旅行到时空边缘-哥白尼葬礼重现

第3章　旋转的大地

大地在旋转其实是相当显而易见的

迟来的葬礼

2010年5月22日，波罗的海沿岸的弗隆堡大教堂，一场隆重的葬礼在这里举行，埋葬的是已经去世几百年的大天文学家哥白尼。哥白尼去世时，就葬在弗赖堡大教堂。但在那时代，哥白尼并没有得到多少尊重，甚至墓碑都未刻字，因为教会视日心说为异端，普通信众也就对哥白尼怀有深深的敌意。在长达几百年的时间里，哥白尼被冷落，墓地也被遗忘了。不过哥白尼是在床榻上平静地离世的，不像有人误解的那样被烧死在火刑柱上，那是布鲁诺。

进入21世纪，波兰人觉得哥白尼应该得到更高的礼遇，就开始发掘寻找哥白尼的坟墓。研究人员在哥白尼的藏书里发现了他的几根头发，因此有了DNA样本。经过比对，最终确认了哥白尼的遗骨，于是在去世468年之后，哥白尼被再次埋葬。神职人员喷洒圣水，抬棺人举起棺木，隆重的仪仗队陪伴，穿过红砖砌成的教堂，把遗骨葬于教堂墓地。黑色花岗岩墓碑上装饰着哥白尼的日心体系—6颗行星环绕着金色的太阳，它们仿佛在吟诵《天体运行论》序言中的话语：

“难道还有什么东西比起包括一切美好事物的苍穹更加美丽的吗？由于天空具有超越一切的完美性，大多数哲学家把它称为可以看得见的上帝。”

人们找到哥白尼曾经为自己撰写的墓志铭，把它刻在新的墓碑上，碑文体现出了哥白尼虔诚的天主教信仰：“你不必赏我像赏给圣保罗的恩宠，但求你赏赐我像你给圣彼得的宽赦和右盗的仁慈。”谦卑的哥白尼不但得到了宽赦和仁慈，也得到了恩宠和盛名。他创立的日心说改天换地，犹如一次乾坤大挪移，把太阳和地球的位置来了个大颠倒，是人类认识宇宙的又一次巨大飞跃，哥白尼也成为人类世世代代纪念的科学伟人。1953年，在哥白尼逝世410周年纪念会上，爱因斯坦赞叹道：

“哥白尼的伟大成就，不仅铺平了通向近代天文学的道路，也使人们在宇宙观上来了一次决定性的变革。一旦认识到地球不是宇宙的中心，而只是较小的行星之一，以人类为中心的妄想也就站不住脚了。”

哥白尼的炫目光环加深了日心说的神秘感，很多人对它感到高深莫测，望而生畏。其实，哥白尼的巨大声望有相当一部分来自几百年来的意识形态斗争。托勒密地心体系本来是个科学问题，却被宗教意识形态化了，哥白尼日心体系就不可避免地被拖入这场意识形态斗争。

对一个认真的探索者来说，超越托勒密地心体系其实是一个很自然的过程，因为地动的证据相当显而易见，我们只要稍稍用心探究，就会感到惊讶，为什么人类实现这一超越竟如此周折？

周日视运动暗示了地球自转

日月星辰每天东升西落环绕地球一周的运动，称为天体的周日视运动。地心体系认为这是天体本身在围绕地球运动，任何人若认真观察和思考，都会深深质疑这说法。

这运动的最大特点是非常整齐，尤其是恒星，所有恒星沿着完全平行的圆圈，以完全相同的方向，完全相同的周期由东向西越过天空，其行为完全像一个包裹着大地的晶莹天球，但是这里面有很明显的矛盾。

古希腊人已经清楚地感觉到星空的广阔与高远，地球自身的大小同天空相比完全可以忽略不计，这就是托勒密5条宇宙学公理的第5条：

与遥远的各层天球相比，地球小得可以看成一个点。

我们来想一想，既然大地已经大得不可思议了，各层天又该有多远呢？从而立即可以推出：那些小小的恒星光点必然极其巨大！因为它们距离实在太遥远了，如果真的是不起眼的小星点，地球人怎么可能看到它们呢？试想一堆熊熊燃烧的篝火，近看虽然很明亮，距离稍远就会暗弱无光。

