与其他恒星一样,只不过是宇宙中的一颗普通的恒星。它与其他恒星并没有
什么不同之处。反之,其他千千万万颗恒星,也是它们各自所在的那个星系
的太阳。至于地球,它只不过是太阳系的一颗普通行星。对于整个宇宙来说,
它不过是宇宙中的一粒微小的尘埃。布鲁诺还由此推测,地球绝不是宇宙中
唯一有人居住的星球,在别的星系之中,也一定有与地球一样有人居住的星
球。这样,布鲁诺就从根本上否定了哥白尼提出的太阳是宇宙的中心的思想。
布鲁诺还进一步推断,不仅太阳不是宇宙的中心,而且整个宇宙根本就没有
中心。这就是布鲁诺在修正哥白尼的太阳是宇宙的中心这一思想的基础上提
出的宇宙无中心论。
哥白尼的日心说认为恒星天层是宇宙的边缘。因此,哥白尼的日心体系
与托勒密的地心体系一样,实质上还是一种有限论的宇宙体系。而布鲁诺的
宇宙论认为,既然宇宙没有中心,那么它也就没有边缘。而一个没有中心和
没有边缘的宇宙,必然是一个无限的宇宙,这就是布鲁诺的宇宙无限论。
由于布鲁诺的宇宙理论的建立,不仅克服了哥白尼的日心说的理论局
限,从而对日心说作出重大发展;而且开了近代天文学的宇宙论之端,从宇
宙学方面为近代天文学的发展提供了一个最初的无限宇宙模型。
布鲁诺的宇宙论及其革命意义已经超越了他的时代,他的宇宙论在当时
甚至连接受哥白尼的日心学说的天文学家也难以接受,在宗教中更引起了震
惊。1600年初,罗马教廷将布鲁诺处以火刑。
由于哥白尼的日心学说存在着实验基础不够完备和数理基础不够完善这
两个基本方面的局限,所以自哥白尼之后,天文学革命出现了两种新趋势:
其一,观测天文学迅速发展。丹麦天文学家帝谷便是这种新趋势的代表人物。
其二,数理天文学迅速发展。德国天文学家开普勒便是这种新趋势的代表人
物。
哥白尼的日心学说发表以后,第一个在观测天文学方面作出重要贡献
的,是丹麦天文学家、天文观测大师帝谷·布拉赫(1546—1601)。帝谷在
天文观测上所取得的成就是无与伦比的。近代早期天文学上的最重要的观测
工作,差不多都是由帝谷进行的。
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帝谷的天文观测是比较精密的。为了进行精密的观测,他发明和改革了
不少天文观测仪器。利用这些观测仪器,他的天文观测精确度达到了当时肉
眼观测能达到的最高水平。由于观测精确度极高,帝谷因此发现了月球运动
的“二均差”现象。帝谷所编制的恒星表至今仍有重要价值,他在20余年时
间内积累起来的行星运动史料,后来成为开普勒发现行星运动定律的直接实
验基础。
虽然帝谷的天文学兴趣主要在天文观测方面,但是他对于作为天文学基
础的宇宙体系同样感兴趣。在多年的观测实践与研究中,帝谷对日心体系和
地心体系都不尽满意。在神学与科学、地心体系与日心体系的矛盾夹击之下,
帝谷逐渐构思出了一个介于两大宇宙体系之间的折衷体系。1582年,帝谷明
确提出了他的这个新的宇宙体系。帝谷说:“按照古人的说法和《圣经》的
启示,我认为只能把地球安置在世界中心。但我不赞成托勒密的那种主张。
我想,只有太阳、月亮以及包含全部恒星的第八重天才以地球为中心而运行,
五颗行星则绕太阳运行。太阳处在它们的轨道中心,它们像陪伴君王那样绕
太阳作周年运动。”这就是帝谷提出的行星绕着太阳转而太阳、月亮绕着地
球转的一个折衷的宇宙体系。这一太阳和地球的双重中心体系实质上不过是
托勒密的地心体系的翻版,吸收了哥白尼日心体系的某些理论而已。
帝谷在初步提出他的宇宙体系之后,就力图以天文观测来证实他的体
系,但最终也未能如愿。
帝谷体系如果出现在哥白尼之前,对于托勒密体系而言,它还具有一定
的进步意义。但是,在哥白尼的日心体系已经问世之后,帝谷的折衷体系就
只能是一种历史的倒退了。帝谷的天文观测成就是令人惊叹的,但他的理论
失足却是令人遗憾的。在近代天文学史上,他虽然是当之无愧的以观测见长
的杰出的实验天文学家,但在数理天文学方面,他却只是一个平庸的理论天
文学家。帝谷在宇宙体系的理论探索中看来是失足了,倒退了,但就一定的
意义说来,帝谷体系确实又是日心学说由哥白尼体系向开普勒体系发展过程
中的一个必然的转化环节,一个必经的阶段。
帝谷在布拉格致力于天文学研究时,获得了一位他十分赏识的助手,这
就是德国的年青天文学家开普勒 (1571—1630)。
和哥白尼一样,开普勒也受到当时在欧洲复兴的毕达哥拉斯的思想的影
响,力图追求宇宙的数的和谐。
1596年,开普勒发表了他的第一部天文学论著《神秘的宇宙》。在这一
著作中,他提出了一个以五个等边立体的外接圆球的套件来说明行星之间的
数学关系的几何模型。在这个几何模型中,开普勒认为,行星的距离与它所
在的天层的天球壳的半径相关,而这些天球壳又与五个等边立体套件内接和
外切。这个模型没有也不可能真正揭示出行星轨道之间的数的关系,但却集
中表现了作为一个毕达哥拉斯主义者的开普勒的科学思想、科学方法和科学
追求。
