有句话问问大家,同样的话一年前我也问过自己,答案却是一年之中才慢慢知道的——在你的心里,谁是哥白尼?什么是《天体运行论》?
有人说,他写了《天体运行论》,提出了“日心说”。我可以告诉你,那不是真正的哥白尼。
有人说,他的“日心说”全面推翻了托勒密的“地心说”,二者针锋相对。我可以告诉你,那也不是真正的哥白尼。
有人说,他的《天体运行论》是彼此独立的几卷,每卷又分为若干相互独立的章节。我可以告诉你,那还不是真正的哥白尼。
有人说,《天体运行论》满是复杂的计算和表格,不懂几何者勿进,是一本“无人读过的书”。我可以告诉你,那更不是真正的哥白尼。
那些答案曾经也是我的答案,或者源于自己粗浅的认知,更多的可能只是口口相传的道听途说。
很多人、很多事,说来好像都有点了解,一经拷问却往往是知其然不知其所以然。“无人读过的书”却不是我的妄语,读《天体运行论》迟早都会知道一个人——欧文·金格里奇,金格里奇先生是研究哥白尼的大家,前后翻阅过600多份拷贝(copy)。他并不孤独,世界上有个以首版印刷商命名的佩特赖乌斯学会,入会标准就是读过100本以上的16世纪《天体运行论》拷贝,其中必定有藏于爱丁堡的伊拉斯谟·赖因霍尔德拷贝,2010年我赴法国巴黎留学,资助奖学金项目就叫Erasmus Tandem。
所以那一刻我是激动的,我很喜欢一句话,叫“兴之所至,见物讲理”。极致的物理就是这样,要么向微观去研究粒子及其特性,要么向宏观去找到足够大的尺度,而对于后一种天文是最好甚至唯一的选择。我激动地享受着天文学的前世今生,感受着知识拔地而起的快乐,很多原来并不懂甚至并不知道的东西,我慢慢懂了,首当其冲的就是手头几个版本的《天体运行论》。
越懂,越有发自心底的崇敬。正如赖因霍尔德所述:“一位现代的天文学家,他具有超凡的技巧,令每个人充满热烈的期待;人们希望他将重建天文学”。哥白尼不仅仅是现代科学的敲门人,也不仅仅推开了现代科学之门,他无疑是走进现代科学的第一位巨人,是自然科学的解放者(自然科学的解放者——尼古拉·哥白尼(Nicolaus Copernicus))。《天体运行论》是一本划时代的、严谨的科学巨著,6卷分布恰是“大胆假设,小心求证”的最好写照和莫大坚持。
如果坚持能够度量,这种坚持至少有40年。有人说哥白尼的“日心说”并不能算是创新,在他之前就有类似观点。这种说法显然远远低估了哥白尼,阿里斯塔克斯的确提出过这种假设,但仅仅是假设。哥白尼则不仅提出了假设,更构建了完整的体系,更重要的是,他印证了这种假设!一印证就是40多年。哥白尼显然重新制作了星盘、喜帕恰斯镜和视差仪等观测装备,仅书中明确记录他自己的观测就多达22次,最早可以追溯到1497年月球掩食毕宿五,最晚则是1529年的木星冲日和金月相合。《天体运行论》直至1543年正式出版,在那之前,是40多年如一日的小心观测、小心演算、小心求证。
如果坚持需要阐释,这种坚持应该包括继承。很多人想到哥白尼,就会浮现出一个茕茕孑立的老人,在孤独的钟楼上点燃了前进的烛光,换来的却是同行的龃龉、教会的封杀。大多数人脑海里,科学家本应孤独如此。然而事实上,哥白尼并不孤独,最大的原因就是,他坚持继承了前人的研究:亚里士多德的球形假设,阿里斯塔克斯的日心说猜想,马丁内斯的金星水星绕日模型……继承最多的无疑是托勒密。是的,诸君没有听错,就“日心说”“地心说”针锋相对的故事而言,哥白尼与此毫无关系,书中先后明文引用、修订托勒密的观测、计算205次。哥白尼无疑是个纯粹的科学家,继承、验证、去伪存真。
