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重新审视伽利略的证据,真理不是通过说服反对者而取得胜利

2024-07-02科学

这是一个著名但从未被说过的名言:「Eppur si muove」(然而它移动了)。伽利略的喃喃自语象征着科学对神学的胜利。

传说中,面对所有事实,教皇乌尔班八世仍拒绝接受地球围绕太阳运动的观点。他虽然将这位持异端学说的天文学家判处了相对较轻的软禁,但艺术家的笔下却描绘了一位戴着手铐的老人被推向黑暗的地牢,同时徒劳地宣称着真理。

这个故事被大肆渲染,不仅代表着与宗教裁判所的斗争,还代表着与压迫性意识形态的斗争。在纳粹德国,剧作家贝托尔特·布莱希特将伽利略的经历虚构化,以谴责政治独裁主义。战后,他又对剧本进行了进一步的改编,以谴责美国对日本的轰炸,并因此被美国非美活动调查委员会传讯。

然而,最初的冲突并非理性与宗教之间的直接冲突。

伽利略终其一生也未完全消除对他以太阳为中心的宇宙体系的所有反对意见,甚至在1642年他去世后,欧洲一些最杰出的天文学家仍然声称,他的理论存在争议——即他的理论并未被证明到无可置疑的地步。

1651年,乔瓦尼·巴蒂斯塔·里乔利出版了他的巨著【新天文学大成】,这是托勒密在二世纪所写著名论文的现代版。作为月球方面的专家,里乔利慷慨地向他的竞争对手致敬,将伽利略的名字用于一个月球环形山。

在书本的扉页上,天文学女神乌拉尼亚将她的天平展示给全视之神阿戈斯检查。天平上的里乔利模型正将伽利略模型压倒,而第三个竞争者,即托勒密在几个世纪前提出的以地球为中心的模型,则被丢弃在她的脚边。

在科学中,硬证据本该是决定性的因素,但在伽利略时代,影响力则举足轻重。

里乔利是一位杰出的耶稣会士,尽管他可能深受神学的影响,但他确实提出了强有力的观点。他强调微小细节的重要性,以说服读者最新的科学数据依旧与圣经叙述相符。而伽利略同样依赖说服而非演示:他没有提供无可辩驳的证据,而是用修辞手段进行辩论,嘲笑他的对手,并奉承支持他的人。

真理之山

没有确凿的证据表明伽利略曾经说过「然而它确实在动」。这位科学殉道者的感人故事直到一个多世纪后才逐渐成形,当时它被用来诋毁天主教会的机构,而非更广泛的基督教。

与牛顿在苹果树下获得灵感的传说相似,伽利略的故事在19世纪开始盛行,当时它有助于塑造一种新的社会角色——科学家。尽管「科学家」一词在1833年已被创造,但直到20世纪初才被广泛使用。

「如果我看得更远,那是因为我站在巨人的肩膀上。」牛顿在给其劲敌罗伯特·胡克的一封信中这样写道。牛顿借用了一个中世纪常见的比喻,但在这句话中隐藏了刻薄的言外之意。他表面似乎是在驳斥胡克对其抄袭的指控,但实则也在嘲笑对手身材矮小且脊柱畸形。

然而,到了19世纪,这句略带冒犯意味的话却成为了进步的口号。维多利亚时代的人将他们的前辈视为智力上的运动员,他们像奥运冠军一样传递着从哥白尼到伽利略再到牛顿的天才火炬,而他们自己则继续攀登真理之山。就连霍金也试图加入这一行列,他在【星际迷航】中自豪地宣称,自己生于1942年,正好是伽利略逝世、牛顿诞生后的三百周年。

这种对不可避免进步的描绘鼓励了对过去的智力傲慢。嘲笑过去的信仰是多么诱人,人们怎么会如此顽固地坚持现在看来显然荒谬的想法呢?

但并非所有的保守反应都是反动的,谨慎通常是有其道理的。为什么要突然放弃一个可能并不完美,但自希腊时代以来已经成功解答了诸多问题的理论呢?天文学家们明智地要求确凿的证据——而经过一百多年的时间,日心说才足够成熟,通过了检验。

哥白尼的故事

哥白尼的故事始于1543年,这位生活在中欧城市托伦的天主教教士,提出了太阳是宇宙中心的观点。但是,由于他那部具有革命意义的【天体运行论】是在他去世当天才发表的,他也因此幸免于随之而来的风暴。

这个故事存在几个缺陷。首先,它忽略了在哥白尼之前的伊斯兰数学家,将现代天文学的起源归结于欧洲。同时,它也掩盖了关于哥白尼国籍的争议。波兰人将哥白尼视为他们最伟大的科学家。而德国在为纪念哥白尼诞辰400周年而发行的纪念邮票上,将哥白尼被拼写为「Kopernikus」。这就是所谓的「科学无国界」。

