哥白尼和《天体运行论》

他的前面，是千年的中世纪的黑雾，神学的光环笼罩着四方，使一切科学都变得暗淡无光。而从他开始，科学无情的利剑开始穿破神学的光环，开始有了新的开端。当他的追随者被宗教判决所烧死在罗马时，他及其他的同伴们的思想也如同罗马的火焰一样熊熊地燃烧起来，烧毁了阿奎那和奥古斯丁建立起来的神学体系的支柱——托勒密的地心体系。

他写成了光辉的著作——《天体运行论》，创立了新的学说，千百年来人们一直在追随着它。他的《天体运行论》开辟了人类天文学的新世纪。

这个为人类的科学事业作出了巨大贡献的科学巨擘，就是波兰的科学家

——尼古拉·哥白尼。

欧洲在进入了 14 世纪以后的几个世纪内，在思想文化或政治上都发生了巨大变革和重大发现，其中有三个最为突出：社会制度上向资本主义过渡；文艺复兴运动；新航线和新大陆的发现。

中世纪的欧洲政治上十分黑暗，封建割据造成的城邦分裂对立，严重阻碍了资本主义的自由发展。为此，新生的资产阶级为了自己的生存和发展，而不断掀起反对封建贵族的腐朽落后统治的斗争。最后，由于依靠了广大市民和农民的力量，资产阶级打败了封建贵族，先后建立了统一的以民族为基础的君主专制的国家，从而为代表了生产力更高水平的资本主义的发展创造了有利条件。

此时的波兰——哥白尼的祖国，也基本完成了统一大业，经济迅速恢复发展，各个方面都进入了辉煌时期，出现了前所未有的繁荣景象。这一切，为科学文化和教育的发展起了推动作用。

在夺权、变革的同时，在意识形态领域里掀起了历史上著名的反封建、反宗教的文艺复兴运动的巨浪。它的发源地是意大利，不久就波及到波兰等欧洲国家。文艺复兴运动虽说是从学习古典文化和艺术开始的，但并非是真要复活古代文化，只不过是资产阶级从古典文化中发现了其精神基石——民主思想、探索精神和理性主义等，并以此为武器同宗教与经院哲学所宣称的禁欲主义作斗争。而在这斗争中，酝酿产生了资产阶级的意识形态——人文主义思潮。文艺复兴运动是资产阶级的思想革命，是一次伟大的反宗教、反封建的政治运动。在哥白尼生活的那个时代，文艺复兴运动已进入了高潮。由于文艺复兴运动的发展，西欧国家出现了许多新兴的城市，社会经济

得到极大的发展，但很快市场就饱和了。为了寻找新的市场，许多国家开始了探索通向东方的新航路。

1492 年，受西班牙国王资助的意大利航海家哥伦布到达巴哈马群岛、古巴岛，他误认为那是亚洲大陆东岸，但多年以后，科学家才弄清哥伦布开辟了一条通往新大陆——阿美利加洲的新航线。继哥伦布航行之后，葡萄牙航海家麦哲伦开始了环球航行。他们沿哥伦布的航线到美洲后，绕过南美洲进入太平洋。经菲律宾、摩鹿加群岛、印度洋南部、非洲好望角而历时三年回到西班牙，完成了人类历史上的第一次环绕地球一周的伟大航行。

新航线与新大陆的发现，在实践上有力地证明了大地为球形之说，丰富了人们的天文和地理知识，但同时也向天文学提出了许多新课题。而这些无疑对后来哥白尼创立日心说新思想的酝酿、形成有着巨大的影响。

尼古拉·哥白尼于 1473 年 2 月 19 日出生在维斯杜拉河畔的托伦城。他

的父亲是一个商人，其国籍到底是德国还是波兰，至今仍然是一个有争议的问题。他的母亲是德国血统。父亲在 1483 年去世，哥白尼由他舅父抚养，舅父想叫他在教会供职。在托伦上中学以后，哥白尼在克拉科夫大学读了三年书。在阿耳伯特·布鲁兹乌斯基的教育下，他对数学和天文学发生了兴趣，并且养成了使用天文仪器来观察天象的习惯。在与他舅父一起过了两年之后，1496 年哥白尼去意大利，在随后的十年里，他先后在波洛尼亚、帕多瓦和斐拉拉三所大学里攻读。在这些年里，他学习的专业科目是法律和医学。虽然今天人们对他在意大利的活动知道得不多，但是有充分的资料可以证明，他在意大利花了大量时间研究理论和实用天文学。

