天文学的突破_西方近代职业教育

天文学的突破_西方近代职业教育

一、天文学的突破

古希腊天文学经过近两千余年的发展，大家早已认为其臻于完美，不料到了16世纪，它竟为哥白尼、第谷·布拉赫、开普勒和伽利略等人的新发现全面推翻。他们观察和研究的结果，为依萨克·牛顿（Isaac Newton）打下了发现万有引力和运动规律的基础。牛顿的发现揭示了宇宙是一个包罗万象的系统组织，为现代力学、机械学等奠定了基础。 1785年经过拉格朗日（Joseph Lagrange， 1736— 1813年）和拉普拉斯（Pierre Simon Laplace， 1749— 1827年）的努力，根据万有引力理论，通过纯数学的演算，终于发现了海王星（1845年） ，牛顿的理论遂被完全证实了。

1．哥白尼

尼古拉·哥白尼（本名尼古拉·哥白尼克）于1473年2月19日出生在波兰的托伦（Torun） ，先在本地上中学，之后在克拉科夫大学读了三年书， 1496年赴意大利，随后的十年里先后在波洛尼亚大学学习天文学、在帕多瓦大学学习医学、在费拉拉大学学习法律。他一生中的绝大部分时间是在弗劳斯堡总教堂里当牧师，正是在这里他构想了他的行星系的细节，对大量复杂的计算作了整理，并逐渐完善了《天体运行论》手稿。在手稿里，他假设了一个球的体系，围绕太阳而不是地球为中心，外层行星即火星、木星、土星以及内层行星金星的运动有一组运行轨道，水星有一种特殊的运行路线，假定地球自转，并认为这就可以解释一切天文观察。他最终确立了两条公理：太阳是静止不动的；地球既要自转，也要公转。

尽管现在有人认为哥白尼做的天文观察很少而且不准确，他的学说不是真正的“日心说” ，而只是太阳静止说理论，整个体系实际上更多的是解释托勒密体系而不是解释自然，但是，哥白尼思想是一次天文学基本概念的革新，是人类对大自然的理解的一次根本性变更，也是西方人价值观转变的一部分。(13)(www.guayunfan.com)

哥白尼所创的太阳中心的学说虽然远非准确，但由于其简单而可以作为改善天文行星表的手段，最容易受到职业天文学家的欢迎。于是接受这个学说的人愈来愈多，其中最著名的是乔达诺·布鲁诺（ Giordano Bruno， 1548— 1600年） 。他生在靠近那不勒斯（ Naples）的诺拉市（ Nola） ，性情火烈，心思锐利。他的才气使得当代伟人和科学家同受感动，但因舌锋犀利，以至于树敌过多， 1592年进入威尼斯时为人所卖，被罗马宗教审判所关押审判。 8年后，审判所借异端罪名将他活活烧死。布鲁诺不惜以身殉难，与其说是为了科学，不如说是为了思想自由，因为他既不做实验又不做观察，但却坚持他有权从科学事实中得出他所选择的结论。

2．第谷·布拉赫和约翰内斯·开普勒

第谷·布拉赫（Tycho Brahe， 1546— 1601年）出生于丹麦贵族家庭，先后在莱比锡大学、维滕贝格大学、罗斯托克大学和巴塞尔大学求学，在丹麦国王弗里德里希二世（ FrederickⅡ）资助下，他于1576年建造了现代世界上第一个真正的天文台——乌兰尼堡（ Uraniborg）观象台，并在此工作了21年。他收集了一系列有关恒星和行星方位的准确观察数据，用新方法对天文学进行全面的改造，这些新方法包括使用设计巧妙、制造精良的天文仪器观察，以及使用新的大气折射表，夜复一夜地对某个行星进行连续观测等。第谷的这些革新像伽利略用望远镜对月球表面所做的观测一样，其本身并没有在科学中构成一场革命，但它们的确为开普勒天文学提供了新的和准确的数据。