1604年,开普勒发现了蛇天星座的超新星。这是当时发现的银河系的第
三颗超新星。由于开普勒历来具有浓厚的数理天文学兴趣,因此他逐渐把他
的研究重点从观测天文学转到数理天文学方面,试图建立一种新的宇宙的数
的和谐体系。开普勒本人既不相信托勒密的地心体系,也不相信帝谷的折衷
体系,而是坚持哥白尼的日心体系,坚持采用哥白尼的日心体系来作为数据
分析的理论基础。
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开普勒的第一个工作是企图将火星的观测数据,归纳为它的运动规律。
开始他是以旧有的几何技巧表示行星的运动,后来他从许多物理的根据去研
究太阳怎样使行星维持在轨道上运行。经过多年的研究,1609年,开普勒出
版了一本题为《新天文学》的论著。在这一论著中,开普勒论述了他所发现
的行星运行的第一定律和第二定律。
行星运动第一定律是:每一行星都沿一椭圆轨道环绕太阳运行,而太阳
则处于椭圆的一个焦点上。由于第一定律主要是描述行星环绕太阳的运行轨
道,因此行星运动第一定律也称为行星运动的轨道定律。
行星运动的第二定律是:从太阳到行星所联接的直线在同等时间内扫过
同等的面积。行星运动第二定律是揭示行星的线速度不匀速的规律的,也称
为行星运动的面积定律。
发现行星的两个定律之后,开普勒并未就此止步。十年之后,开普勒于
1619年在其所著的《世界的和谐》这一新论著中,公布了他发现的行星运动
的第三定律:行星公转周期的平方等于它的对日平均距离的立方。第三定律
给计算行星运动的轨道和公转周期带来了极大的方便。更重要的是,第三定
律揭示了行星向径与公转周期之间的内在联系。因此,第三定律也称为行星
运动的周期定律。
行星运动三定律的发现,是对哥白尼日心学说的重大发展,因为行星运
动三定律不仅初步克服了哥白尼学说的历史局限,而且把哥白尼的日心学说
建立在更为完善的数理基础之上。这样,日心学说就从哥白尼体系发展到开
普勒体系这样一个新的发展阶段。
当开普勒宣布发现行星运动第一定律和第二定律,从而奠定日心学说的
数理基础时,在意大利,近代实验科学的伟大奠基者、开普勒的朋友伽利略
(1564—1642)也以天文望远镜的发朋为日心学说的确立和发展作出了重大
贡献。如果说,开普勒对日心学说的重大贡献在于为日心学说奠定了实在的
数理基础的话,那末伽利略对日心学说的主要贡献在于为日心学说奠定了直
接的实验基础。
哥白尼的理论开始所以遭到很多的反对,主要原因是那时的人对物体为
什么运动有一种错谬的看法。直到 17世纪人们对于力学才有比较正确的看
法。伽利略使力学成为一种近代的科学。伽利略澄清了哥白尼理论在力学上
的障碍之外,并从另外两个方面去推进了它。首先,他用那时新发明的望远
镜去观察天体,发现一些现象,对于解决新旧两种宇宙观的纷争,起了很大
的作用;其次,他在科学与宗教的战争里,表现为无比英勇的战士。
1608年,荷兰德尔堡的眼镜制造商汉斯·利波尔塞根据一次偶然的发
现,发明了第一架望远镜。1609年5月伽利略听说这一消息时,立即意识到
望远镜将对观测天文学具有重大科学价值。于是,他立即对光学原理和磨镜
技术进行了实验研究,于当年试制成功了第一台可放大30倍的天文望远镜。
第一台天文望远镜就这样发明了。
1601年伽利略开始用望远镜去观察天体,并在当年发表的 《星际的信
使》和 《论太阳的黑子》等论著中,报道了他的一系列重大的天文发现。在
伽利略的天文望远镜中,人们第一次见到了前所未知的天体奇观。而伽利略
的这一系列的杰出天文发现,特别是木星的卫星、金星的位相这些杰出的天
文发现,第一次为哥白尼的日心学说提供了直接的实验证据,而哥白尼的日
心学说也因此第一次在实验观察中得到证实。
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哥白尼快要死去的时候,凡是主张不合教会思想的人就会受到迫害。不
过那时还仅限于宗教思想,一位有名的牺牲者,便是布鲁诺。到了伽利略的
年代,这种不容异己的迫害越来越严重,推广到有关科学的思想,于是伽利
略便成了第二个受迫害者,教廷禁止伽利略继续研究哥白尼的学说,不准他
再为日心体系辩护。
伽利略虽然表面上表示服罪,但他在实际上并未放弃哥白尼的日心学
说,悄悄开始他的主要天文学著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对
话》的写作。《对话》于1632年在佛罗伦萨出版。《对话》是一部巧妙地论
证日心体系的科学巨著,是继哥白尼的《天体运行论》和开普勒的《新天文
学》之后的又一天文学杰作。同时也是继哥白尼的日心体系和开普勒的行星
定律之后对基督教神学的又一次沉重打击。
《对话》一书由萨尔维阿蒂、沙格列陀和辛普利邱三人在四天内的�
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