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究天人之际——天文学的发展与美的发现

中国古代追求天人合一,德国古典哲学创始人康德的墓志铭也曾言:位我上者,灿烂星空;道德律令,在我心中。天文是人类永恒的话题之一,在天文学漫长的发展过程中,科学的探索并非一帆风顺,从泰勒斯到德谟克里特,从毕达哥拉斯到亚里士多德,从托勒密到反托勒密,对美的认识也在不断加深。审美作为原初动力之一,不断推动和促进科学的进步。

一、审美的背景

天地玄黄,宇宙洪荒。天,这个古老而神秘的存在,是相当长的时间段内,人类认识的终极。古往今来,古今中外无数人都梦想探寻它的奥秘。刚柔交错,天文也。是易经的以察时变。天之苍苍,其正色邪,其远而无所至极邪,是庄周的极限求索。日月安属?列星安陈,是三闾大夫发人深省的天问。然而,这个离我们很远的天空,离我们的生活却很近。它是二十四节气的不违农时,它是见信而寂的潮起潮落,它是动如参与商的分野,它在人类的发展史上,有着举足轻重的地位。

对于同为四大文明古国的两河流域的古巴比伦,古埃及和古印度。天文学也发端甚早。两河流域的人们把七天定为一周,规定了一小时60分,一分钟60秒,一直沿用至今。古埃及地靠尼罗河,其天文学的出现也与河流的汛期旱涝密切相关1】。马克思曾言:“计算尼罗河水涨期的需要,产生了埃及的天文学。”它们将一年划分为365天。对于古印度,他们将一年分为12个月,对后世影响匪浅2】

你方唱罢,我方登台,要说对近现代天文学的影响最大的,古希腊的天文学家一定不遑多让。公元前63世纪爱奥尼亚时期的自然哲学对科学发展影响深远,并且届时诞生了米利都学派,毕达哥拉斯学派和德谟克里特学派。米利都学派的代表人泰勒斯被誉为科学和哲学之祖,他第一个提出了“世界的本原是什么?” 。他对太阳的直径进行了测量和计算,正确的解释了日食的原因,并曾预测了一次日食。此外,他也在数学,哲学等领域做出了重要贡献3】

德谟克里特学派以德谟克里特本人为首,他是一个杰出的唯物主义哲学家,是原子唯物论学说的创始人之一。他率先提出了万物由原子构成,原子既不能产生,也不能消失,并由之组成世间万物4】

二、审美的诞生

毕达哥拉斯学派提出用数学的观点解决天文学的问题,提倡万物皆数。并且阐明了可理喻的东西与可感知的东西之间的区别,前者是完美的,而后者则是有缺陷的。他师从泰勒斯,并将其学术思想发扬光大。在他们眼中,球体是最完美的立体,因此宇宙必定是球形的;宇宙以地球为中心,因此地球也必定是球形的,天体运动是和谐的,以匀速作圆周运动。毕达哥拉斯关于天体运动的和谐性5】,对后世影响深远。

在毕达哥拉斯之后活跃在西方哲学领域的大家是亚里士多德,他是经验自然科学的领军人物,马克思曾盛赞其是古希腊哲学家中最博学的人物,恩格斯称他是“古代的黑格尔”。他认为运行的天体是实体物质,地球是球形的,是宇宙的中心;他认为地球和天体由不同的物质组成,地球上的物质是由水、气、火、土四种元素组成6】,天体由第五种元素“以太”构成。这一假说的影响不局限与天文学,甚至对后来的物理学产生了巨大的影响。并且直到1887年迈克尔逊和莫雷在美国的实验7】,才证明了以太不存在。亚里士多德认为宇宙的运动是由上帝推动的,宇宙分为天地两层,地球之外有9个天层,由里到外依次是:月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原动力天。各个天层自身静止,上帝推动了恒星天,带动了所有的天层运动。


 

图1 亚里士多德及其四元素说


三、 审美的歧路

时间的车轮悠悠荡荡,直到公元前3世纪2世纪中叶,天文学的发展迎来了一个重要人物——托勒密。他是“地心说”的集大成者。他利用前人的研究成果和自己长期观察的数据,完成了巨著《至大论》8】。在书中,他把亚里士多德的9层天扩大为11层,把原动力天改为晶莹天,又往外添加了最高天和净火天。托勒密设想,各行星都绕着一个较小的圆周上运动,而每个圆的圆心则在以地球为中心的圆周上运动。他把绕地球的那个圆叫“均轮”,每个小圆叫“本轮”。同时假设地球并不恰好在均轮的中心,而偏开一定的距离,均轮是一些偏心圆;日月行星除作上述轨道运行外,还与众恒星一起,每天绕地球转动一周。这一体系较为完满的解释了当时观测到的行星运动情况,从而被人们大为信奉9】

