在其广泛的适用性上，还是在其量化和逻辑的表述上都是如此。就本质而言，这条定律的意思就是能量无法被创造，也无法被毁灭。能量可以从一种形式转变为另一种形式，就像火柴的化学能转化为火焰的光和热一样。但在一个封闭自足的系统中，总能量是保持恒定的。
举个例子来说明这一定律是如何发挥效用的吧。假设你有一个密封的箱子，里面装着一根新火柴，假设火柴头的化学能是3200焦耳。（焦耳是一种常见的能量单位。）现在用某种装置点燃这根火柴。释放的一部分能量变成了光，光在箱子内壁间不断反射，直到被箱内的空气分子吸收，气温由此升高；一部分能量可能会提升箱内水温并产生蒸汽，而这会推动一个活塞，将一个镇纸抬高几厘米。（水、活塞和镇纸都放在这个密闭的箱子里。）火柴已经烧完，但它蕴含的能量并没有消失，可以在箱子里的其他地方找到。如果你测量箱内空气增加的热能和被抬起重物增加的引力能，可知这两者增加的总能量为3200焦耳，恰好是新火柴的能量。始于3200焦耳，终于3200焦耳。这就是能量守恒定律。
关于能量守恒定律，还有一点很重要，那就是内在于这条定律的一个观念——所有能源都是有限的。如果有无限的能源，这一定律就不会奏效。没有天平能称量无限；没有计算器能以表格显示无穷。若有无限的能源，我们的物质世界很可能不会存在。
说回恒星。一颗恒星就像一根巨大的火柴，其内部蕴藏着有限的能量——核能，而非化学能。当多个原子融合到一起并形成更重的原子时，核能就会释放出来。但恒星的核能储备是有限的，就像火柴的化学能储备一样。当恒星“燃烧”自身的核燃料时，能量主要以光的形态释放进太空。想象一下，如果我们把一颗恒星放进一个巨大的箱子里，箱内的总能量保持恒定，但恒星的能量会逐渐转变成箱子里的光，那么所有吸收了这些光的东西的热能和化学能都会增加。
当然，恒星并不会装在什么巨大的箱子里，但这个原理没变。按布鲁诺、伽利略以及后来的科学家们所说，恒星就是物质，其能量有限。恒星会向太空放射能量，不断消耗它们有限的核能。最终，这些珍贵的“星级商品”都会失效，到那时，恒星将会燃尽并没入黑暗。大约50亿年后，我们的太阳也会如此终结。再过1万亿年，所有恒星都会冷却。那时的天空将是一片漆黑，无论昼夜。天上无数的星辰，曾被认为是法老最后的安息之地，以及绝对之永恒、不朽和其他气质的化身，最终也将成为太空中飘零的冰冷余烬。
大自然有时看起来就像画家、哲学家或天国之灵。但说到底，“她”是一位科学家，是可以量化的，还很有逻辑。没有什么比能量守恒定律更能说明“她”对这种逻辑的无情而执着的坚持了。能量不会凭空产生，也不会凭空消失。能量守恒定律是物理学的圣牛
。在科学家们想象过的众多不同的宇宙中，其总能量无一不是恒定的。20世纪20年代初，有人在实验中发现某些原子在辐射中释放的能量要小于其本身的能量，一些物理学家坚信能量守恒定律不可违逆，故而猜测存在新的亚原子粒子，认定是这些微不可见、无法探测的粒子偷走了丢失的能量。几年后，这些名为“中微子”的亚原子粒子被人们发现了。“资产负债表”由此做平。
2000年前，古罗马诗人、哲学家卢克莱修曾提出，神施于我们凡人的力量受限于原子的恒定性。他说原子既无法被创造，也无法被毁灭。神不能让物体突然凭空出现或凭空消失，因为万物都由原子组成，而原子的数量是保持不变的。下面这段话出自卢克莱修的史诗《物性论》（ De Rerum Natura ）：
凡人之所以皆有恐惧……只因他们目睹了天地间的诸多事物，又压根瞧不出其中的缘由，便以为这是神力所为。由是之故，一旦发觉没什么东西可以从无到有地创造出来，我们就该立刻从我们所追寻的原理中获得更准确的了悟，无论是万物生成的根源，还是万物生成的方式，都没有神灵的襄助。 [13]
卢克莱修所想到的就是一条守恒定律。这位诗人并不知道如何像我们计算箱内的焦耳数那样计算原子数，然而有些东西是恒定的，这种恒定显然给人们提供了巨大的心理安慰和对自然的理解。让神灵和超自然力量去呼风唤雨吧，但即便是他们也无法改变尘世中原子的数量。
依我看，现代的能量守恒定律也提供了一种心理安慰。有了这类定律，自然也就有了理解之途。自然是可以计算的。自然是可以信赖的。如果你知道那根新火柴的初始能量，然后测量加热后的空气所蕴藏的能量，你就能确知那块镇纸会抬升多高。总能量是恒定的。
讽刺的是，我们用一种恒定替换了另一种恒定。我们失去了恒星的恒定，却获得了能量的恒定。前者是一种客观存在，后者则是一种观念。科学家们并不能完全证明封闭系统中的总能量是恒定的，但只要违背这一原理，就肯定会破坏物理学的根基，暗示宇宙是无规则的。宇宙是有规则的，这种看法本身就是一种“绝对”。
