哥白尼学说的传播与发展

（一）布鲁诺对哥白尼学说的宣传与发展

意大利哲学家布鲁诺（1548年—1600年） 出生于意大利那不勒斯附近的诺拉镇。17岁进那不勒斯的圣多米尼克修道院，全凭顽强的自学，成为当时知识渊博的学者。布鲁诺是哥白尼学说最早的支持者之一。

1584年，布鲁诺出版了《论无限性、宇宙和诸世界》等三种著作，系统地论证了日心说理论的真实性，阐述了宇宙是无限的观点。他比哥白尼更进一步，超越了恒星固定在一个以太阳为中心的天球上的观点。他认为宇宙在时间和空间上是无限的和永恒的，宇宙没有中心，太阳系只是其中的一个天体系统；恒星之间有着极大的距离，它们散布于无限的宇宙之中，以它们为中心，存在着无数像太阳系一样的体系。他还预见到，太阳围绕着它自己的轴转动，太阳系的行星数量不止已知的那些，地球的两极呈扁平状等。

这一宇宙无限的思想冲破了亚里士多德所规定的恒星天球是宇宙边界的观念，因此，受到教会的迫害。1592年他被罗马宗教裁判所审判并遭监禁。在遭受酷刑和监禁的8年中，布鲁诺始终没有屈服。教会最后判他火刑，1600年2月17日布鲁诺被烧死在罗马的鲜花广场。

（二）伽利略对哥白尼学说的宣传与发展

在科学革命中，意大利天文学家和物理学家伽利略（1564年—1642年）不仅为近代实验科学的产生和经典力学体系的建立作出了奠基性的伟大贡献，也是传播和发展哥白尼的日心说的杰出斗士。

伽利略出生在意大利的比萨，早年曾在卡马多斯修道院学习，并加入了修道会。在大学期间，伽利略开始学习医学，后转入物理学。1589年，伽利略任比萨大学数学及天文学教授。在比萨教书期间，伽利略已熟知哥白尼学说，但他本人仍接受地球是宇宙中心的学说，并就托勒密的理论写过一篇评论。1609年，伽利略制造了一架望远镜，1610年1月，用它观察到木星周围有四颗卫星绕它转动；9月，发现金星盈亏现象；10月，又观察到太阳黑子。由于这些发现，伽利略名声大振。但通过对这些发现之分析，伽利略体会到哥白尼体系比托勒密体系远为优越，这促使伽利略从信奉托勒密理论向信任哥白尼学说之转变。1613年，伽利略所写《关于太阳黑子的信》在罗马发表，在信中，伽利略明确表示了对哥白尼学说的支持。1616年，伽利略依据地球的运动写了一本阐述潮汐理论的书送到红衣主教奥西尼手中。所有这些触怒了教会，并被提交法庭。1616年2月19日，经宗教法院审查做出裁决：太阳是宇宙的中心、静止不动的命题，在哲学上是愚蠢和荒谬的，它在许多地方与《圣经》所表达的意见相抵触，因此在形式上是异端；地球不是宇宙中心、它不断作整体和周日运动的命题在哲学上也是愚蠢和荒谬的，考虑到神学的真实性，它至少在信仰上是错误的。2月24日，伽利略得到警告：不可再坚持被谴责的上述命题或为它辩护，否则，将要受到惩处。3月5日，经教皇批准，教会发布了一条教令，凡认为太阳静止、地球运动是真实的，或认为这种观点与《圣经》并不相悖的著作列入“禁书”。

对于教会的裁决与警告，伽利略内心不服，但出于各种原因，暂时保持沉默，把精力转移到其他方面之研究上去。后来，开普勒的行动鼓舞了伽利略，1624年至1630年伽利略又恢复了自己“关于潮汐对话”的写作。为了避免可能的麻烦，伽利略采取三人对话的形式来讨论托勒密学说与哥白尼学说哪个正确的问题，而不直接陈述伽利略本人之观点。书取名《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。经过一番波折，于1632年3月出版，但不久被人告发。8月，罗马宗教法庭下令停止该书出售，伽利略被传受审。经几次审讯，1633年6月22日，判定伽利略为重大“异端”嫌疑，处以终身监禁。

《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》用意大利方言写成，以使更多的意大利人读懂，而不只是为拉丁学者而写；对哥白尼宇宙学的优点给予精彩陈述，并有望远镜的证据支持。针对哥白尼学说遭到的主要责难——“既然地球在围绕太阳运动，为什么我们生活在地球上的人一点也感觉不到自己在运动？”伽利略观察与研究了各种自然现象，特别是仔细观察与研究了在平稳的船舱内的力学现象。伽利略注意到，把人关在大船的船舱里，观察桌上摆着的小球、小碗里的鱼、飞行的苍蝇，或者自己在船舱里跳跃，扔东西，不管船以何种速度前进，只要运动是匀速的，而不是忽快忽慢、忽左忽右摆动，你就无法从其中任何一个现象来确定：船是运动还是停着不动。伽利略指出：既然在船上的人无法通过在船内发生的现象来判断船是静止的还是在运动，那么，生活在地球上的人当然也就无法通过地球上发生的现象来判断地球是静止的还是在运动的。这就回答了哥白尼学说的反对者对地动说的责难。伽利略的这一思想，后来被称为伽利略相对性原理。它可以概括地表述为：在惯性系内进行的任何力学实验都无法判断所在惯性系是处于静止还是匀速运动状态；或者说，在不同惯性系内，力学现象的规律是一样的。

