【大宇宙小故事】02 從地心到日心

撰文|葉李華

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哥白尼像(圖像來源:維基百科)

先對這個題目做些說明:在此的「地心」並非地球的中心,而是指「地心(學)說」,「日心」則以此類推。

嚴格說來「地心說」和「日心說」都源自古希臘,但後者在當時只是一種概念,並未發展成正式的科學理論。因此就正統天文學而言,「日心說」的創始者是哥白尼(Nicolaus Copernicus, 1473-1543)這位家喻戶曉的人物。

不過所謂的家喻戶曉,恐怕只是他的名字而已。所以接下來,讓我們用一則選擇題,當作討論這位「日心說之父」的切入點。

根據正史,哥白尼死於其傳世之作《天體運行論》出版之後不久,請問這兩件事有什麼關聯?

A.《天體運行論》觸怒了羅馬教廷,哥白尼因而惹來殺身之禍。

B.他嘔心瀝血完成這本巨著,由於積勞成疾,不久便重病身亡。

C.純屬巧合,並無關聯。

D.以上皆非。

如果你選A,很可能是受到稗官野史的影響,例如在衛斯理的科幻故事中,哥白尼就被燒死好幾回。「哥白尼說地球是圍繞著太陽轉的,他被燒死了,因為他的觀念,超越時代……」

如果你選B,代表你不瞭解哥白尼有多大的能耐。《天體運行論》固然博大精深,但是對於精力旺盛、身兼數職(神職人員、行政官、醫生、數學家、天文學家、經濟學家)的哥白尼而言,寫這本書還不至於寫到吐血。

所以C才對嘍?畢竟任何不可思議的事,都有可能只是巧合。抱歉,也不對!

這就代表「以上皆非」才是正確答案,換句話說,兩者之間還是存在著某種關聯。

究竟是什麼神秘的關聯呢?答案或許有點反高潮。在完成《天體運行論》初稿之後,哥白尼遲遲不敢發表,一直等等等,直到確定自己來日無多,他才終於鼓起勇氣,或說才終於豁出去了。

哥白尼之所以那麼謹慎,是因為《天體運行論》的內容(就當時標準而言)太過離經叛道,極有可能讓他成為兩派人馬眼中的異端。在十六世紀的西方世界,科學家與神學家皆為「地心說」的堅定支持者,可是《天體運行論》這本書卻提出種種論證,企圖說服讀者太陽才是宇宙的中心。

至於哥白尼為何要用「日心說」來取代「地心說」,那就得從頭講起了。且說古希臘的天文學家在接受了「地圓說」之後,很快就更上一層樓,把圓圓的、靜止不動的地球放到宇宙的中央(這是很符合直覺的一件事)。於是,從公元前四世紀起,這樣的宇宙模型支配了西方天文學將近兩千年。

「地心說」有兩位主要的倡導者,一是鼎鼎大名的亞里斯多德(Aristotle, 384-322 BC),二是知名度稍遜的托勒密(Claudius Ptolemy, 100?-170? AD)。

其實就天文學發展史而言,托勒密的地位還在亞里斯多德之上,但一般人對他可能較不熟悉,所以在此做個簡單介紹:托勒密生活於公元二世紀的埃及,當時已是羅馬帝國的全盛時期,但由於他是希臘後裔,相關著作皆以希臘文寫成,因此將他歸類為「廣義的古希臘科學家」並無不妥,這也正是一般科學史所採用的觀點。

回到正題。亞里斯多德在《論天》這本書中,用哲學與邏輯語言描述了「地心說」的宇宙觀。大約五百年後,托勒密以「地心說」為基本架構,用數學語言寫成他的經典之作《(天文學)大成》。因此我們大致可以這麼說,亞里斯多德提倡的是「定性的地心說」,托勒密則將「地心說」升級為定量的科學理論。

