冯玉骁 | 论哥白尼体系中“地动”与“日心”的关系

1 引言

    一般认为，哥白尼在《天球运行论》一书中论证了地球绕太阳作周年运动，并且明确提出太阳静居宇宙的中心，这种观点推翻了托勒密体系所持的“地心说”（Geo-centrism)，人们将其学说归纳为“日心说”（Heliocentrism)^①。同时由于“日心”观点与基督教所持的神学天文学观点相抵牾、罗马教廷对哥白尼的著作的禁止及对一些追随者因坚持此种观点的压制和迫害^②，这种科学宗教冲突的视域又塑造并强化了“日心说”在一般观念中的正当性。必须承认，哥白尼及其追随者因持“日心”观点所蒙受的苦难是光荣的，正如雅各的瘸腿是他与上帝夜战的证据一样。与今天人们将其学说视为“日心说”不同，许多历史文献都表明，不论是哥白尼本人还是其学说的追随者或反驳者，都着意对其所持的地动观点发表看法，可见地动观点是哥白尼体系的核心，将其学说归结为“地动说”是没有问题的。这就不免使人困惑，为什么哥白尼学说在人们的观念中，会经历一个从“地动”到“日心”的转变？因此，若仅从“日心”来思考哥白尼体系，不仅难以回答这一问题，还遮蔽掉了他思想演进的真实脉络，不利于深入分析他的思想。因此，我们不妨从哥白尼对自身学说的认知、对地球三重运动的分析、人们对他学说的态度以及这一观念转变的历史分析四个方面入手，分析哥白尼体系中“地动”与“日心”的关系，并指出这两种观念转换的原因。

2 哥白尼对其学说的自我认知

    完成于1514年的《短论》(Commentariolus)手稿可以说是哥白尼天文思想的扼要。而1543年的《天球运行论》(On The Revolutions)一书，则可认为是哥白尼对《短论》中观点的扩充与论证，其思想一脉相承，清晰可见。在《短论》中哥白尼认为，卡利普斯（Callipus)和欧多克斯（Eudoxus)用同心圆来解决行星视运动的企图失败后，以托勒密（Claudius Ptolemaeus)为代表的天文学家们将视线转向于以偏心圆和本轮来解释。但哥白尼认为，托勒密体系破坏了宇宙的单纯和谐，这种见解“既不足够单纯，也不足以取悦心灵”。^[1]因此，哥白尼为自己的天文学提出了两个目标：“他要与托勒密模型所展现的（并非实际观察到的）那些已知的运动保持一致；同时他还要坚持所有天体的运动必然都是匀速圆周运动这一物理学原则”。^[2]在《短论》中，哥白尼注意到了托勒密体系存在的问题，并常常想“是否有更合理的圆的安排，在解释任何一种视不均匀性的同时，它自身中的一切都能如同完满运动规则那样一致而均匀的运动”。^[1]不过，在《短论》中，哥白尼虽然认为他不同于毕达哥拉斯学派那样草率地坚持地球运动说，但他也未给出地球运动的详细论证。

