地球的天空 : 哥白尼、第谷、开普勒和伽利略如何发现现代世界

十六世纪，欧洲轮番上演着可怕的内乱和血腥的起义，但这个乱世中生活着四位钟情于仰望苍穹之人。尽管四人的民族、年纪、宗教信仰和社会阶层各异，但皆因一个奇妙的发现而彼此关联，而这个让人难以置信的发现又成为那个暴乱、迷狂时代其他各方面社会变革的先声。这一发现有力地把四人的精神凝聚在一起，尽管他们并不都生活在同一时代或同一个地方，但彼此在精神上相互联结，形成了父子或兄弟般的关系。当四人通过著作、信件或会面等方式彼此相遇并建立联系时，这种感觉极像亲人久别重逢后的亲切感。他们把从兄弟姐妹、孩子和妻子那里学到的责任意识，给予彼此。和多数家族一样，四人之间充满着友爱，但也出现过很多不快。和所有家族一样，他们的剧本很长，远非任何一个人所能独自演绎完成。
接下来，我会从一个波兰小男孩儿脑际闪过的白日梦，一路讲到那场世纪审判中盛大的世界舞台，等待他们的是来自当时强大的政治力量的判决。剧本的主角早已家喻户晓，在此只需提及他们各自的大名即可：尼古拉·哥白尼（Nicolaus Copernicus）、第谷·布拉赫（Tycho Brahe）、约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）和伽利略·加利莱伊（Galileo Galilei）。他们发现了现代意义上的地球，一颗转动的地球，同时还发觉现代生活自身存在令人不安的状况。他们的故事并非个别天才的传奇。从个别天才的传奇角度讲述的故事虽不一定就有失偏颇，但的确遮蔽了其他更为重要的事实。他们的故事是一部世代相传的史诗，也是非比寻常的家族式传奇。              

望远镜发明之前，人们只能凭借肉眼观察和理解可见天空中的现象。那么，十六世纪的四个人——他们分属不同的民族、年代、宗教和阶级——又是如何协作得出地球绕太阳旋转的结论的呢？凭借这个“颠倒乾坤”的发现，他们为当代的世界创造了条件，也为现代社会埋下了种子。
 《地球的天空 : 哥白尼、第谷、开普勒和伽利略如何发现现代世界》一书是对这个“天文学之家”——尼古拉·哥白尼、第谷·布拉赫、约翰内斯·开普勒和伽利略·伽利莱伊——的近距离考察。作者巧妙地把这几位天文学家置于他们所在的时空之中，展现了历史上推动科学不断发展的知识巨擘们深刻的代际关联，同时也揭示了他们独特的个性，以及如何在彼此互动的过程中为我们带来了日心说的宇宙模型。

望远镜发明之前，人们只能凭借肉眼观察和理解可见天空中的现象。那么，十六世纪的四个人——他们分属不同的民族、年代、宗教和阶级——又是如何协作得出地球绕太阳旋转的结论的呢？凭借这个“颠倒乾坤”的发现，他们为当代的世界创造了条件，也为现代社会埋下了种子。
 《地球的天空 : 哥白尼、第谷、开普勒和伽利略如何发现现代世界》一书是对这个“天文学之家”——尼古拉·哥白尼、第谷·布拉赫、约翰内斯·开普勒和伽利略·伽利莱伊——的近距离考察。作者巧妙地把这几位天文学家置于他们所在的时空之中，展现了历史上推动科学不断发展的知识巨擘们深刻的代际关联，同时也揭示了他们独特的个性，以及如何在彼此互动的过程中为我们带来了日心说的宇宙模型。

S.福伯（L.S.Fauber），毕业于美国纽约巴德学院，现在加州大学河滨分校攻读计算机学博士学位，同时在该校讲授计算机和物理学课程。

主角出场 001

尼古拉·哥白尼
生于旧世界的哥白尼 005
瓦岑罗德家族的衰落 023
针锋相对 027
位哥白尼主义者 037
《初释》 042
初的异议 045
再释 049
离世 057

第谷·布拉赫
 新星 063
特权的重负 069
汶岛 079
“乌拉妮娅”这些年的变化 082
荆棘路上的宝藏 095
暴发户 103
与过去作别 108
外面的世界 111
陌生人的来信 116

约翰内斯·开普勒
 父亲、儿子和鬼魂 121
神学转向 129
判断 140
寄出的信 144
渴求和谐 147
“小熊”的眼睛 152
两个家族 154
疯子 165
时来运转 171
天文学之战 177
跃升 184