在缅因州的小岛上漫步的那天，我还生出了一个念头。在劫难逃的恒星的材料和我终将一朽的身体的材料其实并无不同，都是完全一样的原子。因为所有比氢和氦这两种最轻的元素更重的原子都创生于恒星。在宇宙的幼年，世间只有氢和氦，然后各种气团逐渐收缩成密度更大的气团，进而在自身引力的作用下坍缩成了恒星。在这些恒星中心致密而炽热的核炉中，氢原子和氦原子相融，形成了更大的原子：碳、氧、硅等。最后，其中的一些恒星爆炸，将它们的原子喷入太空，合成了行星。而在行星的原始海洋中，又形成了单细胞有机体。从这些有机体开始……我想到了一个惊人的真相，我若是能在自己身体的每个原子上贴一个小标签，然后穿梭时空，带着它们回到过去，那我肯定会发现这些原子都起源于天空中的各色恒星。它们至今还是当初的模样。
[1] Goethe, Faust , trans. A. Hayward (New York: D. Appleton and Company, 1840), p. 141.
[2] Galileo Galilei, Sidereus Nuncius, or The Sidereal Messenger (1610),trans. and with notes by Albert Van Helden (Chicago: University of Chicago Press, 1989). 我要感谢阿尔伯特·范黑尔登（Albert Van Helden），他在这一版中的评论甚妙。
[3] John Milton, Paradise Lost (1667), Book III, Harvard Classics, vol. 4(New York: P. F. Collier & Son, 1909), p. 153.
[4] James, Daemonologie , Project Gutenberg Literary Archive Foundation,June 29, 2008, www.gutenberg.org/catalog/world/readfile?fk_files=845529. 另见Geoffrey Scarre and John Callow, Witchcraft and Magic in Sixteenth- and Seventeenth-Century Europe (Hampshire, UK:Palgrave, 2001)。
[5] Letter from Paolo Gualdo to Galileo, Le Opere di Galileo Galilei ,National Edition, ed. Antonio Fawaro, 20 vols. (Florence: G. Barbera,1929–39), 2:564.
[6] Galileo, Opere , 10:423.
[7] Sidereus Nuncius, p. 26.
[8] . Sidereus Nuncius , p. 36。
[9] Galileo, Opere, 10:253. 另见 Sidereus Nuncius, trans. and ed. Van Helden, p. 7。
[10] Galileo, Opere , 11:87–88. 另见 Sidereus Nuncius , trans. and ed. Van Helden, p. 110.
[11] 在伽利略的发现公布后，涌现出了不少有关月球和行星的幻想小说，玛乔丽·霍普·尼科尔森对此作了精彩的论述，见Marjorie Hope Nicolson, Voyages to the Moon (New York:Macmillan, 1960)。
[12] Giordano Bruno, On the Infinite Universe and Worlds (1584), trans.Scott Gosnell (Port Townsend, WA: Huginn, Munnin & Co., 2014),Second Dialogue, p. 76.
[13] Lucretius, De Rerum Natura (ca. 60 BC), Book 1, vv. 146–58, trans.and ed. W. H. D. Rouse and M. F. Smith (Cambridge, MA: Harvard University Press, 1982), pp. 15–17.