这样，天球肯定是，无法想象的大，无法想象的沉重！这样一个天球怎么会围绕微小的地球旋转，况且是每天旋转一圈呢？

还有一个很明显的问题。日月五星和恒星位于八个不同的天层上，距离相差极大，但它们的运动看上去却非常整齐，路线完全平行，周期基本相同，有什么样的机制，能让八个各自独立的天球如此协调一致？没有。

高度协调一致的周日视运动只不过强烈暗示了，它必定由某种单一运动导致—只要假定地球自身在旋转，一切就都顺理成章。

这样看来，推断出地球转动并没有多大困难。实际上，早在公元前5世纪，古希腊哲人赫拉克利特已经提出了地球自转的观点，这比哥白尼早了两千年。

赫拉克利特是一位富于传奇色彩的哲学家，是爱菲斯学派的代表人物。他出生在爱菲斯城邦的王族家庭，本来应该继承王位，但是他将王位让给了他的兄弟，自己跑到阿尔迪美斯女神庙附近隐居起来修道，这经历很像佛陀释迦牟尼。

古希腊的哲学家们都追求理解世界的本原。泰勒斯说世界的本原是水，毕达哥拉斯说世界的本原是数，而赫拉克利特认为世界的本原是火：“这个有秩序的宇宙对万物都是相同的，它既不是神也不是人所创造的，它过去、现在和将来永远是一团永恒的活火，按一定尺度燃烧，一定尺度熄灭。”赫拉克利特另一句广为人知的名言是：“人不能两次踏进同一条河流。”

赫拉克利特天才地领悟到了地球的自转。他说：“日月星辰东升西落以及昼夜形成的原因，不是由于天球的旋转，而是由于地球在自西向东旋转。”这位先行者在两千年前的智慧判断无疑给哥白尼增添了极大信心。

理解地球自转，关键还要明白，日月星辰的东升西落是一种相对运动。运动具有相对性，在地面是常见的，但是一般人难以把它扩展到天上，哥白尼要向大家说明的就是这一点，他在《天体运行论》里写道：

我们驶出港口，陆地和城市却在后退。因为船只驶过风平浪静的海面时，所有外界的东西，在船上的人看来，正好像它们在按照船只的运动移动着，只是方向相反—他们觉得，他们自己和身边的东西都留在原处。这种情况毫无疑问可能出现在地球运动引起的现象中，它导致整个宇宙都在旋转的印象……

太阳在黄道上的运动反映了地球公转

现在我们来了解天文学中一个非常有名的概念—黄道。

几千年前，古人就发现太阳在星空背景前移动，而且路线非常固定，这条路线就是黄道，黄道穿越的星座就是著名的黄道十二星座。太阳沿着黄道一年转一圈，平均一个月穿行一个星座。

太阳在黄道上的运行，给人的直观感觉是，它在围绕着地球运行，这正是地心体系的解释，如下图：

从地球上看，太阳一年围绕着地球在黄道上走一圈，这是地心说的直观依据。

春分时，太阳运行到位置1，从地球上看，太阳位于双鱼座的位置1。

夏至时，太阳运行到位置2，从地球上看，太阳位于双子座的位置2。

秋分时，太阳运行到位置3，从地球上看，太阳位于室女座的位置3。

冬至时，太阳运行到位置4，从地球上看，太阳位于人马座的位置4。

可是，如果知道运动具有相对性，这结论就不可靠了。假如地球围绕太阳运动，一年转一圈，从地球上看，也是太阳在黄道上一年转一圈，视觉效果完全一样。

下面这幅图里，地球和太阳的位置互换了一下，地球轨道中央的太阳是真正的太阳，黄道上的太阳是从地球上看去的太阳投影。当地球围绕太阳公转一圈时，从地球上看太阳，太阳也在黄道上围绕地球转动了一圈。绕转的关系如下图：

若地球绕太阳公转，从地球上看去，同样看到太阳一年在黄道上走一圈。

春分时，地球运行到位置1，从地球上看，太阳位于双鱼座中的位置1。

夏至时，地球运行到位置2，从地球上看，太阳运行到双子座的位置2。

秋分时，地球运行到位置3，从地球上看，太阳运行到室女座的位置3。

冬至时，地球运行到位置4，从地球上看，太阳运行到人马座的位置4。

这样我们就能明白，太阳一年沿着黄道上绕行一圈的运动，完全可以理解为地球绕太阳公转造成的相对运动。哥白尼日心说的最主要工作，就是实现地球和太阳的位置互换。实际上，在哥白尼之前1800年前，已经有人完成了这个工作，那是古希腊的阿利斯塔克。