    在《天球运行论·致教皇保罗三世陛下》（哥白尼《天球运行论》原序）的献辞里，哥白尼通篇都没有谈到“日心”取代“地心”，而是在叙述自己如何探究并发现地球的运动。在《天球运行论》的第一卷，哥白尼“给出了天球的整个分布以及赋予地球运动，所以这一卷可以说包含了宇宙的整个结构”。^[3]在这卷中，他先详细论证了天球的运动是均匀而永恒的圆周运动或这种圆周运动的组合，后反驳了古人所持“地静地心”观点的不当之处，并论证了“地动日心”观点。然而，从哥白尼的献辞和第一卷的论证过程中不难发现，哥白尼十分强调“地动”，而对“日心”的处理则模棱两可：在第九章中，他说“占据着宇宙中心的正是太阳”，而在第十章中他又说“宇宙的中心在太阳附近”，这看似让人困惑的表述其实并不矛盾。关于这一点，早在《短论》中哥白尼已经明确论述了：“所有天球都绕太阳旋转，太阳俨然位于全部天球的中间(middle)，所以宇宙的中心（center)在太阳附近”。^[4]在哥白尼看来，太阳所占据的中心并非宇宙的几何中心，而是形而上学的中心。在太阳附近的那个中心才是宇宙的几何中心，即哥白尼为了适应“日心”布局而设定的一个空间里的、作为行星天球中心的虚空的点（也就是地球天球或一种“平太阳”的中心）。在《天球运行论》第三卷第十五章“论证太阳视运动不均匀性的预备定理”中，我们即可看出：黄道面上的一个偏心圆ABCD的“中心点E与太阳或宇宙的中心点F之间的距离不可忽略不计”^[5]，在哥白尼给出的图中，位于圆ABCD中心的是点E，而宇宙的中心点即太阳却位于偏心点F上。随后在第二十五章中，哥白尼清楚地说道：“宇宙的中心位于太阳[I，9，10]或太阳附近[I，10]时，这些位置当中到底哪一个是宇宙的中心仍然是有疑问的。不过在讨论五颗行星时[V，4]，我将进一步谈论这个问题”。^[5]在第五卷第四章（[V，4])中，哥白尼认为行星自行的视不均匀性是由两个均匀的运动，可能是两个偏心圆或者是两个本轮，或者是一个混合的偏心本轮复合而成。但是哥白尼却选择了一个偏心本轮，并且所设偏心圆AB的中心点C并非太阳所在的位置，而是一个与太阳保持不变的距离的点。对哥白尼而言，太阳被设定为宇宙的“中心”，一方面是因他遵守毕达哥拉斯主义传统，认为“太阳拥有最高的完美和价值—它是光和生命之源”^[6]，另一方面则是地球作为天体，必须作匀速圆周运动。但哥白尼也知道，“他所取的轨道不可能是同心的，而是必定有些偏心”^[7]，这恰恰违反了他自己所认为的天体运行必然是匀速圆周运动或者这种运动相组合的观点，而对“日心”模棱两可的态度，恰好可以规避他所持的理论目标与实际论证过程并不相符的矛盾。在哥白尼论证时的数学模型中，太阳并不在宇宙的几何中心，而实际位于地球周年运动轨道中的一处偏心点上。因此，所谓的“日心”应该做如下三种理解：第一，太阳是宇宙的形而上学中心；第二，太阳是天体绕日运动正圆轨道的几何中心，即轨道的圆心；第三，太阳位于地球周年运动正圆轨道内的一处偏心点上。不难发现，第二种理解和第三种理解相互冲突。而在实际论证过程中，哥白尼采取的是第三种理解，故而“太阳绝非占据哥白尼在第一卷第十章中用崇高的言辞所描述的那种主导位置。行星轨道的所有拱点线相交会的中心点似乎是地球轨道的空的数学中心。太阳位于旁边某处，它只是照亮了整体”^[8]，所以，哥白尼“日心说”其实“并非像人们通常描述的那样，真的是日心说（或以太阳为中心的理论），而只是太阳静止说（即太阳是不动的）理论”。^[2]考虑到哥白尼本人十分强调“地动”，而“日心”作为一个形而上学的断言，实际上在《天球运行论》繁琐的几何论证中并未被坚持，我们有理由认为哥白尼的主要观点是“地动”。

3 对哥白尼体系中地球三重运动的分析

    既然哥白尼是针对托勒密体系违背了天体运动的第一原则而提出了自己的体系，那么需要简述托勒密体系中具体存在的问题。托勒密对欧多克索斯和亚里士多德的同心球体系作出了一些调整。他采用了偏心圆、本轮和均轮来说明行星运转的速度、大小、亮度等变化以及停、留、逆等运动。在托勒密看来，偏心轮只是假定的地球相对天球中心的位移。因为当地球不是位于天球自转的中心，就意味着天球上有些部分要比其他部分更加靠近地球，而镶嵌于天球之上的行星，随着距离地球的远近，其在大小、亮度以及速度上就会有所不同。而本轮、均轮则是用来解释行星的不规则运动。托勒密假定行星沿本轮运动，而本轮又绕着更大的均轮运动，通过设置行星在本轮和本轮在均轮上运动的数值，可以解释行星的不规则运动。不过，在托勒密体系中最受诟病的是偏心匀速点的引入。所谓的偏心匀速点，即与天球旋转中心和地球之间距离相等的另一侧的虚空的点，它的设置是为了让在均轮上转动的本轮的中心相对于此点做匀速角运动。托勒密巧妙引入的偏心匀速点比以前的几何模型都更好地符合观测运动，但行星并不是在绕自身天球或均轮的中心作匀速圆周运动，其速度必定有快慢变化，当它远离偏心匀速点时速度会变快，而接近时速度则变慢。由于托勒密的体系在计算天体运动方面具有相当的准确性，故而在一千余年中广泛地被天文学家和占星家们所使用，并且在西方天文学中占主导地位。但他在体系中的这些设定，并没有严格遵守以完善的匀速圆周运动来解释现象的规定，对自他以后至文艺复兴时期的多数天文学家和自然哲学家们而言，这一点无疑是托勒密体系最大的瑕疵，它的存在使得托勒密原本伟大的成就逊色了不少。