伽利略·加利莱伊
 下降 193
向上离开穹顶 197
学生 202
霍基的奥德赛 210
友谊重燃 220
为万物命名 223
新人 229
二人垂死的友谊 237
为万物重新命名 242
夜幕初降 248
动物 255
葡萄酒和女人 261
冬去春来又一冬 277
城门的另一边 288
糟糕的回忆 299
和平鸽 301
火之舌 305
死亡与花园 310
潮起潮落 315
黄金时代的作品 321
顾家的男人 342
对话 346
导师 354
留白 364
暗无天日 367
混乱中的后四件事 373

附录　新天文学诞生的七支小插曲 383
进一步阅读指南 411
参考文献 415
注释 429

望远镜发明之前，人们只能凭借肉眼观察和理解可见天空中的现象。那么，十六世纪的四个人——他们分属不同的民族、年代、宗教和阶级——又是如何协作得出地球绕太阳旋转的结论的呢？凭借这个“颠倒乾坤”的发现，他们为当代的世界创造了条件，也为现代社会埋下了种子。
 《地球的天空 : 哥白尼、第谷、开普勒和伽利略如何发现现代世界》一书是对这个“天文学之家”——尼古拉·哥白尼、第谷·布拉赫、约翰内斯·开普勒和伽利略·伽利莱伊——的近距离考察。作者巧妙地把这几位天文学家置于他们所在的时空之中，展现了历史上推动科学不断发展的知识巨擘们深刻的代际关联，同时也揭示了他们独特的个性，以及如何在彼此互动的过程中为我们带来了日心说的宇宙模型。

