哥白尼(Nicolaus Copernicus，1473～1543) 是偉大的波蘭天文學家，日心說的創(chuàng)立者，近代天文學的奠基人。

　　1473年2月19日生于波蘭維斯瓦河畔的托倫城。10歲喪父，由舅父瓦琴洛德扶養(yǎng)。18歲時進克拉科夫大學，在校受到人文主義者、數(shù)學教授布魯楚斯基的熏陶，抱定獻身天文學研究的志愿。三年后轉回故鄉(xiāng)。當時已任埃爾梅蘭城大主教的瓦琴洛德，派他去意大利學教會法規(guī)。1497～1500年間他在波洛尼亞大學讀書，除教會法規(guī)外，還同時研究多種學科，尤其是數(shù)學和天文學。對他最有影響的老師是文藝復興運動的領導人之一、天文學教授諾法臘。

　　哥白尼在意大利的時候，因他舅父的推薦，于1497年被選為弗龍堡大教堂僧正。1501年他從意大利回國，正式宣誓加入神父團體，但隨即又請假再次去意大利。先在帕多瓦大學，同時研究法律與醫(yī)學。1503年，在費拉拉大學獲得教會法博士學位。1506年，哥白尼從意大利回到波蘭。1512年他舅父死后，他就定居在弗龍堡。作為僧正的哥白尼，職務是輕松的。他把大部分精力都用在天文學的研究上。

　　哥白尼從護衛(wèi)大教堂的城墻上選一座箭樓做宿舍，并選擇頂上一層有門通向城上的平臺作為天文臺。這地方后來被稱為“哥白尼塔”，自十七世紀以來被人們作為天文學的圣地保存下來。

　　在歐洲中古世紀，天文學的宇宙模型是托勒密的地心體系。這種體系認為地球靜止地居于宇宙中心，太陽、月球、行星和恒星都繞地球轉動，故又稱“地球中心說”、“地心說”或“地靜說”。這一學說最初為歐多克斯和亞里士多德所倡導。后來，古希臘學者阿波隆尼提出本輪均輪偏心模型。約在公元140年，亞歷山大城的天文學家托勒密在《天文學大成》中總結并發(fā)展了前人的學說，建立了宇宙地心體系。這一體系的要點是：①地球位于宇宙中心靜止不動。②每個行星都在一個稱為“本輪”的小圓形軌道上勻速轉動，本輪中心在稱為“均輪”的大圓軌道上繞地球勻速轉動，但地球不是在均輪圓心，而是同圓心有一段距離。他用這兩種運動的復合來解釋行星視運動中的“順行”、“逆行”、“合”、“留”等現(xiàn)象。③水星和金星的本輪中心位于地球與太陽的連線上，本輪中心在均輪上一年轉一周;火星、木星、土星到它們各自的本輪中心的直線總是與地球—太陽連線平行，這三顆行星每年繞其本輪中心轉一周。④恒星都位于被稱為“恒星天”的固體殼層上。日、月、行星除上述運動外，還與“恒星天”一起，每天繞地球轉一周，于是各種天體每天都要東升西落一次。

　　托勒密適當?shù)剡x擇了各個均輪與本輪的半徑的比率、行星在本輪和均輪上的運動速度以及本輪平面與均輪平面的交角，使得按照這一體系推算的行星位置與觀測相合。在當時觀察精度不高的情況下，地心體系大致能解釋行星的視運動，并據(jù)此編出了行星的星歷表。按照這個理論預報日食、月食準確度達到一兩個小時之內(nèi)。既然本輪—均輪學說與人們當時對天體觀測的各種數(shù)據(jù)相符合，又能預報一定的天象變化，這樣的地心說，就不是一種猜想的理論，而是一種唯象的理論，盡管這個理論還未揭露現(xiàn)象的真實結構?！舅^科學，就是能夠解釋當前所觀察到現(xiàn)象的理論，它未必是唯一的，也可能是不符合客觀事實的，它只對感覺負責，只要感覺是來自觀察，而不是憑空猜測，這樣的一種理論仍然可算是科學。在辯證唯物主義中，這叫相對真理?！靠墒牵S著觀測精度的提高，按照這一體系推算出的行星位置與觀測的偏差越來越大。他的后繼者不得不進行修補，在本輪上再添加小本輪，以求與觀測結果相合?！究茖W就是這樣，首先對既有理論進行修補以符合客觀事實，直到無法再自圓其說，才考慮提出新的代替理論，科學史就是這種過程的一部歷史，科學精神就是這樣一種精神?？茖W與科學精神是有區(qū)別的?！?/p>