從托勒密到哥白尼這一千四百年間,「定量的地心說」始終一枝獨秀,這就意味著西方天文學在這段時期幾乎毫無進展。如今,我們用現代人的眼光回顧這段歷史,或許會覺得不可思議,但如果換個角度想,其實也相當合情合理。因為托勒密的學說雖然不太正確,仍有相當程度的實用價值──不但能夠預測日食和月食,還能相當精密地描述五大行星(金、木、水、火、土)的運行軌跡。

既然這樣,哥白尼為何又要挑戰托勒密呢?最簡單的原因,就是托勒密的理論體系太過複雜,欠缺清晰的脈絡,令人不禁懷疑只是一種湊答案的高深技巧。

舉例來說,行星和恆星最大的不同,就是行星在夜空中的軌跡十分古怪,不但時快時慢,有時還會倒著走一段(因此希臘文的行星原意為「漫遊者」),其中又以火星最為明顯。為了描述這種現象,托勒密及其徒子徒孫只好假設行星並非單純繞著地球轉圈圈,而是在環繞地球的同時,還繞著許多較小和更小的圓形軌道轉來轉去。

哥白尼則慧眼獨具地認為,想要終結這種亂象,最直截了當的辦法就是把「中心」從地球移到太陽身上。關於這一點,我們可以拿遊樂園的「轉轉杯」當例子。如果你坐在一個轉轉杯裡,以自己為中心來觀察周圍的變化,只怕除了頭暈眼花,很難看出什麼規律。可是,如果你能設法站到場地正中央,然後再放眼望去,就不難看出每個轉杯的軌跡了。

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刊於《天體運行論》的太陽系模型(圖像來源:維基百科)哥白尼曾根據自己的觀測結果,將五大行星與太陽的相對距離算得相當精確。本圖僅顯示各行星的順序,軌道大小並未依比例繪製,因此只是示意圖。

 

由此可知,「日心說」比「地心說」優秀許多,當然應該取而代之。然而問題來了,哥白尼又為何認為,這個學說一旦公諸於世,就會被視為旁門左道甚至異端邪說呢?

原因之一,「地心說」已有上千年的歷史,在天文學界有著極為權威的地位,絕非輕易能撼動的。就算《天體運行論》提出許多強而有力的證據,哥白尼的同儕恐怕也會(基於偏見)視而不見,甚至嗤之以鼻。或者他們會反問,如果地球並非靜止不動,而是像哥白尼所說的既有自轉又有公轉,為什麼人類完全感覺不到呢?(萬一有人這麼問,哥白尼還真的答不出來!)

原因之二,早在幾世紀前,羅馬教廷就把「地心說」奉為真理,不容任何人質疑。誰要是敢提出異議,就可能會被送到宗教裁判所,也就是俗稱的宗教法庭。雖然我們現在很難想像當年羅馬教廷勢力有多大,但請務必相信哥白尼絕非患了被害妄想症,才會小心翼翼到那種程度。

不過,歷史的發展卻相當弔詭。當哥白尼在生命中最後一年,終於決定將《天體運行論》付梓之際,他自己或許已經一無所懼,但別人並不一定這麼想。因此,這本書並未完全依照他的意思出版──竟然有人(Andreas Osiander)自作主張,偷偷替他寫了一篇告白式的序言,題目是〈致讀者:本書內容純屬假設〉,聲稱書中所說的一切只能算是假說,僅有利於天體運行的計算,並不能反映天文學的事實。

我們無從獲悉哥白尼是否看過這篇偷渡進去的序言,萬一答案是肯定的,想必他會死不瞑目。(哥白尼臨終的情形眾說紛紜,通通只能當作傳說。不過,其中「最符合讀者期望」的版本應該是:哥白尼彌留之際已經失明,當《天體運行論》及時送到病榻時,他只能伸出手來,輕輕撫摸著書頁,安詳地嚥下最後一口氣。)

由於那篇序言並無署名,讀者自然而然以為是哥白尼的自序。直到六十多年後,才終於有一位名叫克卜勒的學者,在自己的著作《新天文學》裡大聲疾呼,讓世人知曉這個真相。

 

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