克劳狄乌斯·托勒密约一约

克劳狄乌斯·托勒密约85一约165

古天文学的终结者

罗马宗教法庭审判结束时，伽利略不服地嘟哝道：“地球就是在运动。”在这之前伽利略刚在教会的高压下不得不宣誓放弃哥白尼关于地球不处于宇宙中心，而是围着太阳转的“日心说”观点。这是发生在1633年的事，在此之前，人们对于宇宙的认识都来自古代，而古代这些对于宇宙的认识又与托勒密这个名字密不可分。早在托勒密诞生以前几百年就有人把地球作为宇宙的中心。虽然早在公元前300年就有日心理论提出了太阳是宇宙的中心，但亚里士多德的宇宙说更占上风。亚里士多德认为宇宙分为不同的透明天球层，这些天球层以地球为中心旋转，天体就嵌在这些天球层上。有人曾试图通过实际观察到的日月星辰运动来验证这种带有哲学意味的天体观。数学家和天文学家欧多索斯（约前408一前335）留下了一个构思巧妙、制作精良的宇宙模型，模型中的27个球壳以不同的轴围绕一个共同的中心旋转，比较形象地描述了宇宙运动的现象。托勒密对此进行了简化提炼，以定量的方式构造出了完备的宇宙几何模型。

■克劳狄乌斯·托勒密。作为天文学家和地理学家，这位古希腊的自然科学巨匠的思想一直影响到17世纪。油画，尤斯图思·冯·根特，1476年前后，巴黎卢浮宫

托勒密的宇宙模型并不仅仅是天体构造的简单设想，还是一套精密的天文学理论，这一理论可以预测天文现象，这种预测可以日复一日地得到验证。托勒密的13卷天文学巨著《至大论》能在以后的1500年里岿然屹立在天文学界足以说明其准确和完美的程度。这一巨著不但满足了柏拉图关于完美运动的要求，而且也经得起实际天文观测的考验。

古希腊人在几个世纪里积累的先进的数学知识为这一理论的诞生准备了必不可少的前提。托勒密生活的时代，数学已发展到了一个相当高的水平，三维几何在几百年中发展演变成了三角学。生活在罗马和亚历山大城的古希腊数学家和天文学家迈内劳斯（约70—130）对三角学做出了很大的贡献，他为后世留下了几本几何学著作，当时人们用于计算的“弦函数”与现代教科书里的三角函数（例如正弦和余弦）几乎没有什么区别。当时，这些函数都有相应的数值表，在《至大论》的第一、二卷中，托勒密实际上使用了我们现代人所知的三角函数里所有重要的关系，讲述了普通天文学理论的基础知识，从数学上论证了不规则运动和规则圆周运动之间的关系。托勒密的理论与两个基本原理保持一致，一是所有天体运动以地球为中心，二是所有运动都应是“完美运动”，例如匀速圆周运动被认为是一种“完美运动”。

■托勒密宇宙体系的浑天仪展示了天体中的主要轨迹，通过可以转动的带刻度的圆环可形象地展示黄道、赤道、地平线和其他天文坐标系。通过圆环上的瞄准器可以测定星辰的方位并确定它们的坐标。直到今天浑天仪还一直被作为教具用于教学。查尔斯—弗朗西奥斯·德拉玛歇，1780—1800年前后，德国比勒弗尔德市艺术博物馆

简单地讲，托勒密的天文学理论认为地球是太阳系的中心，当时人们认知的月亮、水星、金星、太阳、火星、木星和土星依次围绕地球转。实际上行星的运动要复杂得多，从地球上看，这些行星在天空的运转时快时慢，有时甚至做逆向旋转。逆向旋转在理论上的解释是，虽然这些行星是在轨道上（即所谓的本轮）旋转，但不是围绕地球，而是围绕一个自身匀速绕地球转动的固定中心旋转，这种两个圆周轨道的重叠导致出现了行星逆向旋转的现象，这种逆向旋转的现象在赌场的旋转赌盘中也可以观察到。

勤奋的先行者

早在托勒密以前，一位名为喜帕恰斯（约前190—前125）的天文学家就根据自己的观察编制了星集 ，他通过自己设计制造的天文仪器观察天象，第一次提出恒星也能运动的观点。“他将布满星星的天空作为遗产留给了所有在他以后想把天空据为己有的人”，罗马学者老普林尼（23—79）曾这样评价喜帕恰斯。今天的一些科学史家认为，托勒密对这句话实在是太身体力行了：《至大论》里的大部分数据要归功于喜帕恰斯的星集。

■天文学家托勒密在亚历山大城的观象台上观察行星体系

托勒密雄心勃勃，要将他的理论与前人及他自己对天象的观测用定量的方式结合起来。要做到这一点，托勒密的本轮模型理论显然是远远不够的，所以他又补充引入了所谓的均衡轨道（即均轮）模型，这样就可以用匀速圆周运动说明行星的不规则运动。托勒密的体系实际上是许多数学技巧的巧妙组合，这些数学技巧很好地完成了用圆周运动理论描述所观察到的行星运动现象的任务。那个或多或少靠人为想象出来的转动装置似乎运转得十分令人满意，以至于在以后的几百年中无人对此提出异议，包括诸如宇宙中星球旋转的力来自何方，星球旋转的物理原理等问题。即使是1  500年后推翻了地心说的哥白尼和开普勒也更热衷于在星体的协调平衡和数学的审美问题上进行争论，哥白尼曾说过，托勒密体系中的均轮理论是一个美中不足的小瑕疵，它揭示了其体系结构上的内在矛盾。

