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科學家也反對哥白尼?

哥白尼的日心說十分出名,但反對這個革命性學說的不只是教廷,當時某些證據確實比較支持另一種學說。


撰文/丹尼爾森(Dennis Danielson)葛藍尼(Christopher M. Graney)
翻譯/甘錫安 

重點提要

  • 哥白尼的日心說指出,地球是繞著太陽運行。這個理論頗具革命性,顛覆了1000多年以來的科學常識及宗教學說。
  • 當時的科學家大多不願接受這個理論,這種情況長達數十年,甚至延續到伽利略以望遠鏡進行劃時代的觀察之後。
  • 科學家的反對態度不全然基於神學理由,觀測的結果更支持另一種宇宙學說,也就是第谷的「地球太陽中心說」。

 

  哥白尼於1543年在他的科學著作《天體運行論》(De Revolutionibus Orbium Coelestium)一書中,提出他的革命性學說,當時許多科學家閱讀、讚賞和註解這本書,並引用改進自己的天文預測。但是即使經過57年,到了1600年,仍然只有10多位認真的天文學家放棄地球靜止不動的普遍想法。大多數科學家仍然偏好比較符合常識的地心說(geocentrism)。即使是現在,我們講到日升日落時,也是採用地心說這種觀點。 


  這個天文學僵局有時會被描述為出於偏見,直到伽利略於1609年製作望遠鏡觀察恆星、月球和行星之後,才打破了這個僵局,但這兩種說法都不正確。1609年之後有很長的時間,天文學家仍有相當充足的科學根據來質疑哥白尼。他們的故事充份說明:研究人員往往有極佳的理由抗拒革命性的學說,即使最後證實這些學說完全正確。

 

第谷的新宇宙觀 
  另一股有力的質疑聲浪,來自丹麥天文學家第谷(Tycho Brahe)。他於1588年提出與以往不同的地球中心系統。這個新的「地球太陽中心」(geoheliocentric cosmology)宇宙觀有兩個主要優點:它與當時觀察到的宇宙運行方式相同,而且與當時資料的吻合程度高於哥白尼的宇宙系統。 


  第谷十分傑出。他執行的大規模研究計畫擁有規模如同城堡的天文台、不亞於現今美國航太總署(NASA)的預算,以及最高級的儀器和最佳助手。當時擔任助手的克卜勒(Johannes Kepler)後來藉由第谷的火星觀測資料,發現行星運行軌道為橢圓形。美國哈佛大學歷史學家金格瑞西(Owen Gingerich)經常以17世紀庫爾修斯(Albert Curtius)整理自古以來的所有天文資料,來說明第谷宇宙學說的重要性。


  這位成就極高的天文學家十分讚賞簡潔精確的哥白尼宇宙系統,但對其中某些地方頗感困擾。有一點他覺得很不放心,就是沒有物理學上的解釋可以說明地球為什麼移動(過了100多年之後,提供相關解釋的牛頓物理學才問世)。此外,當時也不清楚地球的大小,直徑數千公里的土石球體想必十分沉重。要讓滿載貨物的馬車在街道上前進都相當困難了,是什麼力量能使如此龐大笨重的地球環繞太陽運行?


  相反地,恆星和行星等天體的運動則很容易解釋。亞里斯多德時代的天文學家曾經假設,構成天體的成份是地球上所沒有的特殊輕盈物質,這種物質會自然進行快速的圓周運動,如同馬車沒有動力就會自然停下來一樣。第谷認為哥白尼的宇宙系統「巧妙完整地解決了托勒密系統中所有多餘或不協調的部份??它把一切歸之於速度快如輕盈火炬的運動,但地球這個笨重怠惰的物體並不適合移動。」就這一點而言,現代天文學家與古代天文學家是一樣的。現代天文學家為了解釋觀測結果,假設宇宙有很大一部份是我們以往不了解的「暗物質」或「暗能量」。


【本文轉載自科學人2014年2月號】