　　然而，歷史上并不是只有地心說這一理論?！緩墓胖两?，所有的能夠解釋現(xiàn)象的理論都是一種假說。解釋同一現(xiàn)象的理論并非只能有一種，而可能有多種，在新的例外的感覺出現(xiàn)之前，這些理論都可以看作是科學理論?！吭诠诺鋾r代，畢達哥拉斯學派認為地球是球形的，并作了地球運動的第一個推測。亞歷山大的天文學家阿利斯塔克(Aristarchus of samos，公元前310～230)繼續(xù)發(fā)展了這個主張，他不但認為地球是圓形的，而且巧妙地運用希臘人的數(shù)學工具——幾何學，測量了地球、月亮、太陽及其相互距離的相對大小。這個測量記載于他的著作《論日月的體積和距離》一書中。阿利斯塔克在計算的基礎上提出日心說，阿基米德在《沙數(shù)計算》一書中引述他的觀點時寫道：“行星與地球沿以太陽為中心的圓周繞太陽運動，而恒星所在的天球的中心與太陽中心相符合。”那么為什么在地球上看不到恒星的視位置發(fā)生變化?阿利斯塔克解釋道，因為恒星離地球的距離比太陽離地球的距離無可比擬地遙遠。可見他對于天體的分布及其位置關系已有了比較正確的認識。但是，這個理論在當時的條件下過于激進了，沒有被人們接受。因為：①它與人們的直覺經(jīng)驗直接沖突;②它與希臘人的主要哲學觀點——亞里士多德的天地迥然不同論相沖突，如果接受了它就等于把天上的“不朽之物”與地上的“朽物”視為等同，并把天上獨有的完美的圓周運動看作是地球也具有的;【這正是形而上學的精神所在，認定一個先驗的前提，這個前提不容挑戰(zhàn)，其原因就是形而上學的本質(zhì)就是經(jīng)驗之外的哲學。】③它與當時希臘的力學觀念相沖突，如果地球是運動的，為什么地上物體或云彩不向后漂移呢?④它還不能解釋行星的復雜運動，也還沒有足夠的實驗證據(jù)，基本上仍然是一個猜想的理論?！静孪胧强茖W永恒的主題，離開了猜想，科學也就難以前進一步。下面會反復證明這個觀點?！窟@說明一個理論盡管它實質(zhì)上是正確的，但如果它對許多現(xiàn)象不能提出合理的解釋，它就很難被人們接受?！靖绨啄岬娜招恼f也逃脫不了這個規(guī)律，其學說推出后長久的一段時間內(nèi)，仍然有大量不能解釋的現(xiàn)象，這不能簡單地歸結為宗教禁錮的原因?！?/p>

　　從歐多克斯、亞里士多德、阿波隆尼、希帕克到托勒密，經(jīng)過這樣一段發(fā)展的時期，地心說體系建立了。這個體系是歷史的產(chǎn)物，是總結幾千年觀察與測算的成果。用一個統(tǒng)一的宇宙模型說明天體的復雜運動，在歷史上有它的積極意義?！镜匦捏w系有歷史的合理性，它的建立本身也是基于科學的精神，盡管當今科學已經(jīng)否定了這種理論，但在科學精神的意義上說，它仍然是科學體系整體不可缺少的環(huán)節(jié)。事實上，科學史證明，科學的發(fā)展過程就是象日心說取代地心說一樣反復出現(xiàn)的過程。指責地心說愚昧、迷信、宗教獨裁的工具等等，把它從科學整體中割掉，是不恰當?shù)?，那實際上也閹割了科學的精神。不能理解地心說的精神，也就不能理解科學的精神?！?/p>

