西方文化回顧（4）：科學興起
蔣聞銘
古希臘文化的集大成者亞裏士多德 （Aristotle），是千年一出的天才。他寫了不少書，將五花八門的學問，哲學天文學邏輯學物理學，分門別類係統化。 天主教代表神說話，就拿亞裏士多德的書來回答問題。不過代神說的話，就不容置疑不能改了。所以接下來，什麽事都必須以亞裏士多德的書為準。比如天文學家，每天把行星的位置記下來，看它們的運動，是否有軌跡可循，這個沒問題。但是，不管你怎麽看，地球必須被固定在世界的中心，所有天體，不但要圍著地球轉，而且還要做勻速圓周運動，這就是托勒密（Claudius Ptolemaeus）的地心體係。
下麵就到了哥白尼和日心說。哥白尼是波蘭的一個神父，虔誠的天主教徒。看行星算軌道，是他的業餘愛好。算了好多年，有一天突發奇想，問自己如果第一個輪子，不以地球，而是以太陽為圓心畫， 算行星軌道，是不是可以少用幾個輪子。他一試，還真能少用不少。這就是他的日心說，不過他也知道，說地球繞太陽轉，教會肯定不能同意，是要命的麻煩，所以他的《天體運行論》，臨死前才敢發表。
不過讓原本不動的地球轉起來，不管是自轉還是公轉，不單天主教會不能同意，講科學實際的人，也不同意。這些人不同意地球繞太陽轉，最主要的一條理由，是如果地球繞太陽，從這邊轉到那邊，人看星星的角度，就會有一個偏差。但是這個偏差，怎麽測也測不出來。這個自然是因為恒星離地球太過遙遠，要測出這個視角差，當年的觀測手段能力，遠遠不夠。 離得最近的恒星，到地球的距離大約是4.5光年。光從太陽走到地球，要八分鍾，走到最近的恒星，要四年半。
這麽遙遠的距離，當時的人做夢都想不到。所以測不出視角差，結論隻能是日心說不對。錯了怎麽辦？就又搞折衷主義，讓行星繞太陽，讓太陽繞地球。這樣既能少用不少輪子，又沒有視角差的問題。這就是第穀 （Tycho）的折中體係。從數學模型看，這個體係比地心說更離譜。不過第穀不但有當時最好最全的觀測數據，而且用他的模型算，理論和觀測，吻合度最高。這些數據，他死後傳到了開普勒 （Kepler）手上。
說起開普勒，也是奇葩。羅素在《西方哲學史》裏，對開普勒的評價很有趣。他說一個人，沒什麽聰明才智，憑著勤奮努力一根筋，再加上好運氣，能有什麽樣的成就，可以拿開普勒做參考。從古到今，大家想都不想，都認定了天體做勻速圓周運動。開普勒不知道為什麽，不愛足球偏愛橄欖球，異想天開，拿著從第穀那兒得來的數據，用橢圓去描行星的軌道。不成想還真被他蒙對了，這一描，描出了行星運動的三大定律。第一大定律，是行星繞太陽轉，軌道不是圓，是橢圓，太陽在橢圓的一個焦點上；第二大定律，是行星和太陽的連線，單位時間內，掃過的麵積，是常數；第三大定律，是不同的行星繞太陽一周的周期，與它的橢圓軌道的長軸的二分之三次方成正比。
第一大定律的意思，應該誰看了都能明白。第二大定律，是角動量守恒定律， 說的是地球繞太陽轉的角速度，與地球和太陽的距離的平方成反比。這就是說，地球繞太陽轉有快有慢，離太陽越近，走得越快，越遠，走得越慢，而且這個快慢，應用第二定律，可以準確無誤地算出來。第一定律和第二定律，開普勒是用火星的數據得來的。第三大定律，要對不同的行星的運動做比較，所以比第一第二定律，晚出來十年。
下麵說伽利略 (Galileo Galilei)。哥白尼的書，是技術性很強的專業書。算行星軌道的人，本來就少，所以開始的時候，地心還日心，在意的人不多。但是說者無意，聽者有心。伽利略知道怎麽眼鏡片。他別出心裁，把眼鏡片磨成了天文望遠鏡。往天上一看，行星也有衛星，也跟月亮似的，有盈有虧。接下來大家就都磨望遠鏡往天上看，這件事可就鬧大了。教會一看不對頭，宗教裁判所請伽利略喝茶，讓他認錯。伽利略不想上火刑架，老老實實認錯，可是已經晚了。會做天文望遠鏡，看過行星衛星盈虧的人，多了去了。
伽利略最著名第二件事，是從比薩斜塔上往下扔重量不同的球。他的結論，第一，地球對所有物體都有吸引力， 這個伽利略就知道，不用等蘋果掉到牛頓頭上；第二，地球對表麵物體的吸引力產生的加速度，與物體的重量無關。有了這兩條，能想到太陽對地球也有吸引力，用不著是天才。問題是這個吸引力有多大，這個再想想其實也容易，質量越大，引力越強，距離越遠，吸引力就越小。 所以後來胡克 （Hook）說萬有引力定律是牛頓從他那兒聽去的，也不是沒有可能。當年他是英國皇家科學院的院長，老資格，牛頓是他的後輩。
力和加速度成正比，又是從伽利略那兒來的。這時候已經有了微積分，加速度是二階導數，牛頓就寫了個方程式。 方程式寫下來，解起來不難，但是解出來一看，了不得。地球的軌道，是橢圓，開普勒的三大定律，輕而易舉都從這個方程式裏溜了出來。一個人在紙上寫了一行，倒來倒去，居然一點不差推出了行星運動的三大定律。關鍵是這幾行，給學過微積分的大學生寫出來，簡簡單單，大家都看得明白。
你要是說大學生都看得明白，沒什麽大不了，你就錯了。一個人從幼兒園學數數開始，小學五年，加減乘除，分數小數；初中三年，幾何代數，高中又是四年，直角坐標三角函數，才到微積分，一環扣一環，想想看是多大的一個工程。
科學的興起，現代天文學是當仁不讓的裏程碑。雖然行星繞太陽轉，地球降了格，不再是世界的中心。但是人非但沒有感到失落，反而從新興的科學理論中，找到了前所未有的自信。人在神麵前不再卑微，在自然的力量麵前感到的，不再是恐懼。人類能夠應用自己的聰明才智，去理解駕馭自然。培根 （Francis Bacon）說知識就是力量的時候，他表達的，是人類從科學的興起中取得的強大無比的自信。 知識就是力量，是人類對大自然的宣戰書。人和動物不同，是因為人有智識，有能力對自然現象做理性的解讀。人類智識的最高成就，是微積分，經典力學，萬有引力定律。
現代文明，德先生賽先生，源頭是賽先生，沒有現代科學的興起，就不會有現代文明的社會。我們現在的這個物資精神無比豐富多彩的世界，都是從是微積分，經典力學，萬有引力定律這三樣那裏來的。