（三）开普勒确立行星运动三大定律对哥白尼学说的发展

开普勒（1571年—1630年）生于德国南部瓦尔城一个新教徒家庭，从小体弱多病，三岁时得过天花，使眼睛受损，高度近视，一只手半残。但他勤奋努力，智力过人，一直靠奖学金求学。1587年进入杜宾根大学学习神学与数学。杜宾根大学的天文学教授米切尔·麦斯特林（1550年—1631年）是哥白尼学说的同情者；他在公开教学时讲授托勒密体系，但对自己亲近的学生则宣传哥白尼体系。开普勒从他那里得知哥白尼学说后，立即成为哥白尼的拥护者。

开普勒毕生是一个狂热的毕达哥拉斯主义者，对数学的爱好、对自然界的和谐的神秘感受，始终支配着他对天空奥秘的探索活动。正是哥白尼体系那令人赞叹的数学的和谐和美，使他直觉到它就是真实的宇宙图景。1600年1月，开普勒应邀到布拉格近郊的贝纳泰克天文台任第谷·布拉赫的助手。1601年第谷·布拉赫病逝后，开普勒成了第谷·布拉赫遗愿的执行人；在整理第谷遗下的大量资料时，开普勒根据第谷的观测资料提出了行星运动三大定律，完善了哥白尼日心说体系。

第谷·布拉赫（1546年—1601年） 出身于丹麦的一个贵族家庭。1572年11月 11日，第谷发现仙后座中的一颗新星（银河系的一颗超新星），第二年发表论文《新星》，后来受丹麦国王腓特烈二世的邀请，在汶岛建造天堡观象台，建造了许多大型精密的天文仪器。

第谷对天文学的贡献是不可磨灭的，他利用当时最先进的观测技术，广泛、系统、细致、精确地观测万象，达到了那个时代的最高峰，几乎包罗了望远镜发明之前肉眼所能观测到的全部天象。第谷编制的一部恒星表相当准确，至今仍然有使用价值。第谷·布拉赫曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系：地球静居中心，行星绕太阳运行，而太阳则带领行星绕地球运转。

面对第谷留下的大量的天文资料，开普勒把自己的着眼点首先放到寻找行星运动的规律上。他发现第谷对火星运动的观测值与由哥白尼学说推算出来的数值间相差8分，就是0.133度。开普勒坚信第谷观测的可靠性，从而怀疑古老的圆形轨道有问题。他试着用椭圆轨道代替圆形轨道，这样推算出的火星轨道位置与第谷观测值差不多吻合。据此他发现了椭圆形轨道是太阳系行星运动的真实轨迹。太阳不是处在圆形轨道的中心而是位于这些椭圆轨道的一个焦点上，这就是行星运动的第一定律。

第一定律又称椭圆轨道定律，定律指出：“所有行星分别沿不同大小的椭圆轨道绕太阳运动，太阳处于椭圆的一个焦点上。”

开普勒进一步计算表明，行星绕太阳旋转的线速度不是均匀的。行星的运动服从面积定律，即单位时间内行星的向径所扫过的面积相等，这就是行星运动的第二定律。

第二定律又称面积定律，定律指出：　“在行星运动时，联结行星和太阳的线，在相等的时间内，永远扫过同样大小的面积。”

1609年开普勒把这两个定律写进了他著的《新天文学》一书，以后经过10年的艰苦研究，他又发现了行星运动的第三定律。第三定律又称周期定律，定律指出：“任何两行星公转周期的平方与此两行星轨道长半轴的立方成正比。”第三定律发表在1619年出版的《宇宙的和谐》一书中，这也是自然科学发展史上第一次用数学语言定量地表述一条物理定律。

开普勒由于发现行星运动三定律而名垂青史。这与他继承他的老师第谷·布拉赫的全部科学遗产——丰富而精确的天文观测资料有密切关系。人们评论说：第谷·布拉赫是“看”的老师，而开普勒则是“想”的学生。

哥白尼的宇宙模型经过开普勒的修正以后，才真正体现出几何学的简单性和完善性，体现出自然秩序的和谐。行星运动三定律很好地描绘了太阳系的运动学特征，同时也把行星运动的动力学问题提了出来，开普勒在《火星的运动》一书中记述了他所发现的天体之间的引力规律。1620年，开普勒还出版了《哥白尼天文学简述》一书，对哥白尼学说之普及起了推动作用。