哥白尼作为任何所谓科学与宗教之战的主角,都存在争议。作为一名虔诚的天主教徒,他向教皇寻求支持。他的主要成就是简化了托勒密地心说中的数学复杂性,该理论要求行星遵循复杂的「本轮」、「均轮」路径。通过将太阳置于中心,哥白尼消除了许多繁琐的计算,这使得为复活节和其他基督教节日确定合适的日期变得更加容易。

哥白尼不会知道,他的【天体运行论】被一篇未经授权的序言所削弱,这篇序言强调了他整洁的体系可能并不代表现实:即使他的数学模型给出了正确的答案,它也不一定是真的。

这种看似宽慰的论点并非空穴来风,因为数学家和自然哲学家历来扮演着不同的角色。数学家通过量化方式描述宇宙,解决诸如炮弹瞄准或日历计算等实际问题。而自然哲学家则更侧重于定性的解释,试图揭示根本原因,而非详细说明。

尽管【天体运行论】的序言削弱了日心说的革命性潜力,但天文学家们也在强调将地球保持在中心位置的理性论点。最明显的是,没有人能感觉到脚下的地面在太空中疾驰。地球静止的状态似乎也得到了实证观察的证实——向天空射出的箭会落回原地,遥远的星星相对于彼此似乎也永远保持在同一位置。 亚里士多德的哲学在过去的两千年里一直占据主导地位,因此每个人都相信,世俗的地球位于宇宙的中心。

汶岛天文台

1572年,天空中突然出现了一颗明亮的新星,并持续闪耀了数年才逐渐消失,这让敏锐的天文学家们从自满中惊醒。

今天,这一现象会被叫做「 超新星爆发 」,但这对中世纪亚里士多德学说构成了严重挑战,该学说认为,作为上帝的领地,天体是永恒不变的。五年后,一颗彗星在月球轨道之外的区域划过,使得这个谜团更加扑朔迷离。

通往未来的道路在于更准确的测量,但当时望远镜尚未被发明。欧洲最精良的肉眼观测仪器被组装在赫汶小岛上,这是丹麦国王赠送给第谷·布拉赫的礼物。与哥白尼不同,这位贵族天文学家权力欲很强,甚至设立了自己的印刷机来分发宣传材料。

他特别引以为豪的是他那巨大的壁挂象限仪,这是一个高约两米的黄铜弧,用于精确确定星星的位置。布拉赫还设计了另一种宇宙模型,后来成为里乔利宇宙模型的基础;他恢复了地球的中心位置,其他行星围绕太阳运行,而太阳则围绕地球运行。

根据第谷·布拉赫的理论绘制的宇宙地图

当伽利略开始涉足天文学时,已经提出了三种系统——托勒密系统、哥白尼系统和第谷系统——但当时还没有足够的证据来确定其中一种,因为这三种系统都或多或少地符合现有观测数据。

伽利略的论据颇具启发性而非决定性,他通过望远镜提供的证据支持而非证实了日心说理论。尽管他吹嘘新仪器的革命性力量,但亚里士多德学派的学者们对这些信息持怀疑态度,他们质疑使用地面设备来观察天体对象的有效性。

他的批评者们一再提出反驳论点。在展示了月球表面多岩石的特点后,伽利略声称地球与月球相似,但仅仅外观相似并不能证明两者都在太空中疾驰。他发现木星卫星的存在暗示了月球-地球这样的行星系统并非独一无二,但这只是削弱了地心说的论据,而非彻底否定它。他证明金星有像月球一样的相位变化,这排除了托勒密模型的可能性,但并未否定第谷的模型。

在缺乏确凿证据的情况下,伽利略依然脆弱。他甚至因为坚持哥白尼的完美圆形轨道而造成自我否定,这使得他无法解释火星轨道上的不一致性。这一难题后来被德国天文学家开普勒解决,他引入了椭圆轨道,但伽利略却固执地拒绝接受这一修正。

结语

伽利略出版了一部用意大利方言撰写的虚构且带有偏见的对话式书来传播他的思想,表面上权衡了地心说和日心说的优劣,但却巧妙地通过一个名叫辛普利修斯的顽固亚里士多德学派信徒之口,挑衅性地阐述了教皇自己的观点。

大约三百年后,当德国理论物理学家普朗克思考相对论和量子力学的创新时说道:「一种新的科学真理并不是通过说服其反对者并让他们看到光明而取得胜利的,而是因为反对者最终会去世,而新的一代则会熟悉并接受这种真理。」