    哥白尼认定天体必定作匀速圆周运动是天文学不可违忤的神圣规定，为了解决托勒密体系的瑕疵，恢复天体的匀速圆周运动，哥白尼赋予了地球三重运动。一是地球的周日运动。在哥白尼的体系中，他将太阳和恒星天球的运动都归功于地球自转。为了解释实际的观测现象，他将地球设定为自西向东自转，这就解释了恒星天球从东到西的视运动，但是此时的恒星天球实际上被设定为静止。不论是恒星天球还是地球自转都能解释观测现象，仅就观测而言，观测者实际上无法分辨究竟是恒星天球、地球抑或两者同时在旋转，那么哥白尼让恒星天球静止而让地球转动的原因何在呢？其实哥白尼是从两者的大小上来考虑的。哥白尼体系中的恒星天球十分巨大，因此地球相比天球而言十分微小，若能够让体积小得多的地球运动，那为什么要让恒星天球运动？诚然，赤道地区地球自转的线速度能够达到每小时1670千米，但是相对于无限大的恒星天球转动的速度而言，地球自转的速度无疑是十分微小的。同时，哥白尼也意识到，要保证其体系的运转，地球自转轴的方向必须保持恒定，以确保北天极始终位于天空中靠近北极星的区域。但是由于地球天球的存在，地球的自转轴并不会保持恒定，北天极也不会在一年中一直靠近北极星。哥白尼当然知道这与观测事实不符，为了解决这个问题，他引入了第三种运动，即地球自转轴以与地球轨道运动相反的方向进行圆锥形摆动，确保了地球自转轴相对于恒星天球保持一个固定方向。在此基础上，加之地球被赋予第二种运动即周年运动，地球的自转轴所指向的固定的方向便顺利地解释了四季的形成，同时还解释了地球的周年运动导致了太阳在恒星天球背景上的周年视运动。进一步说，由于地球自转轴的方向并不固定，地球自转轴的圆锥形逆向运动与地球周年运动并不同步，这又解释了岁差的形成。至此，哥白尼将原来天球的周日运动、太阳的周年运动以及岁差（天球旋转轴）三种运动，全部转变成为了一种天体即地球本身的运动。但问题是，这样的解释效果与托勒密体系中的解释完全相同，那哥白尼为什么偏偏选择地球而非太阳作周年运动呢？其实这与他的行星理论紧密相关。受到马提亚努斯·卡佩拉（Mar-tianus Capella)等学者影响，哥白尼认为行星运动周期与其距离运动中心距离的远近成正比。在托勒密体系中，土星、木星和火星的观测数据是符合这一比例关系的，但是对于太阳、金星以及水星而言，它们的运转周期却都约为一年。托勒密认为，应该简单地接受看起来最合理的顺序，所以他以太阳为中间位置，把其他六颗行星区分为内行星和外行星。并且由于他将行星的视运动视为真实运动，故而它们的周期可以通过观测直接确定。但是哥白尼受前人观点启发，认为“金星和水星绕太阳这个中心旋转”^[5]，在《短论》中他就已经假设：一是太阳静置于宇宙中心，地球绕太阳做周年运动；二是太阳是六颗行星的轨道中心；三是月亮不是行星，而是伴随着地球一起绕太阳运转。^[1]如此一来，行星的视运动便可以归结为行星真实运动和地球运动的混合。按照哥白尼所认同的行星的距离周期关系，需要找到六颗行星绕太阳作周年运动的时间便可确定天球的次序。在这六颗行星中，土星、木星和火星的周期顺序是没有争议的，在对地球轨道周期和行星会合周期的计算基础上，哥白尼证明了金星和水星的日心周期小于一年，并且水星的周期小于金星的周期，这使他的天球模型中天球排列的次序有着充分的连贯性和一致性。更为重要的是，地动体系在关于天体轨道大小和运转周期上呈现出轨道越大、公转周期越慢的连贯性。但是在托勒密体系中，这种连贯性却对恒星天球无效，因为它明明是最大的天球，旋转速度却最快，不过这种不连贯性反而为哥白尼设定恒星天球静止、赋予地球运动提供了充分的支持。