　　直至哥白尼的時代，亞里士多德—托勒密的地球中心說早已被基督教會改造成為基督教義的支柱。然而，由于觀測技術的進步，在托勒密的地心體系里必須用八十個左右的均輪和本輪才能獲得同觀測比較相合的結果，而且這類小輪的數(shù)目還有繼續(xù)增加的趨勢。一個理論的體系當它解釋現(xiàn)象時變得愈來愈復雜、愈來愈繁瑣，要求愈來愈多的附加條件，在新的事實面前愈來愈牽強附會，于是懷疑的時刻就會到來。哥白尼的天文學老師諾法臘就批評托勒密體系太繁復、不合數(shù)學和諧的原理，這給哥白尼后來的學說以極大的影響。這些就是哥白尼學說產(chǎn)生的歷史條件。【地心體系的弊端在模型越來越復雜，超出了人們的忍受極限，其復雜程度足以打擊人們的唯美追求，所以拋棄它就成為大家的共識。事實上，把本輪、均輪無限地添加進去，未必不能解釋天體觀測現(xiàn)象，但那樣實在太繁瑣了，一點也不美，沒有絲毫的精神享受?！?/p>

　　哥白尼在意大利時研究過大量的古希臘哲學和天文學著作。他贊成畢達哥拉斯學派的治學精神，主張以簡單的幾何圖形或數(shù)學關系來表達宇宙的規(guī)律?！究茖W的精神就是追求簡單、和諧，古今一致?！克私獾焦畔ＥD人阿利斯塔克等曾有過地球繞太陽轉動的學說，受到很大啟發(fā)?！疚乃噺团d時期的大量成就都是從故紙堆中撿回來，這種現(xiàn)象值得當代國人深思，怎么我們就喜歡拋棄自己古代的東西?】哥白尼分析了托勒密體系中的行星運動，發(fā)現(xiàn)每個行星都有三種共同的周期運動，即：一日一周、一年一周和相當于歲差【地軸的長期運動稱為歲差，而其周期運動則稱為章動。】的周期運動。他認為，如果把這三種運動都歸到被托勒密視為靜止不動的地球上，就可消除他的體系里不必要的復雜性?！疽阅撤N假說為方向，然后羅列證據(jù)以證明之，這是科學手段的不二法門，伽利略、牛頓的科學實踐也符合這個原則?！恳虼耍绨啄峤⑵鹨粋€新的宇宙體系，即太陽居于宇宙的中心靜止不動，而包括地球在內(nèi)的行星都繞太陽轉動的日心體系。 離太陽最近的是水星，其次是金星、地球、火星、木星和土星。只有月球繞地球轉動。恒星則在離太陽很遠的一個天球上靜止不動。哥白尼把統(tǒng)率整個宇宙的支配力量賦予太陽，而各個天體則都有其自然的運動。他系統(tǒng)而明晰地批判了地球中心說，并且從物理學的角度對日心地動說可能遭到的責難提出了答復。

　　哥白尼用了“將近四個九年的時間”與測算、校核、修訂他的學說。他曾寫過一篇《要釋》，簡要地介紹他的學說。這篇短文曾在他的友人中間手抄流傳。但是，他遲遲不愿將他的主要著作——《天體運行論》公開出版。因為，他很了解，他的書一經(jīng)刊布，便會引起各方面的攻擊。批判可能從兩種人那里來：一種人是頑固的哲學家，他們堅持亞里士多德、托勒密的說法，把地球當作宇宙的固定中心;另一種人是教士，他們會說日心說是離經(jīng)叛道的異端邪說，因為《圣經(jīng)》上明白指出地是靜止不動的。當哥白尼終于聽從朋友們的勸告，將他的手稿送去出版時，他想出一個辦法，在書的序中寫明將他的著作大膽地獻給教皇保羅三世。他認為，在這位比較開明的教皇的庇護下，《天體運行論》也許可以問世。