在他童年时期还发生了一件对他以后的作为极具影响的事。10 岁时，哥白厄不幸丧父，不久又失去母亲，而被他的舅舅瓦兹洛德抚养。瓦兹洛德学识渊博，才能出众，任瓦尔米亚地区的大主教。他是一个人文主义者，与进步的知识界联系密切。当哥白尼在学校读书学习时，他常带哥白尼参加人文主义者的聚会，从人文主义者那里，哥白尼接受了当时进步思想的重要影响。瓦兹洛德舅舅的辛勤培育，使哥白尼从小受到良好教育，为他后来从事天文学事业，并取得划时代的科学成就打下了良好的基础。

在波洛尼亚期间，哥白尼与该校天文学教授多美尼哥·迪·诺瓦拉有密切的个人接触。诺瓦拉是在自然哲学中复兴毕达哥拉斯思想的领袖，这个运动当时正在唤醒意大利的各所大学。两人常在一起进行天文观测，并在一种哥白尼平时所看不到的自由气氛中讨论托勒密《至大论》的错误以及改进托勒密体系的可能性。勿庸置疑，正是在逗留意大利期间，哥白尼最早受到激励，立志改革天文学，后来在他隐退的年月里终于获得了成功。

当时，天文学界占据统治地位的是托勒密的地心体系。托勒密是古希腊著名的天文学家，他曾在埃及的亚历山大城进行了天文观测，在亚里士多德等前人的天文理论和自己的天文观测基础上，托勒密写成《天文学大成》，并提出了“地心说”，认为“地球是宇宙的中心”，静止不动，所有的天体

——包括太阳在内——都围绕地球运转。由于托勒密主张的大地为球形与教会所持意见相反，最初教会也反对他的学说。但是，他所认为的地球位于宇宙的中央，又符合《圣经》中的说教，并且教会利用这个学说，将它作为《圣经》创世说之一个例证，而成为中世纪宗教神学的理论支柱。

最初，哥白尼并未认清托勒密地心体系的实质而接受了它，并企图对其中不足之处加以修补。但随着理论研究、天文观测的进行，使哥白尼愈发看出托勒密地心体系的破绽，甚至于支离破碎、混乱不堪。于是哥白尼决心从根本上否定它，以便来寻找隐藏在天体运动之间的客观规律，发现宇宙结构的新体系。为此他付出了艰辛的劳动、毕生的心血。

哥白尼从事于天文学的研究并不是为了个人名利，而是为了追求真理，打破神学和教会的垄断，开创了科学的发展，为人类作出了无私的贡献。哥白尼还强调指出，天文学研究的重要作用是为生产和生活服务的。

为了创立科学的天文学理论，哥白尼首先要探索的问题是大地的形状，因为这是建立宇宙结构体系的基础。

当时占统治地位的基督教神学对大地宇宙的形态描述是：宇宙是个类似于长方模样的箱子，箱子底是大地，它有四个角，原形的穹隆状盖子是天空，固定于箱子的四壁上，大地分为南北两部分，北部有人居住。天空的上方是天海，天海的上方是天国。由于当时的地理学家和天文学家对于地球表面的

海陆分布情况不太了解，因而很为之受惑。所以哥白尼认为对大地形状问题的科学探索是十分必要的。

哥白尼对古希腊哲学著作进行了研究，发现有很多学者对大地形状、宇宙形状进行了长期探索。特别是毕达哥拉斯学派指出：球形大地悬于空中，并不是静止不动的，月光是太阳的反射光，这是惊人的创见！此外亚里士多德也在理论与实践上论证了大地是球形的。

在此基础上，哥白尼又进行了大量的天文观察工作和实际科学考察，并提出大地的形状是球形。为了证明这个结论的正确，他列举了许多论据：当一个人向北走时，地球旋转的北极渐高而南极渐低，若向南走时则得出相反的结果。当驶入大海航行的船只，无论怎样行驶，船身总是先从观察者的视野中消失。这一结论，后来被麦哲伦等人的环球航行成功证实，从而在实践上有力地证明了他的观点的正确。