    从某种意义上说，哥白尼的体系并不是基于新的观测证据，而是在已有观测数据的基础上，重新做出了新颖详细的解释。比如他计算火星、木星和土星的运行时，采用了前人所观测的大量天文数据。他通过计算发现，如果让太阳静居宇宙的中心，把地球视为做周日和周年运动的行星，那么关于天体，尤其是行星的运动就能呈现出一幅更加简单和连贯的宇宙图景，不仅行星的逆行能够据此得到近乎完美的简洁解释，同时也消除了托勒密体系中最受诟病的偏心匀速点。但是哥白尼体系也有相当的缺点：一是在对行星运动尤其是对水星和月球的模型计算，和托勒密体系一样繁复；二是他仍然预设了天球的存在，并且赋予天球围绕其中心均匀旋转。所以，他虽然取消了偏心匀速点，但还必须使用本轮和偏心圆。哥白尼所坚持的这些传统观点，在此后一百余年中才随着天文学的进一步发展逐渐被抛弃。

4 学者们对哥白尼学说的质疑

    如果单就哥白尼自己所言，确证“地动”是他的主要发现并不充分的话，那不妨看时人对其观点的态度。大致而言，人们对哥白尼学说的质疑可分为基于亚里士多德物理学的质疑、哲学神学的质疑以及基于对天体实际观测的质疑三种。

4.1 基于亚里士多德物理学的质疑

    哥白尼的同时代人图卢兹（Tolosani，1471—1549)的反驳观点十分具有代表性。当时占据统治地位的亚里士多德的天文学观点认为，如果大地被移动，那这肯定是强制地被运动，而这不是大地自身的运动，因此，这运动是“强制的和反乎自然的，就不能永恒。而宇宙的次序是永恒的”^[9]，并且由于土的本性是向地球的最深中心运动，所以“除非被强制，大地的任何一部分都不能从中心移走”^[9]，所以地球“如若没有强力的驱使它就不能被运动，那么，它就必会停留在中心”^[9]。在1544年写成的《论圣经的真理》(On the Truth of Holy Scripture)一书的附录“诸天及其原理” (Heaven and the Elements)中，图卢兹认为在《天球运行论》中，哥白尼“试图竭力接受某种关注地球的运动的某种毕达哥拉斯主义者的学说，一种早就湮灭于时间里的学说”。^[10]他随后反驳哥白尼在《天球运行论》第一卷第八章中所认为的“如果有人相信地球在旋转，那么他肯定会认为其运动是自然的而非受迫的”^[5]时说道：“因为就一个旋转的地球而言，这的确让人忧虑。它的运动绝不能被叫做是自然（natural），而必须被叫做受迫（coerced）。这违背了一个单纯天体不能同时拥有两种自然但却相互抵牾的运动。地球因其自然的重性而向（宇宙的）中心运动。但如果据说它在旋转的话，它的绕心旋转将是被迫而非自然。因此，认为地球以一种自然运动的方式旋转是失败的”。^[10]很明显，图卢兹的观点是在维护以亚里士多德的理论为基础的“地静”天文体系。

4.2 哲学神学质疑

    与《圣经》经文相抵牾也是哥白尼“地动”观点招致斥责的又一原因。《圣经》中写道，约书亚所说的“‘日头啊，你要停在基遍；月亮啊，你要止在亚雅仑谷。’于是日头停住，月亮止住……日头在天当中停住，不急速下落，约有一日之久”。不难看出，《圣经》中认为大地是静止不动的，停止的是太阳和月亮。新教首领路德（Martin Lu- ther)曾据此激烈地抨击哥白尼：“人们正在注意一个突然发迹的天文学家，他力图证明是地球在旋转，而不是日、月、星辰诸天在旋转……这个蠢材竟想把整个天文学连底都翻过来，可是《圣经》明白地写着，约书亚喝令停止不动的是太阳，而不是地球”。^[11]梅兰希顿（Philipp Melanchthon)在其著作《物理学原理》(Elements of Physics)中认为：“地球在运动……这样的观念既缺少公正，也不合宜，而且所举的这个例子是有害的”。^[12]天主教会的斥责针对的也是哥白尼的“地动”观点。随着伽利略 (Galileo Galilei)的发现成为支持哥白尼观点强有力的证据，1616年罗马天主教会的禁书目录圣会在谴责《天球运行论》一书时认为，哥白尼在这本著作中讲授的“关于地球运动而太阳不动是错误的，它完全违反《圣经》”。^[7]1620年宣布的警告则更加严厉：哥白尼“毫不犹豫断言的有关地球位置和运动的原则与《圣经》及其正确的教会诠释不相容（对于一个基督徒而言，这是不可容忍的）”。^[7]同时我们也清楚地看到，伽利略虽然在《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书中所记述的第三天对话中，阐释了他发现三颗外行星与太阳相冲、相合时与地球距离的关系，并据此论证了“日心”观点的合理性，但他从未忘记，论证“日心”的目的是论证将周年运动赋予地球的合理性。并且在这一日的对话中，伽利略花了极大的篇幅论证如果把周年运动赋予地球，那么就能消除土星、木星、火星、金星、水星明显的退格现象；而对太阳黑子运动的观察和分析，则“逼使人类理性不得不承认这种周年运动，并把它归之为地球的运动”。^[13]