如果坚持终成大业,这种坚持可能贵在简单。对哥白尼而言,简单到只需要几根棍子和初等几何。几根棍子测量角度,初等几何演算角度和距离。有人说不懂几何者勿进,要么是信了三人成虎的传言,从来没有翻开过《天体运行论》,要么连第一卷也没有读完。第一卷最后两章的几何基础堪称简明版教材,初中生左右足以理解,而且书中绝大多数用的只是平面三角形定理二——已知两边一角,可求两角一边;再就是加减乘除的运动距离推导,方法继承自托勒密的大圆上面套小圆,本质上又用阿基米德的“化圆为方”进一步做了优化。
为了让大家读起来简单点,我很乐意用三句话说说后一段计算过程:先算大圆上的平均匀速运动即天文学的平运动;然后计算平运动与真运动或视运动的差值,最显著差值显然来自小圆角位移在均轮上的投影;如果再有差值,小圆上还可以有小圆……这里我没有用概念上稍有差别的均轮和本轮,尽管方法基本相同,但哥白尼的小本轮显然是进步的,因此译本中只有后几卷重复托勒密的计算时才称本轮,在研究地球运动时我更愿意顺从作者本意称之为小轮。
事实上,哥白尼的做法已经与现在熟知的级数别无二致!也为实现从圆到椭圆的跨越打下了坚实的基础。所有的研究,只是在简单的坚持中发觉细节上的差别,比如岁差、比如均匀时间、比如视差……然后,哥白尼推开了现代科学的大门,修正出了一个相对正确的体系。
哥白尼这样演绎了《天体运行论》,拉瓦锡这样测定了空气成分,汤姆逊这样发现了电子,卢瑟福这样提出了原子核式结构,查德威克这样发现了中子……我很喜欢B站的一个视频,名字叫《你写的不是公式,是他们所奉献的一生!》,视频串联了数学物理史年表,更生动展示了海纳百川、有容乃大、继承创新的科学发展史——现代科学给我最多的启示,正是继承和简单。
托勒密继承了辗转回归的古希腊先哲,哥白尼继承了托勒密;再然后,开普勒继承了哥白尼,牛顿继承了开普勒,爱因斯坦又继承了牛顿——如果仔细读过他们,我们首先发现的一定是“继承”,走过前人的路,在路上用最简单的坚持重新思考不一样的风景。
于是乎,托勒密大圆套小圆建起了“地心说”,哥白尼用几根棍子测绘出了更加符合实际的太阳系结构,开普勒演算了第谷几麻袋观测数据成为“立法者”。有了接近真相的基础,牛顿才发现了《自然哲学的数学原理》,爱因斯坦才有基础把物理抽象成了纯粹的几何……
不积跬步无以至千里!这些和踢足球、打羽毛球别无二致,我们当然会惊艳于一个个世界波、一个个反手背杀,但在那之前,是90分钟无差别的传带倒脚,是动辄几十上百板的高远球。前者的绚丽莫不源于后者的积淀,后者的大巧若拙无疑更加增添了前者的光彩夺目。
“地心说”“日心说”、行星运动三大定律、万有引力、广义相对论……那些惊世骇俗的瞬间无一不是“站在巨人的肩膀上”,就像哥白尼自己在《天体运行论》中说的,先贤们“披荆斩棘、聚沙成塔,为我们开辟了前进的道路”。
所以我常常会泛起一个梦想,如果有一天,我们穿越回唐宋,是否也能拿起几根棍子,对着满天的繁星,继承前人“聚沙成塔”的道路,把我们的天文代代相传、代代发展。所以书中如果能与我国古代天文对照的,我会努力加上一些备注,尤其在星表中尽量对照经纬备注了牛郎、备注了织女、备注了北斗七星……我相信我们的文化有富矿,我们的科学也有富矿,海纳百川世界的、点滴串联继承的。