从此之后，大地为球形的理论逐渐为人们所接受。它为哥白尼进一步进行探索宇宙结构的新体系奠定了基础。这是哥白尼创立“日心说”所迈出的重要一步。

在哥白尼从克拉科夫大学毕业后，他已被任命为他舅父主管的教区内的弗劳恩堡总教堂的牧师。但是回国以后，他仍与舅父一起住在舅父在海尔斯贝格的邸宅，直到 1512 年这位主教去世。然后，哥白尼到弗劳恩堡总教堂任职，他在那里度过了一生余下的三十年，除了偶尔中断过而外。这三十年从表面上看，是哥白尼一生最平静的年代。他参与牧师会的事务，做了一点政治工作，还免费为这个地区的贫民治病。但是，正是在这些年里，哥白尼构想了他的行星系的细节，对大量复杂的计算作了整理（通过这些计算，这个思辨的体系终于达到了在数字上的精确），并且逐步地使手稿臻于完善，记载着他的全部劳动成果的这部手稿最后奉献给了世界。

哥白尼勤奋好学，获得了教会法博士的学位。但是他把大部分的时间与精力都放在天文学研究上，继续探索宇宙结构的新体系问题。

继在克拉科夫大学解决了大地的形态问题之后，他接着又考虑地球的运动以及地球在宇宙中的位置问题。哥白尼深知倘若这两个难题不解决，“就决不能得出什么可靠的天象理论”，为此他用大量时间，翻阅查找许多天文资料。但它们都是亚里士多德——托勒密地心体系的理论资料，没有什么定义（亚里士多德也认为地球是宇宙的中心）。哥白尼决计外出游历，寻师访友，以学习知识。

他首先拜访了著名天文学教授达·诺瓦拉，诺瓦拉是文艺复兴运动领导人之一，深受毕达哥拉斯学派之影响，曾亲自进行了很多天文测量，对黄道倾角的测量，使他发现它在逐步变化，通过实践，诺瓦拉对托勒密的地心体系产生了很大怀疑。诺瓦拉发现哥白尼是个人才。便请他住到家中，耐心给他讲授天文学理论，还与他一起观测。他们一起讨论研究怎样用几何图形与数学表示宇宙的结构与规律，用以改造托勒密的地心体系。这些对哥白尼产生了很大影响，哥白尼后来对天文学的伟大变革就是沿着诺瓦拉所指的方向前进的。

在帕多瓦大学，哥白尼向著名的天文学教授弗拉卡斯多罗请教。他建议哥白尼重读古希腊罗马的哲学著作。

哥白尼接受导师的建议，开始对古希腊罗马哲学作广泛的研究工作，希望从中能找到在天体运动方面与传统观点所不同的假说，而把创立宇宙结构

的新体系的研究工作进一步推向前进。

功夫不负有心人！在经过一番辛苦地重读之后，哥白尼果真发现了与地心体系理论相反的见解——日心地动学说。毕达哥拉斯学派的费罗斯认为：球形的地球与太阳、月亮一样，在一个倾斜的轨道上绕着火运动。哥白尼激动地同意这关于地球运动的第一推测。后来，哥白尼又发现天文学史上第一个明确提出以太阳为中心和地球绕太阳运动的见解的人，他就是公元前三世纪生于希腊塞莫斯岛的阿里斯克。他明确地指出：地球和行星都以太阳为中心作圆周运动。地球每年绕太阳公转一周，同时，又每日自转一周，从而产生了天体的周日和周年的变化，这是一个惊人的见解。

哥白尼深为自己能从古希腊罗马哲学中找到创立宇宙结构新体系的理论假设而高兴，但他并没有以此而去建立那新体系，向地心体系挑战。因为他深知古人的哲学思想尚只是一种理论上的推理、假设，一种天才的猜测而已。要把它变成为有说服力的现实、科学的学说，仍需进行大量的天文学观测和理论论证工作。

哥白尼根据数学、天文学和物理学的基本原理，详细论证了“地动说”，驳斥了所谓的“天动说”。首先，他指出，由于大地和一切天体皆为球形，所以地球和天体必然作圆周运动，这种运动是球形所固有的性质与特点，既无起点也无终点。进而，哥白尼又根据物体运动的相对性原理作了进一步的科学解释。他说：“无论观测对象运动，还是观测者运动、或者双方同时运动，但不一致⋯⋯如果假定是地球在运动，也会显得地外物体作方向相反的运动。”他又进而指出：“天体的周日运动也是这样，人们假定地球不动，天体每天绕地球自东向西转一周，同时，地球本身绕自己的轴心自西向东昼夜转个不停。”