    必须承认，哥白尼的反驳者们也花了不少精力论证“地心”的合理性。例如，梅兰希顿引用《诗篇》和《传道书》(Ecclesiastes)的段落“为他的命题‘地球除了在宇宙的中心外不可能在任何其他地方’，增添了8项其他证明”。^[12]加尔文在《<创世纪>注疏》中认为：“而那大地，像一个小球，位于（诸天的）中心”。^[14]图雷丁（Turretin)则“根据大量《圣经》经文证明，诸层天、太阳和月亮围绕地球运行，而地球位于中心，静止不动”。^[12]1615年，神学家们针对伽利略所认同的哥白尼的观点，向异端裁判所提交的意见是：“‘第一个命题，即太阳是中心、并不围绕地球运行这一命题，从神学上看是愚蠢的、荒谬的和错误的，而且是异端邪说，因为它显然与《圣经》相矛盾；’而‘第二个命题，即地球不是中心，而是围绕太阳运动这一命题，从哲学上看是荒谬和错误的，至少从神学的观点看，是有悖于正确的信仰的’”。^[12]这个意见中包括了“日心”和“地动”，似乎在神学家眼中，“日心”才是受谴责的侧重所在。然而在次年教廷目录委员会所呈交的教令中，却只是谴责“地动”观点，并未涉及对“日心”观点的谴责，该委员会认为：“地球围绕地轴和太阳进行双重运动这一学说是错误的，是完全与《圣经》相矛盾的”^[12]，并且“这一教令还谴责了哥白尼的所有著作及‘所有证明地球运动的书籍’”。^[12]同时，伽利略所做的誓言也清晰地证明了教廷反对的是“地动”观点，伽利略说：“我，伽利略……发誓放弃、诅咒和憎恨地动说这种邪说及其错误”^[12]，他还同时发誓，“一旦发现任何其他科学家支持‘地动说’这种邪说，他就得向异端裁判所告发”。^[12]此外，还有一个明显的证据是，在1664年将哥白尼全部著作纳入《禁书目录》(Index of Prohibited Books)的教令中，所谴责的仅仅是“所有教导地球运动和太阳不动的书籍”。^[15]

