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重新審視伽利略的證據,真理不是透過說服反對者而取得勝利

2024-07-02科學

這是一個著名但從未被說過的名言:「Eppur si muove」(然而它移動了)。伽利略的喃喃自語象征著科學對神學的勝利。

傳說中,面對所有事實,教皇烏爾班八世仍拒絕接受地球圍繞太陽運動的觀點。他雖然將這位持異端學說的天文學家判處了相對較輕的軟禁,但藝術家的筆下卻描繪了一位戴著手銬的老人被推向黑暗的地牢,同時徒勞地宣稱著真理。

這個故事被大肆渲染,不僅代表著與宗教裁判所的鬥爭,還代表著與壓迫性意識形態的鬥爭。在納粹德國,劇作家貝托爾特·布萊希特將伽利略的經歷虛構化,以譴責政治獨裁主義。戰後,他又對劇本進行了進一步的改編,以譴責美國對日本的轟炸,並因此被美國非美活動調查委員會傳訊。

然而,最初的沖突並非理性與宗教之間的直接沖突。

伽利略終其一生也未完全消除對他以太陽為中心的宇宙體系的所有反對意見,甚至在1642年他去世後,歐洲一些最傑出的天文學家仍然聲稱,他的理論存在爭議——即他的理論並未被證明到無可置疑的地步。

1651年,喬瓦尼·巴蒂斯塔·裏喬利出版了他的巨著【新天文學大成】,這是托勒密在二世紀所寫著名論文的現代版。作為月球方面的專家,裏喬利慷慨地向他的競爭對手致敬,將伽利略的名字用於一個月球環形山。

在書本的扉頁上,天文學女神烏拉尼亞將她的天平展示給全視之神阿戈斯檢查。天平上的裏喬利模型正將伽利略模型壓倒,而第三個競爭者,即托勒密在幾個世紀前提出的以地球為中心的模型,則被丟棄在她的腳邊。

在科學中,硬證據本該是決定性的因素,但在伽利略時代,影響力則舉足輕重。

裏喬利是一位傑出的耶穌會士,盡管他可能深受神學的影響,但他確實提出了強有力的觀點。他強調微小細節的重要性,以說服讀者最新的科學數據依舊與聖經敘述相符。而伽利略同樣依賴說服而非演示:他沒有提供無可辯駁的證據,而是用修辭手段進行辯論,嘲笑他的對手,並奉承支持他的人。

真理之山

沒有確鑿的證據表明伽利略曾經說過「然而它確實在動」。這位科學殉道者的感人故事直到一個多世紀後才逐漸成形,當時它被用來詆毀天主教會的機構,而非更廣泛的基督教。

與牛頓在蘋果樹下獲得靈感的傳說相似,伽利略的故事在19世紀開始盛行,當時它有助於塑造一種新的社會角色——科學家。盡管「科學家」一詞在1833年已被創造,但直到20世紀初才被廣泛使用。

「如果我看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。」牛頓在給其勁敵勞勃·虎克的一封信中這樣寫道。牛頓借用了一個中世紀常見的比喻,但在這句話中隱藏了刻薄的言外之意。他表面似乎是在駁斥虎克對其抄襲的指控,但實則也在嘲笑對手身材矮小且脊柱畸形。

然而,到了19世紀,這句略帶冒犯意味的話卻成為了進步的口號。維多利亞時代的人將他們的前輩視為智力上的運動員,他們像奧運冠軍一樣傳遞著從哥白尼到伽利略再到牛頓的天才火炬,而他們自己則繼續攀登真理之山。就連霍金也試圖加入這一行列,他在【星際迷航】中自豪地宣稱,自己生於1942年,正好是伽利略逝世、牛頓誕生後的三百周年。

這種對不可避免進步的描繪鼓勵了對過去的智力傲慢。嘲笑過去的信仰是多麽誘人,人們怎麽會如此頑固地堅持現在看來顯然荒謬的想法呢?

但並非所有的保守反應都是反動的,謹慎通常是有其道理的。為什麽要突然放棄一個可能並不完美,但自希臘時代以來已經成功解答了諸多問題的理論呢?天文學家們明智地要求確鑿的證據——而經過一百多年的時間,日心說才足夠成熟,透過了檢驗。

哥白尼的故事

哥白尼的故事始於1543年,這位生活在中歐城市托倫的天主教教士,提出了太陽是宇宙中心的觀點。但是,由於他那部具有革命意義的【天體執行論】是在他去世當天才發表的,他也因此幸免於隨之而來的風暴。

這個故事存在幾個缺陷。首先,它忽略了在哥白尼之前的伊斯蘭數學家,將現代天文學的起源歸結於歐洲。同時,它也掩蓋了關於哥白尼國籍的爭議。波蘭人將哥白尼視為他們最偉大的科學家。而德國在為紀念哥白尼誕辰400周年而發行的紀念郵票上,將哥白尼被拼寫為「Kopernikus」。這就是所謂的「科學無國界」。