哥白尼从理论和实践上对“地动”作了科学说明之后，又对托勒密等人所鼓吹“天动”而非“地动”的种种奇谈怪论作了有力的驳斥。

就这样，哥白尼在导师的建议下，重读古希腊罗马哲学，又得到绘画大师达·芬奇的帮助，他对自己的研究充满信心，经过长时间的研究观测之后，基本上弄明白了地球运动的问题，把他自己创立宇宙结构的新体系的研究工作又向前推进了一大步。

1506 年，哥白尼回到波兰后，为照顾年老多病的舅舅而留在利兹巴城堡住下来，并正式开始了《天体运行论》的写作。6 年后，他舅舅去世，哥白尼便离去，到弗龙堡大教堂任职。在弗龙堡定居后，哥白尼买下城堡西北角的一座箭楼作他的宿舍兼天文观测台。箭楼有三层，最上层的窗口可向四面八方观测天象，平台适宜作露天的观测。但由于该地区纬度太偏北，而且近波罗的海而阴湿多雾、星相模糊，为天文观测造成了困难，只有严寒的冬天，才适宜于观测天象，于是每逢冬季，哥白尼便冒着严寒在露台上通宵达旦地观测。

哥白尼动手自制了许多观测仪器，一种是测行星距离的“三弧仪”，一种是测太阳中天时高度的“象限仪”，还有一种是测天体在天空任何处高度的“三角仪”。虽说他自制的观测仪器十分粗糙和简陋，观测技术也无法与现代人相比，可他的观测结果十分精确。

哥白尼坚持几十年如一日的观测天象，是为了使自己创立的新学说符合客观实际，用观测的第一手材料充实、修正其学说。但就在这长期观测中，他进一步认识到，所有行星应当有一个共同旋转的中心，这个中心不是地球

而是太阳。这些新发现，为他写作《天体运行论》，探索宇宙结构的新体系，提供了大量的准确而有价值的材料。

1515 年秋天，正当哥白尼继续进行天文观测并全面展开了《天体运行论》的写作之时，波兰北部的条顿族骑士团进犯波兰边境，作为一个爱国者，他受命前去边境守卫庄园，注意来犯之敌，尽管如此，他也没有中断天文观测与写作工作。

3 年后，他结束任期回到弗龙堡，正准备集中精力加快《天体运行论》的写作时，战争爆发了，哥白尼亲临前线守城，激战数日而击败敌人的进攻，为此他被国王推举为瓦尔米亚主教区的行政总管。一上任，哥白尼便热情帮助人民发展生产，医治战争创伤，重建家园。在此期间，他研究了关系到人民经济生活的货币问题，认为与宇宙天体运行有其客观规律一样，充当一般等价物的特殊商品的货币亦有其客观规律。

在战争过后的情况下，为了消除各国货币非常混乱的局面，哥白尼在这种情况下提出了成立“货币同盟”。主张参加货币同盟的国家只发行一种货币。并规定每个货币含有一定量的黄金或白银，同时将各国以前发行的贬值货币一律收回销毁，不得再混入流通领域。这一理论的提出比英国金融家格雷欣早了几十年，这也是哥白尼为世界金融货币所做的一个贡献。

1521 年后，哥白尼利用战后的平定全力展开《天体运行论》的写作。这时，他遇到了一个最大的也是最重要的问题：宇宙的中心问题，这是哥白尼宇宙天体结构新体系——“日心说”的核心与灵魂。而“地心”还是“日心” 两大天文学派、两种世界观争执已久。而从亚里士多德到托勒密都认为地球是宇宙的中心，其余的所有天体都围绕地球运转。在哥白尼之前的 14 个世纪里，“地心说”占据了牢固的统治地位。倘要打破这种传统观念、提出新的思想，新的见解，这在当时会被看作是一个荒唐的举动。