4.3 基于对天体实际观测的质疑

    上述对哥白尼的神学哲学谴责实际上并没有触及问题的核心：哥白尼几乎没有考虑行星运动和地球运动的动力学问题。这也成为人们质疑、批评他学说最重要的理由。除开本体论和美学上的考虑，人们对他体系最重要的质疑大约有三个方面：一是对地球自转的反对。哥白尼虽然以此成功地解释了昼夜的形成，但是在那个时代，人们很难想象地球会绕着自己的轴高速旋转。在当时的观念中，如果地球自转，那么地球上松散的东西应该从地表散出去，而这与经验事实不相符。由于当时并不存在关于力和引力的一般概念，因此，哥白尼及其观点的支持者无法令人满意地进行反驳；二是地球脱离宇宙中心无法在亚里士多德物理学体系中得到解释。地球的周年运动使地球不再静置于宇宙中心，但是经验表明，所有石头和水都有自然落向宇宙中心的，人们不禁好奇：为什么地球偏离了宇宙中心，东西仍然会落到地球表面呢？换言之，物体从四面八方落到地上的事实，似乎又肯定地证明了地球一定位于宇宙的中心。这种矛盾在亚里士多德的物理学中没有办法被消解；三是恒星视差的问题。如果地球绕静止于宇宙中心的太阳做周年运动，那么天文学家们就应该能够观察到恒星在一年中微小的位置变化。哥白尼认为这是因为恒星与地球的距离十分遥远，但当时人们无法观测到这一效应。这也是人们反对哥白尼的一个重要原因。就其体系本身而言，哥白尼并没有给出关于地球运动的合理解释和论证，他“提出的地动日静宇宙体系本身并不足以反对旧物理学”^[16]，而从科学史发展的历程来看，哥白尼的后继者正是在其地球运动的理论上继续深入推进，开普勒以椭圆轨道取代行星绕太阳的正圆轨道打破了天体一定作匀速圆周运动这一“神话”，伽利略的运动学说导致亚里士多德的动力学逐渐式微，并最终由牛顿提出了一套统一天体运动的连贯的力学体系取代了旧的亚里士多德的物理学。所以，哥白尼的真正“贡献在于其地球运动理论推动了新物理学的诞生”^[17]，而不是所谓的“日心”，将哥白尼的学说视为“地动”是毫无疑问的。

5 两种不同范式的“日心”

    从前文的分析可以看出，无论是哥白尼自己、还是其学说的后继者都将其学说视为“地球运动”，所以，将哥白尼学说归结为“地动”体系更为恰当。可为什么在今天的科学史叙述中，人们往往将其视为“日心说”（Heliocentrism)呢？这是因为科学史叙述逐渐混淆了两种不同范式中绝不兼容的“日心”概念。

    哥白尼之所以能够将太阳置于宇宙的中心，是因为《天球运行论》延续了数理天文学下的天球理论和有限宇宙观，否则宇宙中心便无法存在。需要特别注意的是，哥白尼对自己地动体系的期望是恢复天体的匀速圆周运动。他所设定的宇宙的中心不仅是本体论的中心，还是天球的几何中心和行星运行轨道的几何中心。太阳静居宇宙中心不仅是数理天文学下的几何断言，还包含强烈的形而上学倾向和神学意义。但事实上，哥白尼并没有完成对自己体系所预期的那种和谐性，他对“日心”的处理十分暧昧。在托勒密体系中，太阳是直接绕偏心的地球旋转，而在《天球运行论》第一卷中，哥白尼既认为太阳在宇宙的中心，又认为太阳在宇宙的中心附近。为了解释太阳在冬季穿行黄道十二宫时的速度变化，“哥白尼把地球的圆形轨道改成了偏心圆，并将圆心从太阳上拿开。为了解释古代和当时的观测中太阳运行的其他不规则现象，他又设定了这个偏移了的圆心是运动的”。^[18]如此一来，原本静居宇宙中心的太阳便被移出中心位置，并且指出地球正圆轨道的中心也并非静止，而是在一个小圆上绕着此小圆的圆心旋转，而小圆的圆心又以均轮方式绕着太阳旋转。^[19]按照哥白尼所坚持的天体的匀速圆周运动的规定，宇宙的中心自然就是诸天球的中心，但是“因为他坚持天体的圆周运动，所以他的理论远非完美。实际上与太阳相关的运动并不是圆周运动，他不得不在太阳之外设定一个行星轨道的运行中心”。^[20]

    而在物理天文学观念里，天球、天体的均匀运动第一原则等早已被抛弃，无限宇宙没有中心，太阳是早已去除了神圣性的一颗普通恒星，它既不是本体论上的宇宙中心，也不是太阳系诸行星轨道的几何中心，而只是太阳系的中心天体。这一体系中的诸天体不仅按椭圆轨道旋转，而且运行速度各不同，完全违背了天体均匀运动的第一原则，这与哥白尼体系的核心要求有着根本冲突。因此，“日心”面临着双重的矛盾：一是哥白尼在其体系中无法真正做到使太阳位于宇宙的中心，他根本没有将托勒密体系中的天体彻底恢复成匀速圆周运动以呈现出宇宙的和谐与完美；二是哥白尼所坚持的“日心”在物理天文学范式中无法成立，物理天文学中的太阳位于太阳系的中心也不是指行星轨道的几何中心。换言之，在哥白尼无限扩大恒星天球的范围后，太阳变得极其微小，它即使不在宇宙的中心，从遥远恒星天球上看，和中心也没什么两样。这或许也是从16世纪到19世纪上半叶，学者们一般将哥白尼学说视为地动体系，并且从运动的角度来思考天体，而并不纠结于太阳是否在宇宙中心的根本原因。

