托勒密和他的宇宙体系

托勒密和他的宇宙体系

在喜帕恰斯之后大约两百多年，亚历山大里亚出现了一位学者——托勒密。

关于他的生平，我们所知的实在太有限了。在写作这本书的时候，我试图找到托勒密的有关事迹，最好是一些有趣的故事，这样故事本身就能掩盖我乏味的文笔。但我失望了，我所看到的每一本书在提到托勒密时都不无遗憾地称，对他的生平几乎一无所知。我们所知道的仅仅是，他的活动年代大概在公元二世纪，大约死于公元180年。他可能是一位希腊化的埃及人，在著名的亚历山大里亚图书馆工作。

所幸的是，他留下了著作，我们从中可以了解他在人类认识世界的过程中所留下的这一段足迹，这样也许能理解他何以在欧洲影响达十三个世纪之久了。

亚历山大里亚最后一位伟大学者

我们提到托勒密时，首先想到的往往是一位天文学家和他那著名的宇宙体系。实际上，托勒密是一位博学的学者，除了天文学外，他还在数学、地理学和物理学等领域有很多研究。这反映出古代科学家们所共有的特点——博学，这与我们今天社会中的科学家有很大不同。现在的科学家虽然在研究的深度上超过了古代，但从研究领域上来看，往往只是某个狭窄领域内的专家而已。

托勒密堪称一位地理学家，实际上，他对欧洲地理学的影响丝毫不亚于他在天文学上的影响。他曾写过一本著名的书——《地理学》。托勒密认为，在测量和绘制地图时，必须先对经纬度进行正确观察，然后才能取得圆满的成果。他在《地理学》一书中，详细地解释了怎样从数学上确定经纬度。这种原则在我们现在看来无疑是对的，它把地理学建立在一个牢固的基础上。可托勒密掌握的材料太有限了，加上当时还没有什么方法可以精确地测量经度，他给出的经线没有一根是用天文学方法确定的，仅仅少数的纬线是这么计算的。他靠这种无把握的经纬网确定的地理位置自然免不了出错，尤其是海面上的位置，简直就是猜测出来的。在他绘制的地图上，亚洲到欧洲的距离比它真实的位置更近。有趣的是，托勒密的错误倒是鼓励了航海家们的勇气。十三个世纪后，托勒密的地理观点仍很权威，被地图制造者们认可，并恭恭敬敬地画在他们的地图上。而雄心勃勃的哥伦布看到遍布黄金和香料的亚洲在离欧洲西面很近的海上，无疑勇气大增，于是欣然开始了他的亚洲航行，可没想到无意之中却发现了美洲大陆。如果托勒密给出的地理位置再精确一些，也许美洲大陆的发现将是另外一番情形了。

托勒密的另一本著作——《光学》，对光的反射和折射作了比较详细的研究。

除此之外，托勒密还写了一本有关占星术的书——《天文集》，这本书可能比他的其他著作流传得更广一些。据说，现在占星学的大多数概念和争议都发源于托勒密的这本著作。如此看来，托勒密也可以被看做是占星理论的祖师爷。这种天文学家和占星术家合而为一的身份是很有趣的。在现在的时代，一个天文学家如过分热衷于占星术，这往往会有损于他作为科学家的声誉。而在古代，这种双重身份是很自然的事情，有时天文学甚至是一个占星术家的副业。既然只有天文学家们熟知天上的星星和星座，而神已在这些星体上，他们当然有义务把影响人类命运的天象告诉给人们。

托勒密最具影响的著作是他的《天文学大成》，这本书包括了他本人的研究成果和前人的天文学成就，代表了发展500年的希腊天文学和宇宙学思想的最高成就，这是影响并统治欧洲13个世纪的科学。

托勒密去世之后，亚历山大里亚学派渐渐趋于衰落。随着希腊统治在埃及的消亡，托勒密和他的前辈们所创造的文明奇迹也逐渐成为过去。托勒密就像希腊文明中的最后一座高峰，在他之后的相当长时期内，科学没有出现大的发展，这一阶段持续了十三个世纪。

托勒密的宇宙体系

在托勒密生活的时代，天文学还处在幼年期，人们对宇宙的认识还停留在最初阶段。我们在前面曾提到，对于宇宙的结构，古代不同民族，不同学派有过许多不同见解，但占主导地位的还是自亚里士多德时代起就流行的地球中心说。尽管这种认识有可能是错误的，但它与人们的常识最接近，在经过学术权威的强化之后被整个知识界和大众阶层所接受，并通过教育传给下一代。