哥白尼作為任何所謂科學與宗教之戰的主角,都存在爭議。作為一名虔誠的天主教徒,他向教皇尋求支持。他的主要成就是簡化了托勒密地心說中的數學復雜性,該理論要求行星遵循復雜的「本輪」、「均輪」路徑。透過將太陽置於中心,哥白尼消除了許多繁瑣的計算,這使得為復活節和其他基督教節日確定合適的日期變得更加容易。

哥白尼不會知道,他的【天體執行論】被一篇未經授權的序言所削弱,這篇序言強調了他整潔的體系可能並不代表現實:即使他的數學模型給出了正確的答案,它也不一定是真的。

這種看似寬慰的論點並非電洞來風,因為數學家和自然哲學家歷來扮演著不同的角色。數學家透過量化方式描述宇宙,解決諸如炮彈瞄準或行事曆計算等實際問題。而自然哲學家則更側重於定性的解釋,試圖揭示根本原因,而非詳細說明。

盡管【天體執行論】的序言削弱了日心說的革命性潛力,但天文學家們也在強調將地球保持在中心位置的理性論點。最明顯的是,沒有人能感覺到腳下的地面在太空中疾馳。地球靜止的狀態似乎也得到了實證觀察的證實——向天空射出的箭會落回原地,遙遠的星星相對於彼此似乎也永遠保持在同一位置。 亞里斯多德的哲學在過去的兩千年裏一直占據主導地位,因此每個人都相信,世俗的地球位於宇宙的中心。

汶島天文台

1572年,天空中突然出現了一顆明亮的新星,並持續閃耀了數年才逐漸消失,這讓敏銳的天文學家們從自滿中驚醒。

今天,這一現象會被叫做「 超新星爆發 」,但這對中世紀亞里斯多德學說構成了嚴重挑戰,該學說認為,作為上帝的領地,天體是永恒不變的。五年後,一顆彗星在月球軌域之外的區域劃過,使得這個謎團更加撲朔迷離。

通往未來的道路在於更準確的測量,但當時望遠鏡尚未被發明。歐洲最精良的肉眼觀測儀器被組裝在赫汶小島上,這是丹麥國王贈送給第谷·布拉赫的禮物。與哥白尼不同,這位貴族天文學家權力欲很強,甚至設立了自己的印刷機來分發宣傳材料。

他特別引以為豪的是他那巨大的壁掛象限儀,這是一個高約兩米的黃銅弧,用於精確確定星星的位置。布拉赫還設計了另一種宇宙模型,後來成為裏喬利宇宙模型的基礎;他恢復了地球的中心位置,其他行星圍繞太陽執行,而太陽則圍繞地球執行。

根據第谷·布拉赫的理論繪制的宇宙地圖

當伽利略開始涉足天文學時,已經提出了三種系統——托勒密系統、哥白尼系統和第谷系統——但當時還沒有足夠的證據來確定其中一種,因為這三種系統都或多或少地符合現有觀測數據。

伽利略的論據頗具啟發性而非決定性,他透過望遠鏡提供的證據支持而非證實了日心說理論。盡管他吹噓新儀器的革命性力量,但亞里斯多德學派的學者們對這些資訊持懷疑態度,他們質疑使用地面裝置來觀察天體物件的有效性。

他的批評者們一再提出反駁論點。在展示了月球表面多巖石的特點後,伽利略聲稱地球與月球相似,但僅僅外觀相似並不能證明兩者都在太空中疾馳。他發現木星衛星的存在暗示了月球-地球這樣的行星系統並非獨一無二,但這只是削弱了地心說的論據,而非徹底否定它。他證明金星有像月球一樣的相位變化,這排除了托勒密模型的可能性,但並未否定第谷的模型。

在缺乏確鑿證據的情況下,伽利略依然脆弱。他甚至因為堅持哥白尼的完美圓形軌域而造成自我否定,這使得他無法解釋火星軌域上的不一致性。這一難題後來被德國天文學家克卜勒解決,他引入了橢圓軌域,但伽利略卻固執地拒絕接受這一修正。

結語

伽利略出版了一部用義大利方言撰寫的虛構且帶有偏見的對話式書來傳播他的思想,表面上權衡了地心說和日心說的優劣,但卻巧妙地透過一個名叫辛普利修斯的頑固亞里斯多德學派信徒之口,挑釁性地闡述了教皇自己的觀點。

大約三百年後,當德國理論物理學家普朗克思考相對論和量子力學的創新時說道:「一種新的科學真理並不是透過說服其反對者並讓他們看到光明而取得勝利的,而是因為反對者最終會去世,而新的一代則會熟悉並接受這種真理。」