行星运动革命是什么？

所谓科学革命，通常是指欧洲17世纪初期科学理论和科学实践的一系列变革，其中尤以天文学和物理学所取得的成就最为突出。科学革命是西方文明的独特产物，它的产生有着多方面的原因。

首先，中世纪欧洲大学教育的发展为科学革命的产生创造了条件。15世纪，欧洲的主要大学都开设了数学、天文学和物理学等新学科，这无疑推动了科学的发展。16、17世纪的欧洲科学家大多在大学里接受过教育，伽利略和牛顿等天才人物还曾在大学中执教。

其次，文艺复兴为现代科学奠定了基础。这一时期出现了两种促进新科学大力发展的倾向。第一，机械论的宇宙观日益为人们所熟知。1543年出版的古希腊数学家和物理学家阿基米德的著作推动了机械论宇宙观的发展。阿基米德认为，宇宙就像一架大型机器，在机械力的作用下运行。这种机械论试图在自然界中寻找可以观察和量度的因果关系，因而在科学革命的发展中起到了重要作用。第二，15世纪出现了理论与实践相结合的倾向，打破了中世纪那种理论与实践彼此分离的局面。文艺复兴期间工匠不再受到鄙视，人们重视纺织、制陶、制玻璃以及冶金等方面的实用技术。拥有理论的学者与掌握技术的匠人加强了联系，彼此促进，二者的联合推动了科学的发展。此外，文艺复兴时期的一些艺术家自身便能贯通两个领域：他们既是能工巧匠，又是探讨光学原理与几何法则的学者，其探索活动也促成了理论与实践的结合。

再次，地理大发现及航海技术的发展为科学革命提供了动力。文艺复兴时期的地理探索颠覆了某些传统理论。比如，新大陆的发现就证明托勒密的地理学是错误的。远洋航行也需要更精确的航海测绘以及望远镜、气压计、温度计和空气泵等新工具，这些需求成为科学研究的动力之一。

直到16世纪初，欧洲学者的宇宙观仍主要以希腊哲学家亚里士多德和天文学家托勒密的思想为基础。公元前4世纪亚里士多德认为，整个宇宙是一个以地球为中心的球状结构。月亮、太阳以及其他天体环绕着静止不动的地球运转。亚里士多德区分了天上的世界与地上的世界。他指出，天体由完美无缺、永恒不变的元素组成，它们的运动轨迹为完美的正圆形；而地球则由可变元素组成，处于从生成到衰亡的演变之中。大约在公元2世纪中期，古希腊学者——亚历山大里亚的托勒密写作了《天文学大成》，系统阐述了当时的天文学成就。在托勒密的体系中，地球也是静止的，外围重重包围着9层天空，它们围绕着地球运动。托勒密还建立了完备的几何模型，提供了一套以复杂的圆周运动为基础的数学体系，能够计算和预测行星的运行路线。托勒密体系经过拜占庭和阿拉伯的学者传给了欧洲的中世纪思想家。

尼古拉·哥白尼（1473—1543）是波兰的一个教士，青年时代曾在欧洲多所大学学习教会法和天文学。哥白尼发现传统的宇宙观无法令人满意地解释从地球上观察到的行星运动轨迹。他提出：如果把地球看作是一颗围绕着太阳运转的行星，就能比托勒密体系更好地解释所观察到的行星运动。尽管哥白尼早就形成了日心说理论，但是他担心被嘲笑，又怕遭到教士们的反对，因此直到1543年才公开发表了其论文《天体运行论》。哥白尼主张，宇宙的中心是太阳，而非地球，地球和其他行星一样在正圆形的轨道上围绕着太阳运动；地球不仅环绕太阳运转，它每天还要绕着自己的轴转动。地球自转的假说能够解释黑夜与白昼交替的现象。日心地动说能够在理论上解释为何在地球上观察星球的运行轨迹会如此复杂。哥白尼把地球降低到了与其他行星同等的地位，令地球丧失了在宇宙中的独特位置，这等于否定了亚里士多德的基本观点——地球与任何天体都不同。

哥白尼的学说很快遭到了路德与加尔文等新教领袖的谴责，他们认为日心说是对《圣经》权威的挑战，因为《圣经》经文支持地心说。与新教神学家不同，欧洲的一些天文学家比较欢迎哥白尼的著作。其中德意志天文学家约翰尼斯·开普勒（1571—1630）便是哥白尼日心说的坚定支持者，他为推进哥白尼革命作出了重要贡献。开普勒提出了著名的行星运动三大定律，论证了行星运行的轨道是椭圆而非哥白尼所说的正圆，还修正了哥白尼的行星匀速运行的观点，认为行星运行的速度随着与太阳距离的变化而变化。在开普勒从数学理论的角度完善哥白尼体系的同时，意大利物理学家、天文学家伽利略（1564—1642）则收集了更多的天文学证据以促使日心说为人们所接受。伽利略利用自制的天文望远镜，在天体观测上取得了许多新发现。这些发现发表于1610年出版的《星空使者》一书中，成为证实哥白尼日心说的证据。1632年，他还出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》，书中猛烈抨击了传统宇宙观，维护了哥白尼的学说。正因此，伽利略遭受了罗马宗教裁判所的审讯，被迫公开放弃其主张。尽管如此，伽利略的观点仍在欧洲知识界广泛传播。除了天文发现，伽利略还在物理学，尤其是力学和运动理论方面作出了卓越的贡献。