极具开拓新道路和勇于打破传统观念的哥白尼，决心抛弃那些束缚人们思想的错误观念，去探求真理。

哥白尼首先从观测宇宙天体现象入手，努力地探索宇宙天体的规律。根据他的观测成果及对此的深入研究，他认为，如果说地球还能有别的

运动，那就一定是与其他行星一样的运动，即围绕太阳中心的运动。由此，他得出一个新结论：“太阳是宇宙的中心。正如人们所说，只要‘睁开眼睛’ 正视事实的话，就会看到星体的合理秩序与宇宙的和谐。”

哥白尼在进行理论研究的同时，通过观测实地测定了行星的公转周期，重新安排了太阳系诸天体的排列顺序。他指出，太阳系的行星在各自的圆形轨道上绕太阳旋转，其轨道大致在同一平面上，公转方向也一致。按照周期与轨道大小成正比的观点，哥白尼重排了天体由远及近的顺序，即：最远的恒星天球是其他天体运动和位置的参考背景。行星是土星、木星、火星、地球、金星和水星（当时尚未发现天王星、海王星与冥王星）。

就这样，哥白尼正确地解决了宇宙中心这个最大难题，而使宇宙天体结构的新体系——“日心说”基本确定了起来。哥白尼之伟大是他把地球从宇宙中心地位拉了下来，正确的降为一颗普通的行星，使地球不断自转并围绕太阳运行，而彻底推翻了托勒密的地心体系，粉碎了上帝创造世界的神话。这是人类天文学史上的一场翻天覆地的大革命。

1530 年左右，哥白尼的《天体运行论》的手稿基本完成了。他年复一年地不断修订他的手稿，而对是否发表这部手稿一直犹豫不决。然而，当他的

真正见解走漏了风声以后，便引起了议论和好奇；大约在 1529 年，他把《短论》的手稿在朋友中间传阅。这本小册子对他体系的描述很接近最后文本，但是所有计算都略去了。大约十年以后，哥白尼接待了年轻天文学家乔治·约阿希姆的长时间来访，后者研究了尚未发表的手稿，并以《概论》为题把它印出，让更广泛的人知道这手稿的内容。经过朋友和天文学家的传阅，使欧洲不少天文学家都逐渐了解了哥白尼“日心说”的基本思想，在社会上引起反响。

《天体运行论》定稿之后，哥白尼踌躇了很久时间没有发表。对此大多数人都认为哥白尼担心著作一出版，会引起一批人的轻蔑、非难和攻击，而且会招致教会的残酷迫害。因为在那个黑暗的时代里，教会疯狂地迫害那些宣传违背《圣经》的“离经叛道”的“异端邪说”的科学家与进步思想家。这种看法，有一定的道理。但哥白尼对教会的迫害和担心，并不主要是考虑自己的命运如何，更多的是为了自己所创立的“日心说”的命运如何。哥白尼十分担心自己费尽心血换得的研究成果将被教会的愚昧残暴扼杀在摇篮中，而不能实现其凤愿——把自己的劳动成果奉献给祖国，奉献于社会，为全人类造福。正因为这样，他才决定慎重对待这一著作的出版。

在此期间，他受到了朋友们的热情帮助，在他们的劝说与敦促下，哥白尼消除疑虑，他相信真理定会战胜谬误，正义定会打败邪恶，进步定会取代反动。为了追求真理，摒弃谬误，哥白尼毅然把《天体运行论》交付出版了。哥白尼充满信心地认为，它将会驱散笼罩在大地上的迷雾，得到那些有真才实学的天文学家和一切敢于追求真理的人的欢迎与拥护。因此他说：“我毫不怀疑，有真才实学的数学家只要他们依照科学的要求，深入地而非肤浅地了解、鉴定我立论的依据，就会同意我的看法。”

这时，已经衰老多病的哥白尼在朋友们的劝说下，终于决定将手稿托付给年轻天文学家乔治·约阿希姆去发表。这本书在纽伦堡印刷，于 1543 年出版，也就在哥白尼去世之前几个小时内，《天体运行论》印刷出来了。他带着一种安慰离开了人世。哥白尼奉献给人类的《天体运行论》是近代科学史上的一部划时代的巨著。它不仅使人类对宇宙的认识产生一次新的飞跃，而且也宣布了近代科学革命的到来。

