《科學理解的方法論 02》

在根據已有的天文知識，亞裏士多德采用柏拉圖另一個學生歐多克索斯的地心說，構建了一個宇宙體係。一個有規律運動的宇宙一定有一個靜止不動的中心。那就是地球。這符合人們的感知和體驗。稍後阿利斯塔克提出了與之相對的日心說，但是一直被人們忽視。地心說在以後的幾百年中通過觀察不斷地被修正，最後在公元二世紀由托勒密係統化完成。在托勒密的理論裏，從裏往外依次是月球，水星，金星，太陽，火星，木星，土星和恒星天。一層層的天球被去掉，換成軌道。行星繞著各自的圓形本輪均勻旋轉。本輪的中心又繞地球旋轉。它的軌跡被稱為均輪的圓形。本輪中心在均輪上轉一周是一日。行星在本輪上轉一周是一年。托勒密觀察到行星運行不是勻速。於是他將地球從均輪的中心偏離開一點。而行星，比如火星，在運行時，還會出現滯停，甚至逆行的現象。這是引入本輪的一個重要原因。同時，托勒密地心說規定水星和金星的本輪中心必須處在太陽和地球的連線上。而火星，木星和土星到各自本輪的中心必須平行於日地連線。這些規則都是為了符合當時的天文觀測，並沒有特定的理由。盡管如此，托勒密地心說已是當時天文學極善的現象理論。當他完成《至大論》時，托勒密說道：我隻是一個凡人。當我探尋到星辰的運行時，我好象和宙斯在一起品嚐神的佳肴。

在這之後的一千多年裏，更精細的觀測促使了地心說更多的修正。補救的辦法就是在本輪上再添加本輪。最後本輪多達八十多個。這樣地心模型變得非常複雜。我們不知道哥白尼什麽時候開始懷疑地心說。最大的可能性是哥白尼在意大利求學期間了解到阿利斯塔克的日心說。阿利斯塔克的觀測證明太陽比地球大好多倍。很難想像大個頭的太陽會繞著小個頭的地球運轉，而不是地球繞太陽轉。1510年回到波蘭不久，哥白尼在他的《天體運行假說》的小冊子裏提出了他的日心說理論。晝夜的變化和太陽的東升西落都是因為地球的自轉。太陽是宇宙的中心。包括地球在內的所有行星都繞著太陽運行。而月球繞著地球運行。於是，托勒密地心說裏的那兩條強行約束近地行星和遠地行星（或者說近日行星和遠日行星）的規則沒有必要了。地心說裏的為了符合現測而任意設定的本輪與均論的比例也沒有必要。行星的逆行現象可以由地球的相對運動解釋。此外，哥白尼發現在日心說裏行星運行的周期隨著與太陽距離的增大而遞次增長，呈現出一個良好的規律。

基於同樣的天文觀測結果，哥白尼的日心說比托勒密的地心說更簡潔，更優雅。根據簡單性原則，人們更傾向於一個簡單的理論，而簡單的理論更接近於真實。在實質上，哥白尼所做的就是利用奧卡姆剃刀原理，將地心說裏的無邏輯關聯的枝葉全部剝離掉，讓事物的本質顯露出來。為了達到這個目標，就需要轉換一個視角，將地球為中心轉變成太陽為中心。哥白尼的發現確實是一次人類認識上的革命。他挑戰和推翻的不僅僅是當時神學的共識，而且是人類所固有的經驗體驗的觀念。我，或者說人，都不自覺地以自我為中心，因為我是一切感知和思想的源點。哥白尼的《天體運行論》直到他臨終前才正式出版。當然，哥白尼也無法擺脫一些觀念。他堅持認為行星運行軌道一定是完美的圓形。所以在他的日心說裏還是保留了本輪。大約一百年後，開普勒從第穀那裏繼承大量的天文觀測數據並進行分析，最後肯定了行星運行軌道不是圓，而是橢圓，並提出了開普勒三大定律。這時候，支配天體運行的基本規律慢慢地從哥白尼日心說為基礎的現象模型裏顯現出來。

--寫於2022年6月22日（圖片來自網絡）