S.福伯（L.S.Fauber），毕业于美国纽约巴德学院，现在加州大学河滨分校攻读计算机学博士学位，同时在该校讲授计算机和物理学课程。

年少的尼古拉·哥白尼看上去身材瘦长、相貌平平，此时的他没什么远大理想，也无意打扰任何人。哥白尼酷爱数学，寡言少语，不喜欢剪头发。
1491年秋，哥白尼收拾行装，准备离开打小生活的托伦（Toruń），开启一段沉思之旅。此时，他的心中已经埋下了一个令人不安的想法，这个想法与他酷爱的天文学相关，即地球可能在动。哥白尼此前也没有时间深入琢磨这个问题，但现在他正准备上大学，而大学是中世纪为数不多能够提升知识水平的地方之一。哥白尼的外表并不出众。如果流传下来的他的画像多少有些靠谱的话，那他看上去憨憨的，小嘴得自母亲，眼睛周围一大圈的白色，映衬得脸部其他地方看上去好像没洗干净似的。哥白尼的外表实在是不惹眼，就连他骑马沿波兰的村镇往南走了两天都没引起他人注意。接下来，他将在克拉科夫大学（University of Kraków）开启自己的成年生活。
我们与哥白尼身处不同时代，比起空间上的陌生感，他生活的时代更让我们感到陌生。哥白尼沿途经过的是旧世界：局促、粗鄙、荒诞不经。这些地方没有鳞次栉比的建筑，没有大城市，也没有冒着浓烟的工厂。当时还没有唤作“美国”的地方，也没有灯泡、疫苗和廉价的钢材，更没有民族主义、世俗的国家、精准的钟表和女权主义，也几乎没有枪支、咖啡，书籍也很少，更谈不上民主。但至少，一个经济繁荣的城镇会配备新式机械驱动的谷物磨坊来满足居民的需要，而顽童、麻风病人和声名狼藉的妇女也能在树荫下闲逛；此番景象可算作现代性诞生的丝迹象。1
途经肥沃的维斯瓦河（Vistula River）附近时，哥白尼看到身后远去的世界满是棚屋堆砌的乡村，此情此景令人感慨。村里多数都是农民，而多数农民又相当贫困。哥白尼发现，他们几乎一无所有：一头奶牛、一头猪、一只母山羊和一袋谷物，这些能够给他们带来的只是自制奶酪和黑面包这样的粗茶淡饭。2农民们这点微薄的收入中，每周劳作一天才能交上的那点儿食物税，径自流进了忘恩负义的贵族阶层的腰包。有新婚的农民在妻子的鼓动下，双双逃离村庄去外面寻找更好的生活，但总是不到半年就沮丧而归，被罚去耕种那些荒芜、贫瘠的土地。他们别无选择。
贫困的境遇让许多农民快要揭竿而起，在远离天主教大本营罗马的国家和地区尤甚。中世纪的欧洲正是在罗马天主教信仰下有序组织起来的。在当时，所有欧洲人生来便是天主教教徒，少数被各国强制要求从事银行业的犹太人除外，他们被禁止从事其他“正当”行业，不得不从事被基督教国家认为是“罪孽”的银行业。所有贫困的小镇都建有矮小的石头教堂，其高度仅能容人站立，窗户上也没有彩色玻璃，普通平民挤在这里聆听圣言。对普通人来说，教会不仅仅是宗教组织，更是他们理解自身社会属性的场所。从神圣的婚礼到国王的加冕礼，从孩童的洗礼再到神职人员的任命，在每一场公共仪式和典礼上，上帝均与众人同在，每个周日，上帝都会用《圣经》里动人的话语为众人带去安慰。教会抚慰着农民的心灵，并引导他们带着虔信过上了诚实、平静而喜悦的宗教生活。
在这个贫困的国家，一个教区有位能读会写的教士是一件幸事。在理想情况下，教士是天主教社群的智慧之源，上帝将知识托付给他们，这些知识混杂着淳朴信仰里的道德和习俗。哥白尼早已精通拉丁语，他身边的人都期待他的大学冒险之旅能让他顺利地在教会中谋得职位。到十八岁时，哥白尼已经满脑子都是普通人不愿相信的知识。
哥白尼知道，毕达哥拉斯（Pythagoras）是位提出数学是理解自然的枢机的古人。3这个观念让信奉希腊神秘主义的毕达哥拉斯激动不已，他甚至还组建了一个与此相关的异教派别。这个教派告诉所有成员永远不要吃豆子，据说某个成员还因为证明2的平方根不是分数而被教派淹死了，所以人们自然会认为他们有些疯狂。不过，他们的“数学可以用来理解自然”的这一学说却是理智的产物。紧随其后的是柏拉图（Plato）及其学生亚里士多德（Aristotle），他们流传下来的作品涵盖了所有的学科分支，每一位钻研拉丁语和希腊语的学生都会阅读。亚里士多德的哲学与中世纪的释经学繁复地交织在一起，唯有哥白尼所做的研究才能将二者明确区分。亚里士多德把世界划分为物理学和形而上学等领域，前者研究流变的现象，后者研究不变的现象，形而上学就像教会一样充当着沟通物质世界和超然的神性之间的神圣媒介。亚里士多德甚至把形而上学唤作“神学”。他说，物理学关注地上的生灵，它们肮脏、散发着难闻的味道且易朽；形而上学则关注月亮之上的完美事物。月亮之上的事物可能会运动，但运动方式已被“推动者”〔first mover，也作“不动之动者”（古希腊语：? ο? κινο?μενον κινε?；罗马语：ho ou kinoúmenon kineî；直译：动而不动的东西）或“原始推动者”（拉丁语：primum movens）是一个由亚里士多德提出的概念，作为个因果关系的原因，或称“自存因”“宇宙内所有运动的推动者”“推动力”。正如名称中隐含的那样，不动之动者可以在本身并不被任何此前的动作所影响的前提下，移动其他事物。——译注〕先行决定了，因而不会发生改变。希腊人称推动者为“理法”（Logos）、“理性”（Reason）、“上帝的神圣之言”（Divine Word），而虔诚的天主教教徒称之为“上帝”。
亚里士多德还认为，太阳绕着地球转，但他并未对此进行过多解释，因为就连小孩子都能明白这一事实。只要举头一望便知，太阳显然在移动。
哥白尼继续出发向南前往克拉科夫，头顶的太阳也跟着在巨大的弧形轨道上移动着。阳光穿过褐色的枫树林，斑驳地洒在维斯瓦河静谧的蓝色水面上。农民们沿着犁沟踱着步子播撒秋天可以收获的啤酒花和大麦种子，他们比其他人都更清楚太阳是如何移动的。农民的作息深受太阳日常移动的影响，他们认为太阳这个巨大的圆盘每24小时绕地球一圈，由此产生了昼夜交替。他们还相信，太阳每年也会绕另外一个圆形轨道运动，因此，一年中某些日子的昼长会比其他日子短一些。这个年度轨道产生了四季轮回，产生了四季中的寒雪、翠绿的植物、潮湿的夜晚和红叶。天文学家偏爱花哨的名字，他们把太阳每年走过的轨道称为黄道（ecliptic），因为只有在这条轨道上才会出现日食（eclipse）。黄道又名黄道十二宫（zodiac）或者“圆形动物园”，因为它是由十二个动物命名的星座组成的圆形环带。如果一个农民对太阳的移动和季节的交替毫无察觉，那么他将面临庄稼歉收、家人饿死的风险。
临近克拉科夫时，城市的气息扑面而来：教堂越来越敞亮，人也越来越富有，道路变得破旧，空气中也满是商业气息。穿过繁华的城郊，哥白尼来到了城北高耸入云的红顶防御工事前，另一头的远方是位于托伦的故乡。克拉科夫老城方圆不过1英里（约1.6千米），但这座城市的思想意味着无限的未来。哥白尼进了城，来到了大学。他要找寻新的生活方式。
1491年的克拉科夫大学已是欧洲名列前茅的大学之一。4它同其他大学相比并没有什么特别之处，几栋狭窄的建筑挤在城市的西北角，来此求学的学生至多不过数百名。中世纪大学的前身是修道院，它首先是研究神学、保存文化的地方。其次，大学也研究语言学和修辞学，这是学习《圣经》和古典文献翻译的基础学科。这个令人崇敬的知识阶梯的底层是科学（当时称“自然哲学”）和数学，它们并不附带什么文化价值。尽管学科之间存在等级制度，但所有的学科都受人尊敬，它们笼统地被称为“博雅教育”（liberal arts），因教授对象为自由人而得名。在博雅教育里，教堂赞美诗或宗教圣像的美学价值，会体现在匀称的多边形中；分析哲学的强大逻辑也体现在诗歌的韵律中。世界的知识曾被粗暴地分割为不同的范畴，但人对世界的经验并非如此（这里指的是知识有类别，但人对世界的经验却无法做出这种区分，哲学家们经常从这个角度对比经验和
知识）。
和每一位早期的人文主义者一样，哥白尼拥抱着跨学科的博雅教育。他这样写道：“多样性带来的愉悦胜过一切。”5在如此氛围之中，他去参加天文学讲座又有什么值得大惊小怪的呢？克拉科夫大学有一位怯生生的教授，脸上长满了喧宾夺主的胡子，他与哥白尼是同一类学者。6这位教授开设了一门理论天文学课程，该课程断言地球静止不动，并解释了该世界观隐含的令人畏惧的所有细节，其中令人不寒而栗的，是行星那诡秘的行踪，用浪漫的基督徒们的说法则是“神圣的运动”（the divine revolutions）。
十五世纪的天文观察者们尚未发现透镜的作用，他们仅凭肉眼观测这些神圣的运动。仰望星空，天文观察者们能看见除太阳外还有六颗漫游的行星7：水星、金星、火星、木星、土星以及月球。这六颗行星并不像太阳那样以正圆轨道绕地球运行，而是表现出各种恼人的运动：纵横交错、静止、变大以及远离等。这些恼人的运动被称为逆行（retrogression），相应的拉丁语表示为“倒退”。毫不夸张地说，这种现象从一开始就困扰着天文学家。古埃及人认为“行星”喝醉了酒。