哥白尼“日心学说”的诞生，标志着自然科学已经从神学和哲学中分离出来，宣告了宗教神学世界的破产，为科学发展开拓了广阔的道路。在《天体运行论》出版后，它在社会上引起了巨大反应，受到了那些经过了文艺复兴运动风暴洗礼的追求真理而敢于向传统的宗教神学挑战的天文学家和青年学者们的热烈欢迎。而《天体运行论》的出版却引起了教会的仇视和恐惧。随着越来越多的人接受并拥护哥白尼学说，而反对宗教神学的谬论，1616 年罗马天主教会把《天体运行论》列为禁书，并更加疯狂地迫害那些宣传、捍卫哥白尼学说的人。但是，越来越多的天文学家和青年学者接受了哥白尼学说，并为宣传、捍卫和发展它而与宗教神学进行了无私无畏的斗争。而迫使罗马教廷在 1757 年解除其禁令，准予印行。

哥白尼的日心学说广泛传播开来，尤其在实用天文学家中间。许多英国科学著作家都推崇日心学说，最先是约翰·菲尔德在 1556 年首开其端，还有威廉·吉尔伯特，他试图在他关于磁学的思辨与哥白尼理论之间建立一种关系。但弗兰西斯·培根反对日心学说。哥白尼体系之最终为科学界所接受，主要应归功于伽利略、开普勒和笛卡尔以及后来还有牛顿等人的权威。

哥白尼学说的最早拥护者之一是意大利思想家乔丹诺·布鲁诺（1548- 1600 年），他当初是个僧侣，以后云游欧洲传授异教思想，为此他最后被宗教法庭绑在火刑柱上烧死。布鲁诺的著作包含为哥白尼天文学辩解的内容，但他比他的先师更进一步，抛弃了那种认为恒星固定在一个以太阳为中心的晶莹的天球上的信念。他把恒星看作是散布在无限空间中的一个个太阳，成为无数个像我们一样的行星系的中心。

开普勒和伽利略等学者们，继续发展哥白尼的“日心说”理论，通过理论研究、天象观测，而为哥白尼学说提供了证据，并补充和发展了它。后来，以哥白尼学说为基础的牛顿万有引力定律的发现，更对哥白尼“日心说”的胜利起了重大作用。随着光行差和恒星视差等地球绕太阳运动的光辉例证的发现，彻底地驳倒了反对“日心说”的人所持的论据，从而也使哥白尼学说不仅从数理上得到了论证，而且为天文学观测的反复实践所证实。

哥白尼的学说来源于实践，同时又在实践中不断发展，指导于实践。1781 年英国天文学家威廉·赫舍尔发现了一颗新行星，定名为天王星，

此后，就在天文学家编制木星、土星和天王星三大行星的星历表时，发现一桩怪事：木星和土星的运动的观测资料与理论计算完全吻合，但天王星的两方面总对不上号，发现天王星有摄动现象，大多数天文学家都认为可能是在天王星轨道之外还有一颗未发现的行星在吸引它，而造成了摄动。但是，怎样去找到它呢？因为未知的行星比天王星要远离地球，倘用望远镜逐个搜索天空，无疑于大海捞针。

于是，只有运用计算去寻找它的位置，英国的亚当斯和法国的勒维耶几乎同时解决了这一难题，他们是依据了牛顿在哥白尼学说基础上建立起的天体力学原理而进行的科学的计算。这一发现在当时简直是个奇迹，这颗新行星被定名为海王星，它是太阳系的第八颗行星。它的发现，被认为是科学上的重大发展，成为哥白尼“日心说”彻底胜利的重要标志。

本世纪初，美国天文学家洛威尔根据类似的计算，指出海王星之外仍有一颗行星。1930 年，汤鲍发现了这颗新行星，并命名为冥王星，它是太阳系的第九颗行星。至此，哥白尼的学说被完全证实了，“日心说”成为论证太阳系结构的科学真理。

哥白尼“日心说”诞生后，自然科学在继续向前发展：19 世纪的细胞学说、能量守恒和转化定律、达尔文的进化论等三大发现使近代自然科学革命达到了一个新的阶段；20 世纪后，现代自然科学更有了突飞猛进的发展。而哥白尼在科学上的大胆探索、勇于实践、追求真理、毕生献身于科学为人类进步作奉献的革命精神是永存的。它在过去的几个世纪里有力地推动了天文学以至整个自然科学的不断进步，今后也一定会继续对天文学和自然科学的发展施以积极影响。