在哥白尼革命的道路上，哥白尼只是迈出了第一步。作为一场科学变革，哥白尼革命是众多天文学家、数学家、物理学家和哲学家共同努力的结果。到18世纪初，亚里士多德、托勒密的有限的、以地球为中心的传统宇宙观，已经被宇宙是无限的、恒星密布并服从于数学定律的观念所取代。

科学革命的核心是新的探索世界和确定真理的科学方法论。新方法否定中世纪经院哲学家的三段论式的演绎推理法，强调要进行系统的调查、实验，要依据所观察到的事实和数学原理进行推论。阐释新方法的两位代表人物是弗朗西斯·培根（1561—1626）和勒内·笛卡尔（1596—1650）。

培根曾任英国大法官，他并非科学家，而是一位哲学家和散文作家。培根试图在崭新的科学方法的基础上彻底改造人类的知识。他采用的科学方法是归纳法，即从特殊到一般，从具体到抽象的推理方法。在1620年出版的《新工具》一书中，培根阐述了他的归纳法。譬如，要想研究树叶，就应该尽力搜集形态各异的样品，然后认真细致地加以对比和分析。他还提出，人们之所以在科学方面停顿不前，是因为“他们像中了蛊术一样被崇古的观念，被哲学中所谓伟大人物的权威，和被普遍同意这三点所禁制住了”。因此应抛开种种陈旧观念，以崭新的眼光审视事物，用观察到的实际事实来塑造我们的思想。培根的思想启发了17世纪英国、尼德兰以及法国的实验科学家。1660年创立的科学团体伦敦皇家学会，便是从制度层面将培根的科学方法付诸实践。

与培根一样，笛卡尔也对传统知识感到不满。他在《谈谈方法》（1637）中写道，“我们有可能取得一些对人生非常有益的知识，我们可以撇开经院中讲授的那种思辨哲学，凭着这些看法发现一种实践哲学，把火、水、空气、星辰、天宇以及周围一切物体的力量和作用认识得一清二楚，就像熟知什么匠人做什么活一样，然后就可以因势利导，充分利用这些力量，成为支配自然界的主人翁了”。笛卡尔为了摒弃当时的学术基础，决意批判地审视每一个概念，只保留不证自明的基本事实。根据他的推理逻辑，笛卡尔认为只有他在思考这一点是不容怀疑的，“我思故我在”成为其推理演绎各种结论的起点。

笛卡尔与培根的不同之处在于，他还是数学家，非常重视数学方法。笛卡尔相信，逻辑，尤其是几何学那种从公理出发的推理，只要正确运用，就是绝对可靠的工具。此外，笛卡尔系统阐释了17世纪的机械论自然观，他否定了自然界中的神秘力量，从物质微粒和运动的角度解释一切现象，以便客观地研究整个宇宙。

可以说，培根归纳式的经验主义和笛卡尔演绎式的理性主义共同确立了17世纪的科学方法。

牛顿（1642—1727）曾写道：“如果说我能（比别人）看得更远，那只是因为我站在巨人们肩膀上的缘故。”的确，他把一个世纪以来许多科学家和数学家所提供的大量资料会合起来加以综合，开普勒、伽利略、培根和笛卡尔等伟人都为牛顿的重大科学成就的产生打下了基础。通过融会开普勒和伽利略的研究成果，牛顿发现：开普勒的行星运动定律和伽利略的地球上物体运动定律，乃是相同定律的两个方面。牛顿也综合了培根和笛卡尔所提出的两种科学方法。他把经验主义作为研究的起点，重视实验数据的收集，同时也强调理性主义的作用，证明了数学作为理论工具的意义。

牛顿

牛顿在数学、光学等领域均有建树。在数学上，他创立了微积分学，发展了关于方程式的大部分理论；在光学上，他在了解光束、光的折射及色彩现象方面作出了重要贡献。不过，牛顿的最高成就在于他提出了万有引力定律。在其划时代巨著《自然哲学的数学原理》（1687）中，牛顿用大量的数据证明了这一定律。根据这一定律：“宇宙间物质的每一粒子都和其他的每一粒子相互吸引。它们之间相互吸引的力量与它们之间距离的平方成反比，和它们质量的乘积成正比。”他还证明这个定律可以应用于一切物体，无论是巨大的星球，还是从树上掉落的小小苹果，而这种普遍性在此之前是不被接受的。这套理论可以解决一些貌似不相干的现象，比如，潮汐运动是由月亮引力造成的。直到20世纪，牛顿的理论都是不可动摇的，只是在近一个世纪内才发现它有局限性。

牛顿的宇宙是无限的，没有中心的，同时这个宇宙又是统一的，可以用数学来描述。然而，他仍要用神学原理支撑其宇宙观。在牛顿看来，虽然物质的运动可以用数学原理来描述，但是宇宙的基本运作机制是由上帝神圣的力量来启动的。他宣称，如果上帝不是定期地介入调整，那么星球体系会陷入一片混乱之中。

1727年牛顿去世时，英国诗人亚历山大·蒲柏为他写了一首诗：

自然与自然法则隐没于冥冥暗夜之中，

上帝说“牛顿诞生吧！”于是，一切光明。

这场始自哥白尼、讫于牛顿的科学革命，使人们对自身的能力产生了空前的自信。在天文学和物理学新发现的鼓舞之下，其他领域的研究者也纷纷取得了重要成就，解剖学、微生物学、植物学和化学等学科在17、18世纪都实现了彻底的变革。虽然在19世纪之前科学所带来的重大技术进步并不多，但是人们已经普遍意识到科学具有实用价值。在欧洲人的思想文化中，科学已经成为理性、革新、进步与福祉的象征。