观察到的火星在处女座附近的逆行现象。两个点之间的时间间隔为10天。
哥白尼学到的知识告诉他，自天文学诞生开始一直到他所处的时代，预测这些恼人的逆行几乎就是天文学的全部宗旨。亚里士多德提供了哲学资源，但直到五百年之后，生于亚历山大城的克罗狄斯·托勒密（Claudius Ptolemy）才提供了相关的预测。而对于像哥白尼这样的人来说，真正有趣的事才刚刚开始。
正当罗马帝国走向衰落之际，托勒密写作了集希腊天文学知识之大成的《至大论》（Almagest）。《至大论》对哥白尼所处的中世纪欧洲文明的影响怎么强调都不为过：阿拉伯人尊称它“伟大之至”，欧洲人也沿用了这一尊称。《至大论》运用数学技巧长篇论证了地球是静止不动的，几乎所有学者都把这个结论当作真理，它深深地植根于学者们的思想中。尽管纯属推论，但《至大论》仍是一本杰出的科学著作；这是一本兼具美感、实用性和技艺的书，其中包含了个看似可信的天文学预测方法，该方法仅运用了几何学，巧妙地对行星运动做出了创造性解释。

托勒密体系中单个行星绕地球旋转示意图。
托勒密通过简单地增加本轮数量来解释行星惹人心烦的逆行。他并未假设其他行星像太阳一样每年以正圆轨道（均轮）绕地球旋转，而是假设行星运行在另一圆形轨道上，该圆形轨道被称为本轮（epicycle），而本轮自身也在绕地球做圆周运动。行星在本轮上的运动类似一个小旋转木马，而这个小旋转木马又位于一个更大的旋转木马之上。本轮与均轮相结合的圆周运动，引入了带有倾角和闭环曲线的行星轨道，轨迹看上去就像花瓣一样。从未有人指出兰花形状的轨道从物理学上讲是荒谬的，不过这丝毫不奇怪，因为人们认为行星轨道与物理学没有一点儿关系。