　　除了這篇序之外，《天體運行論》還有另外一篇別人寫的前言。哥白尼當時已重病在身，輾轉委托教士奧塞安德爾去辦理排印工作。這位教士為使這書能安全發(fā)行，假造了一篇無署名的前言，說書中的理論不一定代表行星在空間的真正運動，不過是為編算星表、預推行星的位置而想出來的一種人為的設計。這篇前言里說了許多稱贊哥白尼的話，細心的讀者很容易發(fā)現(xiàn)這是別人寫的。然而，這個“迷眼的沙子”起了很大的作用，在半個多世紀的時間里，騙過了許多人。1542年秋，哥白尼因中風已陷入半身不遂的狀況，到1543年初已臨近死亡。延至5月24日，當一本印好的《天體運行論》送到他的病榻的時候，已是他彌留的時刻了。

　　在《天體運行論》中，哥白尼首先論述了地動說。他從運動的相對性出發(fā)，論證了行星的視運動是地球運動和行星運動復合的結果。他說：“無論觀測對象運動，還是觀測者運動，或者兩者同時運動但不一致，都會使觀測對象的視位置發(fā)生變化(等速平行運動是不能互相覺察的)。要知道，我們是在地球上看天穹的旋轉;如果假定是地球在運動，也會顯得地外物體作方向相反的運動。”[哥白尼：《天體運行論》，科學出版社1973年版，第15頁。]【運動相對性原理是轉換視角的關鍵所在，牛頓的機械唯物論和愛因斯坦的相對論之間的本質(zhì)區(qū)別，就是愛因斯坦堅持運動相對性原理，拋開了絕對的以太，還原科學體系的簡潔性，因為在洛侖茲那里，他實際上已經(jīng)邁到相對論的門坎，但由于堅持牛頓絕對時空觀而大量引入不必要的假設條件，就如地心體系中大量引入不必要的本輪均輪如出一轍，所以說科學史就是反復出現(xiàn)的否定過程?！拷又?，他提出了地球在宇宙中的位置問題，認為地球并不在中心，而是象其他行星一樣距太陽有一段距離，在自己的軌道上運行。他寫道“我們把太陽的運動歸之于地球運動的效果，把太陽看成是靜止的，恒星的東升西落并不受影響。然而行星的順行、逆行、和、留則不是由于行星本身的行動，卻只是地球運動的反映。于是，我們認為，太陽是宇宙的中心。”[哥白尼：《天體運行論》，科學出版社1973年版，第26頁。]此外，他還談到月亮的運動，行星在太陽系中的排列等等。

　　愛因斯坦高度地評價了哥白尼的功績及其對人類認識史的深遠影響。他寫道：哥白尼“對于西方擺脫教權統(tǒng)治和學術統(tǒng)治枷鎖的精神解放所作的貢獻幾乎比誰都要大”，“要令人信服地詳細說明太陽中心概念的優(yōu)越性，必須具有罕見的思考的獨立性和直覺，也要通曉天文事實，而這些事實在那個時代是不易得到的。哥白尼的這個偉大的成就，不僅鋪平了通向近代天文學的道路;而且也幫助人們在宇宙觀上引起了決定性的變革。一旦認識到地球不是世界中心，而只是較小的行星之一，以人類為中心的妄想也就站不住腳了。”[《愛因斯坦文集》第一卷，商務印書館1976年版，第601頁。]

　　然而，值得注意的是，哥白尼的太陽中心說并不是無懈可擊的。他不能解釋：為什么人們感覺不出地球的運動?地球既然自轉，地球上的物體下落何以不產(chǎn)生偏斜?哥白尼還不能擺脫亞里士多德哲學的束縛，他接受了圓運動是天體最完善的運動方式的觀念，因而在哥白尼的體系里，一切行星都沿圓周運動，而宇宙則是所謂最完善的、有限的球形。所有這些缺點和不完善的地方，隨著自然科學的發(fā)展，都不斷地得到了修正。

　　《天體運行論》出版后很少引起人們的注意。一般人不能了解，而許多天文工作者則正如奧塞安德爾所說的那樣，只把這本書當作編算行星星表的一種方法?！短祗w運行論》在出版后七十年間，雖然遭到馬丁·路德的斥責，但未引起羅馬教廷的注意。后因布魯諾和伽利略公開宣傳日心地動說，危及教會的思想統(tǒng)治，羅馬教廷才開始對這些科學家加以迫害，并于公元1616年把《天體運行論》列為禁書。