太阳与地球的相对大小是关键

究竟是太阳绕着地球转，还是地球绕着太阳转，单凭太阳在黄道上的运动不能得出结论，但是如果能够知道它俩哪个更大，结果就清楚了。

公元前3世纪，古希腊的阿利斯塔克就已经知道，太阳比地球大得多。他是这样测算的：月亮半圆时，日地月三天体形成了一个直角三角形，月亮位于直角处，这样，只要测量出月亮和太阳的夹角，就可以利用三角函数计算出太阳和月亮的距离关系。阿利斯塔克的测量结果是，太阳比月亮远了19倍。因为月亮圆面和太阳圆面看上去差不多大，那太阳的直径就是月亮的19倍。

阿利斯塔克还知道，月食时月面上的暗影就是地球的影子，他根据月食时地球影子的宽度，算出地球直径是月球直径的3倍。这样阿利斯塔克就发现，太阳体积就比地球大了二百多倍！虽然不很准确，但足以令他意识到，不可能是太阳围绕地球转！

阿利斯塔克无疑是深刻的，但在那时代，把居于宇宙中央的地球说成是绕着别的星球转动，被认为有损人类尊严而且大逆不道，因而这学说常常遭到其他学派和宗教神职人员的指责非难，就连天文学家也接受不了。古希腊另一个伟大的天文学家喜帕恰斯评判道：“阿利斯塔克关于地球绕太阳旋转的说法，不过是简单的空想。”这样，地动的思想被埋葬，阿里斯塔克被掩盖在亚里士多德和托勒密的光芒之下，直到一千八百多年以后才遇到哥白尼这个知音。

哥白尼的测量数据比阿利斯塔克要精确得多，他知道太阳远比阿利斯塔克计算的大得多，不但比地球大得多，也远比其他行星大得多。毫无疑问，太阳应该位于宇宙的中央，地球和行星都应该围绕太阳运行。哥白尼写道：

“太阳居住在中央。在这光辉灿烂的庙堂里，除了那个普照寰宇的重要地位之外，还有什么更适宜的地方去安置这个伟大的发光体呢？”

当地球在轨道上靠近并超越地外行星时，从地球上看，地外行星就向后（西）逆行了。

顺行逆行的简明解释

一旦把太阳置于中央，让地球和行星围绕太阳运行，天体运行就恢复了和谐的原貌，容易理解得多了。我们来看曾经困惑周武王的木星的逆行。

木星和地球一样，自西向东围绕太阳公转，大多数时候，地球上看到的是木星自身的公转，因而是顺行。木星的轨道在地球外面，它比地球走得慢，当地球在自己的轨道上接近并开始超越木星时，从地球上看，木星就向西退去了，这就是逆行。就如同两辆同向行驶的汽车，后面一辆超越前面一辆时，坐在后车的人会看到前辆车向后退去。

而在顺行和逆行转换之间，由于观察角度的关系，行星看上去会有一段时间停止不动，这就是留。（见上页图）

“荧惑守心”的故事

行星运行的原理是相当简明的，但古人不明白这个道理，便给它披上了一层神秘的外衣，于是它就能大大影响人类的心理乃至社会的发展历史，直到今天依然有无数人用它指导自己的人生。有很多这样的例子，我们来看一个和火星运行有关的著名天象—荧惑守心。

荧惑就是火星，火星那暗红的颜色给人一种恐怖感觉，占星学中总把它和战争、流血、死亡联系在一起；“心”是二十八宿中的心宿，位于现代天蝎座内，是东方苍龙的心脏，在占星学中被看做帝王的象征。荧惑守心就是火星运行到心宿，既不顺行前进，也不逆行倒退，而是停留—守在那里。

很明显，在中国传统占星学看来，荧惑守心是对帝王大不利的天象，比如《开元占经》中就这样记载：

荧惑守心，主死，天下大溃。

西汉末年汉成帝时候，王莽作为大司马辅政，丞相是翟方进。公元前7年春天，有天文官奏报皇帝，天上出现荧惑守心的大凶天象，皇帝非常害怕。王莽的亲信李寻乘机向皇帝进言：“出现荧惑守心，表明丞相翟方进没有尽到责任。以前先皇帝时曾经发生过春苗结霜，夏天降雪，白天伸手不见五指的异象，丞相辞了官，一切才转为正轨。”