托勒密模型，我们从中可以看到本轮数量从零个增加到两个的变化过程。
虚线代表了行星绕地球旋转的轨道。
哥白尼为优美的托勒密体系所倾倒。托勒密体系流畅、灵活，“完美，几近完美”，哥白尼感叹道。8一代代天文学家不断完善托勒密体系，增删一些本轮，其实，每颗行星搭配一个本轮，就足以提供连贯且令人信服的天文学预测了。
哥白尼越是学习天文学知识，内心的怪异感就越发强烈。身为一名颇有成就的天主教神职人员，花些时间熟悉天文学是明智的，但哥白尼花在天文学上的时间之长，足以见得他远非为了宗教事业和信仰去追求天文学。哥白尼喜欢数学纯粹出于兴趣。“所有好的学问和知识都能让我们远离罪恶，”他写道，“天文学和数学知识还能为精神提供意想不到的愉悦。”9
哥白尼对天文学课程的喜爱程度远超其他学科，他渴望从天文学的起源汲取这门学科知识，但他遗憾地发现，熟练掌握古希腊文并非一朝一夕的事情。托勒密《至大论》拉丁文译本很少，但哥白尼还是决定去市中心的一家书店碰碰运气。他在这里购得了古希腊几何学经典，即欧几里得（Euclid）的《几何原本》（Elements）的首版拉丁文译本10，还买到了《方位表》（Table of Directions），作者是雷吉奥蒙塔努斯（Regiomontanus），封面上印着耶稣的婴儿时期形象。11
对于哥白尼来说，阅读雷吉奥蒙塔努斯的著作与阅读欧几里得、托勒密和亚里士多德的著作有些不同。雷吉奥蒙塔努斯并不是古板的希腊人；他是一位快乐的德国人，当时已过世近二十年。他与自己的老师格奥尔格·普尔巴赫（Georg Peurbach）用一生的时间共同书写了崭新的欧洲现代天文学家勇于质疑古人的神话，这个神话既寓意丰富，又变成了现实。
1453年，年轻的格奥尔格·普尔巴赫成了维也纳大学的教授。但学生们对天文学鲜有兴趣，无奈之下，他只好教起了拉丁文诗歌。格奥尔格酷爱阅读，他如饥似渴地阅读托勒密和阿拉伯科学家的著作，很快，听他讲课的学生就坐满了整间教室。1453年8月，三十岁的格奥尔格举办了欧洲场大型行星理论公开讲座。
雷吉奥蒙塔努斯坐在昏昏欲睡的听众中间，机敏而认真地做着笔记。在当时，乡下男孩儿鲜少接受大学教育，因此，雷吉奥蒙塔努斯算得上是另类，其父辈靠经营磨坊所得供他进入大学学习。有人揶揄其农村出身，给他起了个绰号叫“山腰”。雷吉奥蒙塔努斯本名是约翰·穆勒（John Muller），是格奥尔格得意的门生。毕业之后，雷吉奥蒙塔努斯也在维也纳大学获得了教职，师生二人从此携手并进。在接下来的四年时间里，两位学士（雷吉奥蒙塔努斯曾获得硕士学位）相互扶持，并肩工作。他们合作的终结晶就是《托勒密〈至大论〉摘要》（Summary of Almagest，下文简称《摘要》），旨在将托勒密那艰深的经典之作变得更容易为欧洲人所理解。《摘要》的编排颇费心思，不仅对托勒密的《至大论》进行浓缩，而且还对他的一些看法进行更改，抛弃了错误的观察结果，增加了详尽的数学证明。他们在小心翼翼地复述托勒密观点的同时，也在其书中添加了少许大胆的修正。
普尔巴赫教授一心扑在工作上，当二人的工作推进到书的第六章时，他居然丝毫没有注意到自己即将不久于人世。雷吉奥蒙塔努斯在《摘要》的前言里回忆了普尔巴赫教授离世时的情景，哥白尼不久之后就会读到以下这段话。雷吉奥蒙塔努斯写道：“回忆悲伤而苦涩……”
老师猝然离世之前，攥着我的手，头枕在我的腿上说道：“永别了，我亲爱的约翰。永别了，如果你往后还能记得老师，就请一定要完成我未竟的《摘要》。”12
书里的数学公式和抽象的哲学理论，一并升华为二人深厚而坚固的友谊，除了数学家以外，其他所有人都会感到震惊吧。在数学家看来，这些看似朴素的内容往往承载了厚重的情感寄托。
雷吉奥蒙塔努斯竭尽全力实现了普尔巴赫临终时的遗愿，独自完成了他们的合作结晶《摘要》剩余的整理工作。失去了挚友的雷吉奥蒙塔努斯四处游历，过着教书、写作