托勒密无疑是赞同地球中心说的，在他一生中，他一直用他的智慧和研究成果为这一理论的大厦寻找支撑，添砖加瓦，以使它更加完善。

作为一门古老的学问，天文学的基本目的，也是天文学家们一直在做的事情是：观察宇宙中的天文现象，然后解释它们。当他们这样做的时候，他们往往首先提出一些假设，在这些基本假设下解释天文现象，谁做得更好，谁的理论就更合理。当然，这在人们都承认科学的合理性的前提下才成立。如果有其他非科学因素的干扰，那么更先进的理论就不会马上被承认。我们在以后有关哥白尼的故事中将会看到宗教和习俗的力量对科学发展的阻碍作用。

在托勒密时代，人们对宇宙的基本理解是这样的：宇宙以地球为中心，所有天体以均匀速度按完全圆形的轨道绕地球旋转。天文学家们面临的问题是，在这一假设之下，如何来解释天体的运动。

恒星似乎能老老实实地满足这一假设。它们之间的相对位置没有什么变化，很容易使人感觉到它们以一个整体在绕地球旋转，东升西落，一天绕地球一周。当时人们已经认识到恒星离我们地球非常遥远，在托勒密的宇宙体系中，它们被统统放在其他星体之上一个被叫做恒星天的轨道。我们以后会看到，恒星距离的遥远将会给托勒密体系的自圆其说造成很大麻烦。

同托勒密捣乱的是天空中的“流浪汉”——行星。当时人们已经观察到的行星有水星、金星、火星、木星和土星，月亮和太阳也被看做是行星，因为它们有显著的视运动。对这些星体到地球的距离，天文学家们也有大致正确的认识，它们被分别置于各自的轨道上，轨道被称为某某天。

这些“流浪汉”的行踪往往不定，虽然大致沿着一个方向运动（顺行），但有时快，有时慢，有时几天停在一个地方（留），有时甚至还逆着原来的方向走上一段（逆行），然后再掉过头去继续运行。

“流浪汉”们反复无常的脾气让天文学家们大伤脑筋，不过这也正是体现托勒密和他的一些前辈们过人之处的地方。从亚里士多德开始，天体的轨道被认为必定是圆形的；因为圆形被视为“完美无缺”的形状，而天上是不容许有缺陷的东西存在的。但是，作为数学家的托勒密认识到，实际观察到的行星运动用它们沿圆形路径围绕地球旋转的理论是无法解释的。于是，他想出这样一个体系，采用了三种原始假设来解释星体不规则的视运动：偏心轮、本轮和均轮。如果星体在偏心圆上以恒定的速度绕地球运动，那么就可以简单地说明当时已知的星体视运动的不匀速性。然而这解释不了行星的留和逆行，于是托勒密又利用了本轮和均轮，他设想每个天体都沿一个小圆（本轮）运动，本轮的中心又沿着正圆形轨道围绕地球旋转，那么留和逆行似乎也得到了说明。

在前人的基础上，托勒密创立了自己的本轮——均轮——对称点体系，将三种假设揉合在一起，对星体的运行加以解释。

托勒密是一位杰出的天文观测家，他利用前人和自己的观测结果，为不同的行星设计了不同大小的本轮和均轮，对火星、金星和水星等的轨道分别加以解释。如果单独描述某一颗行星的时候，这种理论能够较好地解释观测到的现象。但是如果把它们放在一个模型中，那么它们的尺度和周期将发生冲突，一切全乱套。看来一个本轮还不足以将行星们的不规则运行表达清楚，于是托勒密添加了本轮，试图用本轮运动的叠加来解释行星的真实运动。结果宇宙里轮子越来越多，整个托勒密体系变得笨拙不堪。

然而无论缺点如何，这种体系还是完整地保持了1300年之久。

我们在前面谈到过，古希腊时候也有人提出过地球运动和太阳中心的假说，托勒密应该是知道的，他如何来看待这些观点呢？他依据所谓物理学的理由，反对地球运动的观点。

他认为，如果地球以很快的速度在运动，那么就不可能看见有向东移动的云彩，以及飞翔之物或被抛向天空的物体了。由于地球在向东转动时，总是跑在它们前面，因而其他一切东西看来都会被甩在地球后面而向西移动。如果地球以那么大的速度在转动，那么地球上的所有物体都会因为受到离心力的作用而向外飞散，整个地球也有崩溃的危险。

托勒密认为，仅仅想到这些东西，就会使人觉得地球运动观点的可笑。