翟方进惶恐不安地辞了职，皇帝并没有善罢甘休，他暗示翟方进“如果不显示出忠君的诚意，显尊的名声恐怕难以长保”。翟方进只得自杀而死。

这次“荧惑守心”带来的灾难相当巨大。翟方进自杀是在公元前7年2月，3月份正当壮年的汉成帝突然驾崩，接连继位的两个小皇帝，也不明原因地死去，最后是两岁的刘婴继位皇帝，王莽摄政，并最终接受禅让称帝。后来，翟方进的儿子翟义起兵造反，指称王莽毒杀汉平帝，掀起了两汉之间血雨腥风的战乱。其结果是，到东汉建立社会平定下来后，全国人口锐减大半，“荧惑守心”实在是凶险之极。

但事实上，导致翟方进自杀的“荧惑守心”天象并没有发生。用现代天文软件可以轻易推算出来，公元前7年春天，火星运行在室女座的角宿，距离天蝎座的心宿很远。历史上虚构“荧惑守心”不止一次，中国正史记载荧惑守心天象一共有25次，其中只有10次大致准确，其余均属虚构。

新时代的开启

回到哥白尼这里。哥白尼要做的工作当然不止是推理，还要进行精确的观测和计算。1512年，哥白尼以天主教僧侣的身份来到波罗的海岸边的小城弗隆堡。这里有一座箭楼，上面有一个宽阔的露台，最上层有三个窗口，从那里可以向四面八方观察天空。哥白尼把它买下来，作为自己的观测台，它现在被称为“哥白尼塔”，作为天文学的圣地保留至今。

哥白尼不但擅长理论，动手实践能力也极强，观测仪器都是自己制作，尽管相当简陋，测量精度却很惊人。哥白尼得到的地球公转周期为365天6小时9分40秒，误差只有百万分之一；月亮到地球平均距离是地球半径的60.30倍，和现在的60.27倍相比，误差只有万分之五。

《天体运行论》写成后，被长时间搁置起来。哥白尼深知自己面对的是一个无比庞大的意识形态大厦，而自己的理论很可能要把它颠覆，他感受到了教会当局深深的猜忌和敌意，以及信徒的不解与嘲讽。晚年的哥白尼亲朋寥落，生活孤寂。

公元1539年春，一位远道而来的年轻人激起了哥白尼的热情，他是德意志数学教授雷提卡斯，被哥白尼学说吸引，专程前来求教。两人一见如故，相语甚欢，雷提卡斯一住就是两年多。潜心研读完哥白尼的全部手稿后，雷提卡斯对哥白尼及其学说产生了由衷的敬仰，尤其是哥白尼体系的简单和完善。他赞叹道：“既然看出这一切运动能解释无数现象，难道就不应该承认大自然的创造者—上帝，具有普通钟表匠的技巧吗？因为钟表匠人都很谨慎地避免在机件里加进多余的轮子。”

在雷卡提斯的热情鼓励下，哥白尼终于下决心出版他的著作。1543年7月26日，哥白尼躺在临终的病床上，已经失掉了记忆和思考能力。终于，书送来了，刚刚印刷出版的《天体运行论》。医生把书放在哥白尼胸口，拉过他的手放在书上。哥白尼抚摸着书，仿佛看到一个新时代的大幕正缓缓开启，欣慰地闭上眼睛，与世长辞。

哥白尼用乾坤大挪移的手法，把地球从宇宙中心的特殊地位除去，成为天空中的一颗行星，填平了天空和大地之间不可逾越的鸿沟，扭转了自古就有的天尊地卑思想，使人类能够从更平等的角度来看待宇宙中的一切。后来人们又发展了这一思想，不但太阳也不位于宇宙的中心，而且宇宙时空中没有任何一点是特殊的，这就是哥白尼原理。

从地心说到日心说，转变的不但是地球位置，更是人的观念，后者显然更困难。《天体运行论》出版后的半个世纪里相对平静，能够理解的人很少，愿意了解的人也不多。17世纪初，经过另外两位伟大科学家—伽利略和开普勒的工作，日心说才渐渐走进了科学的殿堂，同时也把新旧思想体系的对立推到了风口浪尖。