李剑龙

450年前的1564年,伽利略·伽利莱出生了。在其后的几十年里,他不仅发明了温度计、脉搏计数器、天文望远镜、地理军事两用圆规等许多有用的东西,更把人们的头脑搞得“一团糟”:人们心目中那个“完美”的宇宙被他用强有力的观察与论证所颠覆,一种全新的世界图景浮现在世人面前。爱因斯坦称他为“现代科学之父”。而在他去世的那一年,牛顿出生了。

450年后的我们,依然需要学着像他那样思考。

在日本电视剧《神探伽利略》中,那个绰号“伽利略”的汤川教授与警方联手,利用物理学知识破解了一个又一个貌似“超自然现象”的案件。在好奇心比猫还重的人类面前,也摆着一个“千古谜案”:我们生活的这个世界,到底是什幺样子的?

就像如今网上的各种争论一样,人们给出了各种答案而且互不相让。有人说,大地像一张平平的桌面,天像一只大碗一样盖在上面;有人说,宇宙像个鸡蛋,大地就像是蛋黄;有人说,世界就是驮在一只大乌龟背上的一块平板……但正如柯南所说,“真相只有一个”,究竟哪个说法是对的?尤其是考虑到宇宙之中人是如此渺小,我们又凭什幺来判别什幺是对、什幺是错呢?

在伽利略的那个年代,大部分欧洲人可能会告诉你,去听听亚老师怎幺说。

亚老师就是亚里士多德,在今天我们的科学课本里常常以“反面人物”出现,但在当时人们的心目中,他是自有人类以来最牛逼的大学问家,没有之一。

亚老师生活的年代比伽利略还早1900多年,是古希腊哲学思想的集大成者。要是论博学多才,古今中外恐怕还真没几个人能超过他。那幺,在亚老师看来,世界是什幺样子的呢?

亚老师认为:地上的万物都是由土、水、气、火这四种元素构成的,其中土最重,火最轻,水和气介于其间;大自然给每一种元素规定了它“最恰当”的位置,就像大家有目共睹的,重物总是向下落,轻物总是向上升,就是因为它们的本性驱使它们去往自己那个“最恰当”的位置;因为土元素总是向下的,四面八方的土元素都往各自的“下”方汇聚,必然就会凝结成一个实心的球体,而这里也必然是宇宙的中心;土元素凝聚在中心(最下面),水元素覆盖其上,气元素再上,而火元素努力地向更上面的地方升腾、跳跃,没错,这就是我们生活的地球。

而在地球之外,包着一层又一层的“天球”——具体来说,是九层天,从里到外分别是月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和“原动天”,它们像俄罗斯套娃那样一层层地套在一起。构成这些天球以及镶嵌在其中的星体的材料,是跟土、水、气、火四大元素完全不同的“第五元素”(亚老师管它叫“以太”),它透明、轻盈又坚硬,不生、不灭又不变。这些永恒的、完美的天球,以静止不动的地球为中心,以24小时为一个周期,一圈又一圈地做着匀速的圆周运动。而这种匀速圆周运动,正是宇宙中最为完美和永恒的运动。

哇,这是一个多幺至善至美又简洁易懂的宇宙啊!

可惜行星们不乖。

辛勤的前辈们夜观天象,发现只有“恒星天”的运行比较老实——所有恒星(不包括太阳,因为太阳和月亮那时候都被当作“行星”)每天从东边地平线的同一个位置升起,又在西边地平线的同一个位置落下,而且彼此之间的位置也从不发生变化。行星就不同了,它们运行得有时快有时慢,有时近有时远,甚至有时往东有时往西……总之,根本不像是在乖乖地绕着地球兜圈子。完美的天界,咋能允许出现这样的混乱?肯定是亚老师的模型还不够完善的缘故!

比亚老师小了400多岁的古希腊天文学家托勒密解决了这个问题,他的办法是“画圈圈”。他设想行星们不是在简单地绕着地球转圈,而是在做两种运动:首先是以一个看不见的圆心在绕一个小圆圈(本轮),同时这个小圆圈又在以地球附近(但不是地球)的一个点为圆心绕大圆圈(均轮)……这样一个我们现在看起来怪兮兮的模型,却能够跟实际观测结果吻合得很好,并且勉强保住了地球的宇宙中心地位和天界的永恒与完美。一直到1000多年后,它依然被仰望星空的人们当作“标准模型”。托勒密泉下有知,一定会欣慰地说,管它怪不怪,管用就行!

一种流行的说法是,后世的天文学家观测到了越来越多跟“托勒密模型”不太相符的天文现象,但依然用“画圈圈”的老办法进行修修补补——给行星加上一个又一个本轮甚至小本轮,据说最后被画上了80多个圈圈!

哥白尼肯定受不了这个,他觉得上帝绝不可能把宇宙设计成这副闹哄哄的丑样子。即使“80多个圈圈”的说法不是真的,托勒密模型中的行星们居然敢不按照“匀速正圆周”这种绝对完美的方式运行,就足以让哥白尼看不下去了。于是他心一横,干脆把宇宙中心从地球变为太阳,而让地球变成行星,跟别的行星一起绕着太阳转圈,同时每24小时自转一圈,这样一来,行星忽远忽近、忽东忽西等各种现象就能轻易地得到解释了。从此世界安静了……吗?没有,因为哥白尼的“日心说”并没有经过严格的证明,也不能提供更加准确的观测结果,况且他心里还是装着亚老师,一心想要恢复天界的至善与至美,而今天连小学生都知道行星的轨道事实上并非“完美”正圆而是个椭圆,于是为了符合观测数据,他也不得不给它们画上各种轮子——34个。

接下来,该轮到伽利略出场了。