■地心说宇宙体系中的第七造物日。彩色木版画，1493年，选自哈特曼·谢德尔的《世界年鉴》 ，德国魏玛市魏玛古典基金会

毫无疑问，托勒密是一位杰出的天文学家，他在天文方面的学术成就延续了1500年无人撼动，直到地心说被推翻为止。这以后托勒密经常被指责为剽窃者和骗子。望远镜诞生前最后一位伟大的天文学家第谷·布拉赫在16世纪末曾是地心说的坚定追随者，后来他在托勒密的星表里发现了一个系统错误，即恒星的经度是错的。托勒密的观察中确实有不够严密的地方，有的甚至是错误的，这与当时所使用的天文仪器不够精确是分不开的。

对托勒密做出最无情判决的是1991年去世的罗伯特·牛顿，他指责托勒密是在故意欺骗，从而给他打上了所有科学骗子祖师爷的烙印。罗伯特·牛顿认为，托勒密自己根本就没做任何与其理论相吻合的观察，他不但不通过观察来建立自己的理论，反而随心所欲杜撰出一些测量数据来证明所谓的观察。

善意一些的批评家虽然承认托勒密有自己的观察，但认为他在计算结果上做了手脚，有意隐瞒了那些与其理论相悖的观察结果，以便使自己的理论更加冠冕堂皇。在今天来看，有意隐瞒科学真相是一种不道德的行为，但在托勒密时代情况就大不相同。即使是在今天，人们也会因科学家在某一方面的成就而迁就他在其他方面的不足。撇开这些现在很难考证的事实不说，即使拿今天的眼光来衡量，托勒密也是一位杰出的声誉显赫的科学家。即使没有他的天文学巨著《至大论》，托勒密的八卷《地理学》及有关光学和音律学的论著也足以能让他在科学巨人的荣誉台上占有一席之地。

■托勒密的世界地图。彩色木版画，选自托勒密的《地理学》，1482年

被埋没的进步

早在公元前3世纪，天文学家阿里斯塔克就提出了地球和行星围绕太阳转的宇宙模型，这一模型与一千八百年后哥白尼在《天体运行论》中提出的宇宙体系基本相符。遗憾的是，与其他背离当时占主导地位的柏拉图观点（即带神意的星辰围绕着地球转）的天文学家一样，阿里斯塔克也未能脱颖而出，最终被埋没在远古的尘埃里。

克劳狄乌斯·托勒密

生平与学术生涯

关于托勒密的生平，至今所知甚少，就连他的生卒日期也很难考证。一般认为托勒密出生日期应在公元80—100年间，根据他的主要著作，人们推测他死于罗马皇帝马克·奥雷尔统治时期，即公元161—180年间。托勒密很可能出生在埃及，亚历山大城被普遍认为是他出生、成长和去世的地方，但至少有一个出自14世纪的历史资料证明上埃及的赫米欧城是他的出生地。可以肯定的是，托勒密于公元127—141年在亚历山大城进行过天文观察，亚历山大城在当时拥有雄伟的博物馆和图书馆，而且人才荟萃，被世人誉为“智慧之都”（早在四百年前，几何学的奠基人欧几里德就曾在这里工作和生活过），是从事科学研究的最佳之地，这也为托勒密在那里工作和生活过的说法提供了强有力的佐证。他的姓名克劳狄乌斯·托勒密是埃及希腊后裔姓氏“Ptoleme”和罗马名字“Claudius”的组合，因此推测他是生活在埃及的希腊人，但他属于罗马的公民。有人推测认为托勒密可能有王室血统，也许这与马其顿王朝时期的国王都姓托勒密有关，这种猜测有点牵强附会，因为在那个时代托勒密这个名字实际上已流传很广。在托勒密的人际关系中，人们从他的主要著作中发现有一位名叫塞翁的人应是他的老师，托勒密引用了许多塞翁的天文观察并加以拓宽和发展。托勒密一生著述繁多，主要有论述天文的《至大论》，论述占星术的《四书》，论述音乐的《谐和论》以及地理和光学方面的论著。《至大论》共分十三卷，前两卷主要介绍一般的宇宙知识和基本的数学知识，后几卷分别以太阳、月亮、恒星和行星为序依次对其展开论述。在《至大论》中，托勒密不但浓缩了前人对宇宙的认知，而且也融入了他自己的计算、观察结果和理论，这一巨著在哥白尼提出日心说以前的1 5 00多年中一直是天文学的基础。《地理学》共分八卷，包括了制图数学和一本庞大的按地形和气候区划分的带经纬度值的地点集，直到近代初期托勒密的地点集一直是世界地图的指南。托勒密的主要著作由杰拉尔德在1175年翻译成拉丁语。

相关知识

《至大论》

《至大论》，全书13卷。希腊文原名的本意是“天文学论集”，阿拉伯翻译家将书名译成al-m ajisti ，再经拉丁文转写之后，遂成Al ma gest，成为此书的固定名称。此书的中文译名曾有《天文学大成》、《伟大论》、《大集合论》、《大综合论》等多种，但以《至大论》最符合“Almagest”的原意，而且简洁明了。《至大论》继承了由欧多索斯、喜帕恰斯所代表的古希腊数理天文学的主要传统，并使之发扬光大，臻于空前绝后之境。托勒密在书中构造了完备的几何模型，以描述各种天体运动；并根据观测资料导出和确定模型中各种参数；最后再造成各种天文表，使人们能够预先推算出某一时刻天体的位置。

推荐

阅读：

《从星辰到银河系》， Volker Kasten著，Heidelberg 2003

《古代世界观——托勒密的宇宙观》，托勒密著，Köln 1990

参观：

德国汉堡市的温特胡特市立公园天文馆，这个世界上最古老的天文馆坐落在一个水塔中。

点评

托勒密以他的宇宙观创建了第一个精准的天文学理论体系，同时也为诠释“科学造假”这个现代概念提供了教材。