约翰内斯·开普勒（ Johannes Kepler， 1571— 1630年）出生在斯图加特附近的魏尔，自小在神学院就学，后来进入图宾根大学，毕业后在格拉茨谋得一个天文学讲师的教职。 1596年《宇宙的奥秘》发表，他把该书寄送给第谷·布拉赫，后者邀请他到布拉格会面。他于1600年赴布拉格，第谷热情接待了他，让他继续整理他的行星观测资料。第谷天文学观测的种种结果，经过开普勒的整理，极大地促进了天文学的进步。第谷逝世前不久，神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世（ Rudolph II）授予开普勒“帝国数学家”的称号，于是，他就继承了第谷的职位。开普勒一生想要建立一套与哥白尼学说相一致的行星理论，并且要根据第谷的观测结果编制出新的行星运行表。 1627年，开普勒发表了《鲁道夫星表》 ，以纪念赞助他天文学研究的鲁道夫二世。

在开普勒以前的天文学家一直想要创建一种以一个圆套一个圆为基础的天体几何学，而开普勒试图求出单用一条曲线就能表示行星运动的最好办法，以及行星运动的真正原因。经过一番辛苦努力，他终于发现每一颗行星都是在呈椭圆形的、简单凸曲线的轨道上运动的，即椭圆轨道定律（开普勒第一定律） 。他还发现，行星沿着椭圆轨道的运动并非是匀速的，而是直接与面积定律相吻合的（开普勒第二定律） ，这个定律同时解释了为什么每个行星在近日点运动得快，在远日点运动得慢。最后，开普勒在1619年出版的《宇宙和谐论》中提出了他的第三定律：各行星周期的平方与它到太阳的平均距离的立方成正比。(14)所有行星都沿着椭圆形轨道运动，太阳处在椭圆的一个焦点上，并且所有行星在轨道上的运动都受与太阳有关的面积定律制约，那么必然存在着一种作用于行星之上指向太阳方向的力，开普勒断定这种力肯定是磁性的力。因为在此之前，威廉·吉尔伯特（ William Gilbert，1540— 1603年）在《论磁石》 （ 1600年）中已经提出：地球本身是一个大磁石，有南北两个磁极，而完全呈球状且有两极的天然磁石会绕轴自转，因此，地球肯定会进行自转。

3．伽利略·伽利莱

伽利略·伽利莱（ Galileo Galilei， 1564— 1642年）出生在比萨，他在中学已表现出极其勤奋、独立思考的性格特征。 1610年，他通过新发明的望远镜，得到了许多新发现：月球表面也像地球一样，峭壁林立、起伏不平；地球使月球生辉发亮；木星有四个卫星；金星有位相变化。他的望远镜不仅展示了有关太阳、地球以及行星的一些新消息，而且向人们展现了用肉眼从未看到过的大量的恒星和卫星。 1610年10月，他第一次观察到了太阳黑子，随后又确认黑子在太阳本身之上，通过黑子的运动证实了太阳自转周期和太阳赤道位置的数据。 1613年，他发表了《论太阳黑子的书信》（ Letters on the Solar spots） ，表达了他对哥白尼主义的笃信不疑。他随即被指责为信奉邪说，但他极力为自己辩护，不仅试图把与日心说相悖的《圣经》经文解释清楚，甚至还试图引用经文来支持日心说。因此，他在1615年受到教会警告，要他置身于神学争论之外。 1616年初，宗教法庭的权威神学家们颁布了如下法令： “认为太阳处于宇宙中心静止不动的观点是愚蠢的，在哲学上是虚妄的，纯属邪说，因为它违反《圣经》 。认为地球不是在宇宙的中心，甚至还有周日转动的观点在哲学上也是虚妄的，至少是一种错误的信念。 ”(15)凡是传授地球运动学说的书都被查禁，教皇保罗五世还警告伽利略不得“持有、传授或捍卫”哥白尼理论。

伽利略确信不疑的是，他所要做的就是为哥白尼天文学而战，就是要战胜托勒密天文学；他还确信，第谷体系是一种折衷物，对它不必过分重视。在哥白尼体系和第谷体系中，金星被看作是围绕太阳运行的。如果地球也像是一颗行星，难道它不会像其他行星一样围绕着太阳运动吗？ 1632年，伽利略发表了用意大利文而非拉丁文撰写的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书，他毫不留情地批评了正统的亚里士多德理论，捍卫了哥白尼学说。不过，天文学中的这些革命性转变（包括对托勒密体系的错误所作的直观说明在内） ，并非是由望远镜“导致”的，而是由伽利略精神导致的。“17世纪的天文学无疑就是伽利略天文学，伽利略倡导使用望远镜，从而使天文学的观察基础发生了革命，并使他以现代科学奠基者之一的身份赢得了主导地位。 ”(16)