6 从“地动”向“日心”的叙事转变

    在19世纪下半叶，对科学历史的辉格解释逐渐兴盛起来，哥白尼的学说自然也被放置在理性与非理性、传统与现代的二元框架中予以思考，以证明哥白尼的学说是天文学发展历程中的“清晰可辨的、明确无误的一种进步”^[21]，这种对哥白尼学说的科学外史书写，是将他的体系在观念中从“地动”转为“日心”的一个重要环节。笔者收集并分析了1833年至1910年间十余本由当时著名学者所著的天文史著作对哥白尼学说的叙述和表达，能够清晰地展现出这一转变过程。

    在19世纪上半叶，人们主要将哥白尼体系视为地动运动，日心是在地动体系中被讨论的。在1833年出版的《天文学起源与发展的历史记载》一书中，天文学家约翰·纳瑞恩（John Narrien)直接将哥白尼体系放在“欧洲中世纪天文学”一章中予以讨论，随后才另辟一章谈及第谷与开普勒的工作。在谈及哥白尼之前的天文学时，他认为“自托勒密时代以来的1400年间，地球不动的学说一直被亚洲和欧洲的天文学家们顽固地坚持着”。^[22]随后他认为哥白尼提出了建立在地球绕太阳运动基础上的体系，同时指出：“我们必须清楚地认识到，哥白尼所颁布的行星系统与目前以他的名字命名的行星系统相去甚远。可以说，后者起源于开普勒发现太阳、月亮和行星轨道的椭圆性；而前者只对应于地球运动的情况”。^[22]德国哲学家朗格（Friedrich Albert Lange)在1865年的《唯物史和对其现存重要性的批评》一书中指出，彼时德国“每个儿童都必须学习地球绕地轴和太阳旋转”^[23]，并且认为“‘地球在运动’迅速成为人们将科学信仰以及无懈可击的理性与盲从传统区别开来的公式”。^[23]霍兰德(Frederic May Holland)1885年所著的《从泰勒斯到哥白尼之间的思想自由的兴起》一书中，认为“哥白尼直到弥留之际才谨慎地宣布了地球围绕太阳的运动。从而对所有关于我们头顶上有一个天堂的理论，或关于耶稣升天的理论，或关于他的道成肉身只造福于这颗行星上的居民的理论，都给予了致命的打击，尽管这种打击可能是无意的”。^[24]丹皮尔在著于1874年的《宗教科学冲突史》一书中认为，哥白尼“意识到自己的学说与启示的真理完全背道而驰，并预感到这些学说会给他带来教会的惩罚，因此，他以谨慎和道歉的方式表达了自己的观点，他说自己只是冒昧地尝试一下，在地球运动的假设下，是否有可能找到比古代天体旋转更好的解释”。^[25]同时，他引用开普勒的说法指出：“八十年过去了，哥白尼关于地球运动和太阳不动的学说一直在不受阻碍地传播，因为人们认为可以就自然事物进行争论，可以阐明上帝的作为，而现在发现了新的证据来证明这些学说的真实性—这些证据是精神判官们所不知道的—你们却要禁止传播宇宙结构的真正体系”。^[25]在1899年出版的《天文学短史》一书中，作者博瑞（Arthur Berry)认为哥白尼的著作是和托勒密的《至大论》、牛顿《自然哲学的数学原理》并称的重要著作，其最主要的贡献是指出了“天体的视运动在很大程度上并不是真正的运动，而是由于带着观测者的地球运动的结果”^[26]，并一直在分析哥白尼理论是“地球运动”“行星运动”以及对“本轮、均轮的使用”。值得注意的是，这些著作虽然认为哥白尼的观点与正统学说相违背，但都直接将哥白尼的体系视为地球运动，并将哥白尼日心观点放在地动体系中讨论，不曾提及他的学说是“日心说”。