托勒密的天体模型有其固然优点,一是它的体系绕着某一中心做匀角速度运动,适合于亚里士多德的假设,易于接受;二是他用几种圆周轨道加以组合,并且预言了行星的运动位置,与实际相差很小,相比以前的体系有所改进;三是他采用了地球静止不动,处于宇宙中心的说法,对当时人们的生活起到安慰作用,也符合基督教的基本信仰。

四、审美的归正

在托勒密的思想传播到阿拉伯世界以后,深刻影响了当地的天文学发展。然而,在人们普遍将其奉为圭臬的同时,不乏有批判性思维的先驱,对此提出了质疑。远在埃罗的阿尔哈曾率先对这种繁冗的体系提出批评,他认为托勒密的体系违背了匀速圆周运动的“祖训”。他在《七大天体运动模型》第一个提出了非托勒密的运动模型,并指出了地球自转的可能性,并且使用最少的假说来描述天体的运动。无独有偶,马拉盖学派的天文学家们也提出了替代托勒密体系的新模型,以上种种行为也被称之为反托勒密革命。其中马拉盖学派的代表人物沙缇尔,他利用双本轮的设计,使之符合匀速圆周运动,同时他消除了后者的对点,使星体运动速度保持恒定。沙提尔首次把自然哲学从天文学中剥离了出来,他的工作标志着天文学研究的转折点,被誉为为“文艺复兴前的科学革命”。

 

图2 哥白尼及其日心说10】

四、 结论及我见

14世纪英格兰奥卡姆的逻辑学家威廉曾提出了著名的奥卡姆剃刀理论——如无必要,勿增实体。简洁之美,自始至终为人们所推崇。自亚里士多德开始,天体运行的轨道就是至美和至和谐的,它包含了最标准的圆,最和谐的匀速运动,以及最简单的假设。甚至人们都并不认为这是假设,都会自然而然地认同这种内在的标准和和谐,仅仅因为它们足够的美。这是一种发自内心的天性,它可能不是来自科学的后天学习,却创造性地为科学的发展指明了道路和方向,有力地促进了它的进步。然而审美不断加深的过程并非一帆风顺,人们认识事物,探寻事物的本质的实践过程也往往具有复杂性和重复性。托勒密体系固然有其优点,它能符合当时观测的多个天文现象,并且精度有了明显提升,但终究过于繁琐。随着审美的不断加深和科学的不断进步,它最终还是被时代否定。人们可能本身并不会如托勒密一般对天体运行了如指掌,但只是因为它的繁琐冗杂,因为它破坏了原有的美感,从心底产生了排斥和抵触,进而提出了反对意见。托勒密不惜引入了十数个偏心圆以自圆其说,表面上看符合了测量的结果,实际上破坏了原有的简洁完整之美。而后续天文学家所谓的反托勒密主义,都是基于对美的执着追求和正名。审美的过程也从此回到了正途之上,直到最后由哥白尼等人将日心说发扬光大。

为何人们会将最完美的圆和球体加诸星球,为何人们将最完美和谐的运动方式,和最朴素原始的假设加诸星体。凡此种种,究其根本,都是人们对崇高壮美的星空宇宙的由衷赞美,是人类对美追求的本心。不仅仅是西方,中国对于天文的审美,体现在对星星的命名上。璇玑玉衡,以齐七政;天枢天璇,天玑天权,每颗星星的名字都极尽赞美之能事,将世上最美好的字词加诸其上。彼时星河在上,如今波光在下,美学之简洁,美学之和谐,美学之求索,闪耀在科技发展的方方面面,宛如明珠,光彩夺目,熠熠生辉。



参考文献

【1】 王凯. 古埃及的天文学——社会生产实践的重要向导[J]. 科学与文化, 2007, 000(001):53.

【2】 蒋世仰. 印度天文学介绍[J]. 自然杂志, 2004(01):45-49.

【3】 卢昌海. 泰勒斯的水[J]. 科学世界, 2018(7):130-131.

【4】 王达天. 伟大的原子论哲学家——德谟克里特[J]. 历史教学问题, 1994(06):23-29.

【5】 徐思瑶. 孔子与毕达哥拉斯"和谐"思想比较研究[D]. 2017.

【6】 吴蓓. 古希腊物理学简史[J]. 现代物理知识, 2000, 000(001):42-46.

【7】 王涛, 孙建朋. 史上著名的物理实验——迈克耳孙-莫雷实验[J]. 物理之友, 2015(12).

【8】 邓可卉, 王加昊. 论古希腊拯救现象的思想源流以《至大论》为中心[J]. 广西民族大学学报:自然科学版, 2020(1):37-41.

【9】 孙丽颖. 托勒密《天文学大成》影响分析与当代启示[J]. 绥化学院学报, 2019(11).

【10】 周福坤. 哥白尼革命时期的科学与宗教关系——基于地心说与日心说之争[J]. 理论界, 2014(5):86-88.


(作者:成维智 中国科学技术大学 科技史与考级考古系学生)


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