你为什么相信地球在转动？——哥白尼学说尚未得到验证就已经胜利

科学外史（2）

　　你从小被告知，我们居住的地球每天在自传一周，同时每年绕太阳公转一周。尽管你每天亲眼所见的是太阳东升西落，而不是地球的运动，但你是不是对地球运动深信不疑？你为什么会对此深信不疑？事实上，你并未参与对地球运动的验证过程——千千万万对地球运动深信不疑的人都没有参与这个过程。
　　也许，这里有一个信任的传递。由于已经有一些天文学家完成了对地球运动的验证，而这些天文学家被人们认为值得信任，所以大家就接受他们得出的结论。然后由老师从我们小时候起就将这些结论灌输给我们，所以我们深信不疑。
　　然而在历史上，哥白尼学说还未得到验证，就已经被一些天文学家接受了。

　　哥白尼《天体运行论》（De Revolutionibus）发表于1543年，而古希腊阿利斯塔克早已提出过日心地动的学说，但始终存在着两条重大反对理由——哥白尼本人也未能驳倒这两条反对理由。
　　第一条，我们观测不到恒星的周年视差。地球如确实在绕日公转，则从其椭圆轨道的这一端运行至另一端，在此两端观测远处恒星，方位应有所改变，这样才能证实地球是在绕日公转。哥白尼只能强调恒星非常遥远，因而周年视差非常微小，无法观测到。这确实是事实。但要驳倒这条反对理由，只有将恒星周年视差观测出来，而这要到19世纪才由贝塞尔（F. W. Bessel）办到——1838年他公布了对恒星天鹅座61观测到的周年视差。
　　不过在此之前，布拉德雷（J. Bradley）发现了恒星的周年光行差。即在同一瞬间，运动中的观测者所观测到的远处天体的方位，与静止的观测者所观测到的该天体方位之差。地球自身的多种运动都会造成各自的光行差，绕日公转所造成的光行差称为周年光行差，表现为一个半长径为20.5″的椭圆。作为地球绕日公转的证据，光行差和恒星周年视差同样有力，但那也是1728年之事了。
　　第二条理由被用来反对地球自转，认为如果地球自转，则垂直上抛物体的落地点应该偏西，而事实上并不如此。这也要等到17世纪伽利略阐明运动相对性原理，以及有了速度的矢量合成之后才能被驳倒。
　　因此，至少在17世纪，哥白尼学说并未在理论上获得胜利。当时欧洲天文学界的大部分人士对这一学说持怀疑态度，也是情理之中的事。
　　罗马教廷到1757年取消了对哥白尼学说的禁令。这可能与光行差的证据有关。

　　多年来许多普及读物给人们造成这样的印象：托勒密体系极其繁琐，而哥白尼日心体系则非常简洁。许多读物上转载了哥白尼表示日心体系的那张图。那张图确实非常简洁，但那只是示意图，并不能用它来计算任何具体天象。类似的图托勒密体系也有，而且看上去比哥白尼体系更简洁。而实际情况是，哥白尼要描述天体的具体位置时，仍不得不使用本轮和偏心圆——地球需要用3个，月球4个，水星7个，金星、火星、木星、土星各5个，共计34个之多。这虽比托勒密体系的79个圆少了一些，但也没有数量级上的差别。更何况“自然规律是简洁的”原本就是一个先验的观念。
　　1610年伽利略发表他用望远镜观测天象所获得的6条新发现，其中金星位相（即如月亮那样有圆缺）对当时的各家宇宙体系提出了严峻挑战。当时欧洲的宇宙体系主要有如下4家：
　　1、 1543年问世的哥白尼日心体系，
　　2、 1588年问世的第谷（Tycho）地心体系，
　　3、尚未退出历史舞台的托勒密地心体系，
　　4、仍维持着罗马教会“标准天文学”地位的亚里士多德“水晶球”地心心体系。
　　金星位相对上列后两种体系构成了致命打击，因为在这两种体系中根本无法解释这一事实。但是哥白尼和第谷的体系则都能够圆满解释金星位相。所以在“对新天象的解释能力”上，第谷体系仍能与哥白尼学说平分秋色。
　　至于推算天象的精确程度，则哥白尼学说远不如第谷体系。哥白尼的原始星历表身后由莱茵霍尔德（E. Reinhold）加以修订增补之后出版，即《普鲁士星表》（Tabulae Prutenicae，1551），虽较前人之表有所改进，但精度还达不到角分的数量级——事实上，哥白尼对“密”的要求是很低的，他曾对弟子赖蒂库斯（Rheticus）表示，理论值与实测值之间的误差只要不大于10′，他即满意。第谷生前即以擅长观测享有盛誉，达到前望远镜时代观测精度的巅峰。例如，他推算火星位置，黄经误差小于2′；他的太阳运动表误差不超过20″，而此前各星历表（包括哥白尼的在内）的误差皆有15′～20′之多。第谷体系比哥白尼学说更精确，这正是当时

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