    到了19世纪末20世纪初，随着宗教与科学冲突的观点逐渐流行，在这种辉格叙事的影响下，人们越来越注重对哥白尼学说中与宗教相冲突的观点的叙述，如此一来，原本在地动体系中的“日心”被学者们拿出来着重论述，并越来越频繁地将哥白尼体系归结为“日心”，地动则是在日心体系中被讨论。在1893年出版的《科学先锋》一书中，物理学家洛奇（Oliver Lodge)将哥白尼视为与非理性思维相斗争的科学发展的先锋，认为“托勒密天体体系在整个基督教时代一直是正统体系，他（指哥白尼—引者注）努力改进和简化这一体系，提出了太阳而不是地球是天体体系中心的假设”^[27]，还进一步指出“哥白尼指出了地心相对于日心观点的所有这些简单后果”。^[27]有趣的是，洛奇虽然明确指出哥白尼持日心观点，但却将其放在“哥白尼与地球运动”的章节下进行讨论，这正是哥白尼体系在人们的观念中从地动转向日心时所呈现的矛盾特点。此后的一些著作直接将哥白尼体系视为日心，不再提及地动。1890年爱尔兰天文学家约翰·德雷耳（J.L.E.Dreyer)所著的《第谷·布拉赫：十六世纪科学生活和工作的样片》一书里，作者认为“哥白尼试图建立一个新的体系，其基础是太阳而非地球才是行星的主宰。尽管哥白尼在这一思想的基础上发展出了与托勒密一样完整的行星运动理论，但他所做的仅仅是证明了从日心观念出发解释现象的可能性”^[28]，并且明确认为“哥白尼的行星理论只不过是从托勒密体系到日心观念的一种改造”。^[28]在他1906年所著的《从泰勒斯的到开普勒的行星体系史》一书中，他认为哥白尼的日心体系是托勒密体系的逻辑继承者^[29]，在详细论证哥白尼学说时，他明确地认为哥白尼的“日心体系不足以解释行星在其轨道上的速度变化”。^[29]在1896年怀特（Andrew Dickson White)的《基督教世界神学与科学论战史》一书中，他直接将托勒密视为“地心”体系，引出了哥白尼的“日心”体系。但在论证过程中，他所使用的材料中大多却是与“地球运动”相关。在1901年出版的由密尔(Samuel Miller)所著的《圣经、自然与哥白尼的对抗》一书中，作为《圣经》神圣真理卫道士，密尔对哥白尼体系进行了严肃的批评，并使用了“太阳真的位于行星系统的中心”^[30]此类的表述。在1904年出版的《天文学发现》一书中，认为“哥白尼的理论是地球绕太阳运转”。^[31]同时，还有一些学者承认哥白尼的日心体系，但同时指出该体系中的太阳并没有位于宇宙的中心。在1907年的《天文史》一书中，布莱恩特(Walter W. Bryant)指出，虽然哥白尼“认为太阳可能在宇宙的中心”^[20]，但“实际上与太阳相关的运动并不是圆周运动，他不得不在太阳之外设定一个行星轨道的运行中心”。^[20]1909年出版的《天文史》一书中，天文学家福布斯（George Forbes)也把哥白尼放在“几何时期”一章，随后将从第谷到开普勒的天文学史放在“力学时期”一章，并将其称为“真实的太阳系的发现”，同时指出“哥白尼无法让自己与这令人讨厌的传统断绝”^[32]，并且明确指出哥白尼体系中的“地球沿本轮运动，本轮中心距太阳稍有距离”。^[32]令人颇为意外和费解的是，今天人们往往以英文词“Heliocentricsm”指称“日心说”，但在笔者所引述的天文史著作中，从未见有学者使用这一词汇指称哥白尼的学说，而几乎都是使用“地球运动的理论”（theory of earth’s motion)、“日心理论”（heliocentric theory)、“日心观念”（idea of heliocentric)或者“日心系统”(system of Heliocentric)来表达哥白尼的学说。这或许是因为“Heliocentrism”在西方思想和语境中指从古代到现代、从哲学到神学上的各种形式的“日心”观点，具有较强的形上含义，而“heliocentric”是一个单纯指“日心”的技术词汇，两者在表意上略有区别所致。

    总之，在哥白尼体系中，太阳的周年运动被地球的周年运动所替代，地球成为了行星，而太阳被规定为宇宙的中心，从这个角度看，哥白尼的宇宙图景自然是“日心”。但是若将视野放宽到整个恒星天球、行星运动以及岁差的形成等整个体系来看，原来对天体运动现象的解释转移到了对地球运动的解释。就这一特征而言，哥白尼的宇宙图景可以归结为“地动”，并且“日心”显然是被容纳在“地动”之中的一个逻辑环节。同时，考虑到科学史叙事的历史转变，应该是“地动”而非“日心”才是哥白尼学说的核心观点。