天文学家在望远镜发明之前是如何探索宇宙的?
望远镜的发明揭开了我们了解宇宙的序幕。但在望远镜问世之前,我们祖先的肉眼思维和丰富的想象力一直令我们敬畏。
如果说今天的科学乃至天文学与其他文化有所不同的话,这些不同起源于古希腊。天文学不仅为我们提供了数据、方法和技术,还为我们提供了一种思维方式,一种连接人与世界的普遍习惯。地中海这个古老民族最伟大的地方在于,他们异想天开地发明了一个概念,在随后几千年的人类历史中,这个概念从未出现在其他民族的文化中。
中国古代也提出了自然的概念。道家说:“人随地,地随天,天随道,道随自然”。这里的自然概念与古希腊有很大不同。我们今天说的自然,是指包括动物、植物、大气、水、土地在内的生态系统,通常称为自然。古希腊人提出的自然概念及其深层含义是指事物的抽象本质。古希腊人认为自然是什么?隐藏在事物中的内在原因是自然的、抽象的,脱离事物本来面目的特征是自然的。
通俗地说,无论哲学史还是科学史,自然都是古希腊人眼中的本质。这个词在古希腊语里和后来的“物理学”是一回事。在古希腊人的心目中,这样的东西就是法律、原因和自然。
后来,古希腊人所讲的知识逐渐固定下来,系统地发展为七大基础学科:语法、修辞、逻辑、算术、几何、天文、音乐。前三条是让人在辩论和演讲中有更好的口才,后四条更多的是培养成人道德。音乐的本质是量的和谐,天文学的本质是对天空和大地的观察,几何学的本质是空间关系,算术的本质不是计算数字,而是理解万物都有客观的法律表达。
古希腊诞生了许多著名的学校。毕达哥拉斯学派首先意识到地球是圆的。柏拉图学派认为讨论要从实际问题出发,坚持用数理逻辑来指导精神世界。柏拉图学派提出了统一的天文学概念:我们生活在地球上,地球之外,天球环绕,地球在中心。围绕地球和天球发展了更多的细节和装饰,这就是著名的“两球模型”。古希腊人认为离地球最近的月亮是天空和地球的分界线。月下空间是人类世界,由四个基本要素构成:沉重、不稳定、混沌、多变。月亮上面的空间就是天堂。所有的天体都不会胡作非为。它们被放置在自己的水晶天球上,进行机械运动:旋转。
谨慎的人很快发现了这个系统的败类。首先,有些行星(比如行星)不按规律运动。他们会时不时地停止运动,甚至逆行几天。其次,四季分布不均。解释这些问题的选项并不多。要么放弃对天体完美的信仰,要么接受上述缺陷。或者坚持天道永恒的圆满,但一定要给出充分的解释。古希腊人选择了后者。这份工作不容易。从古希腊人开始,这项持续了一千多年的天文学史上最重要的工作,在历史上被称为“拯救现象”。
托勒密是古希腊晚期的天文学大师,他在保存现象方面成就显著。托勒密自己的工作和他对前任工作的总结,都写出了《天文学》这部巨著。千百年来,没有人能突破他的成就。托勒密创造性地提出了当前回合+平衡回合的方法来解决保存现象这个大问题。火星不直接围绕地球旋转。火星围绕一个中心旋转,这个中心围绕地球旋转。火星绕中心旋转的小球是当前脉轮,而整个当前脉轮中随火星绕地球运动的天球是统一的脉轮。和其他星球类似,加上这个轮子,就可以得到一个和实际观测完全一致的水晶球模型。这些都依赖于托勒密高超的数学技巧和惊人的想象力。整个宇宙体系就这样诞生了,经得起观察的考验。
古希腊的天文学和其他学科已经成为今天科学的基石。他们的思维方式可能不成熟,但他们创造了当今科学的固有特征。把科学看作是对基本规律的探索,因为它存在于个体之外,看作是一种高尚的感情。