《世界觀：現(xiàn)代人必須要懂的科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)史》是美國(guó)學(xué)者理查德?德威特撰寫(xiě)的科學(xué)哲學(xué)著作，2018年由機(jī)械工業(yè)出版社出版。作者基于費(fèi)爾菲爾德大學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)圖表輔助與通俗化表述，系統(tǒng)梳理科學(xué)認(rèn)知體系的演進(jìn)歷程。

全書(shū)以科學(xué)史為主線(xiàn)，解析人類(lèi)世界觀從亞里士多德地心說(shuō)、牛頓經(jīng)典力學(xué)到相對(duì)論與量子力學(xué)的變革過(guò)程。第一部分探討科學(xué)哲學(xué)基礎(chǔ)命題，包括真理本質(zhì)與實(shí)證方法；第二部分分析古代至近代科學(xué)范式轉(zhuǎn)換，聚焦托勒密至伽利略的理論突破；第三部分評(píng)述現(xiàn)代科學(xué)對(duì)傳統(tǒng)世界觀的沖擊，揭示科學(xué)理論與認(rèn)知框架的動(dòng)態(tài)發(fā)展。通過(guò)跨學(xué)科視角，闡釋科學(xué)思維如何重構(gòu)人類(lèi)對(duì)世界的理解。

第10章　托勒密《至大論》序言：地球是球形的、靜止的，并且位于宇宙中心

在前一章中，我們研究了亞里士多德世界觀中關(guān)于宇宙整體結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)。

在本章中，我們將探討這些觀點(diǎn)背后的某些原因，具體來(lái)說(shuō)，我們將探討一些支持了“地球是球形的、靜止的，并且位于宇宙中心”的論據(jù)。

本章的主要目標(biāo)之一是說(shuō)明盡管亞里士多德世界觀中的觀點(diǎn)與我們的觀點(diǎn)非常不同，但仍然得到了強(qiáng)有力的支撐。很遺憾，現(xiàn)在存在一種傾向是認(rèn)為我們前人的觀點(diǎn)總有些幼稚或天真，但是在本章中，我們將看到事實(shí)并非如此。

當(dāng)你思考本章提出的論據(jù)時(shí)，請(qǐng)注意，總的來(lái)說(shuō)，它們都是很完整的。它們中大多數(shù)（除了與“地球?yàn)榍蛐巍毕嚓P(guān)的觀點(diǎn)）都被證明是錯(cuò)誤的，但其中的錯(cuò)誤非常不易察覺(jué)，而且造成錯(cuò)誤的原因也遠(yuǎn)不是那么顯而易見(jiàn)。事實(shí)上，這些論據(jù)的瑕疵，其根源是經(jīng)過(guò)科學(xué)史上很多著名人物（簡(jiǎn)單舉幾個(gè)例子，包括伽利略、笛卡爾和牛頓）的共同努力才找到的。

我們將思考的大部分論據(jù)都可以在亞里士多德的《論天》和托勒密的《至大論》開(kāi)篇部分找到。這兩部著作中的大部分論據(jù)都是相似的。然而，托勒密的著作整體來(lái)說(shuō)更容易理解，所以在本章中，我將主要關(guān)注托勒密著作中提出的這些論據(jù)。

作為章節(jié)引言的最后一點(diǎn)，值得一提的是，我們?cè)谶@里所關(guān)注的只是亞里士多德世界觀中的一小部分論據(jù)，也就是托勒密在著作中也提到的那些可以支持“地球是球形的、靜止的，并且位于宇宙中心”這一觀點(diǎn)的論據(jù)。不過(guò)，對(duì)亞里士多德世界觀中的其他大多數(shù)觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，基本精神是相同的：盡管這些觀點(diǎn)與我們的不同，而且大多數(shù)都被證明是錯(cuò)誤的，但秉持這些觀點(diǎn)的人們一般都有足夠的理由來(lái)這么做。我們將從對(duì)托勒密《至大論》的一些初步評(píng)論開(kāi)始。

《至大論》在公元150年左右發(fā)表，是一本非常專(zhuān)業(yè)的科技著作，其中不僅有文字，還有示意圖。這本著作的現(xiàn)代印刷版本大約有700頁(yè)，這是一部?jī)?nèi)容翔實(shí)而艱深的著作。

我們將要思考的論據(jù)來(lái)自《至大論》的序言，也就是全書(shū)中與科技最無(wú)關(guān)的一部分（事實(shí)上，這部分一點(diǎn)科技內(nèi)容都沒(méi)有）。在這個(gè)序言中，托勒密提出了大量關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)方式的論據(jù)。在本章中，我們只關(guān)注可以支持宇宙結(jié)構(gòu)相關(guān)觀點(diǎn)的論據(jù)，而在后續(xù)的章節(jié)中，我們還會(huì)思考托勒密關(guān)于宇宙運(yùn)轉(zhuǎn)方式的某些論據(jù)（比如，支持了有關(guān)“讓太陽(yáng)、恒星和行星保持運(yùn)動(dòng)的因素”的觀點(diǎn)的論據(jù)）。讓我們從支持“地球?yàn)榍蛐巍边@一觀點(diǎn)的論據(jù)開(kāi)始。

地球?yàn)榍蛐?/strong>

有一種普遍但錯(cuò)誤的觀點(diǎn)：在16世紀(jì)前，人們大都認(rèn)為地球是平的。事實(shí)上，至少?gòu)墓畔ＥD時(shí)期（比如柏拉圖和亞里士多德生活的約公元前400年）開(kāi)始，在受過(guò)教育的人中幾乎沒(méi)有人認(rèn)為地球是平的。那么，對(duì)我們前人的這個(gè)誤解是如何變得如此普遍？這是一個(gè)很有趣的問(wèn)題，但這個(gè)問(wèn)題偏離了我們?cè)谶@里所關(guān)注的重點(diǎn)。在這里，我們只需知道，追溯到至少公元前400年，我們的前人就有很好的理由來(lái)相信地球是球形的。思考下面這段來(lái)自托勒密《至大論》序言中的話(huà)。（從此處開(kāi)始，所有引用，除非特別指出的，均來(lái)自托勒密《至大論》序言。括號(hào)里的數(shù)字，比如【1】，是我添加的標(biāo)號(hào)，以方便指明具體段落。）

第四部分 作為一個(gè)整體，地球明顯是球形的

現(xiàn)在，同樣地，把地球作為一個(gè)整體來(lái)看，它明顯是球形的，我們應(yīng)該傾向于這么認(rèn)為?！?】……很可能看到的情況是，對(duì)地球上不同觀察者來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)、月亮和其他星體升起和落下的時(shí)間并不相同，而且對(duì)住在東方的人來(lái)說(shuō)總會(huì)早一些，對(duì)住在西方的人來(lái)說(shuō)總會(huì)晚一些?！?】我們發(fā)現(xiàn)對(duì)發(fā)生在同一時(shí)刻的食現(xiàn)象，特別是月食現(xiàn)象，不同觀察者記錄的時(shí)間并不相同，但每條記錄的時(shí)間與正午時(shí)刻相比都有相對(duì)相同的時(shí)間間隔，不過(guò)我們總是會(huì)發(fā)現(xiàn)，與在西邊的觀察者所記錄的時(shí)間相比，在東邊的觀察者所記錄的時(shí)間總是晚一些【3】人們發(fā)現(xiàn)這個(gè)時(shí)間上的差異與不同地點(diǎn)間的距離成比例，因此可以合理地認(rèn)為地球表面是球形的，其結(jié)果就是，保持一致的曲率可以保證地球表面每個(gè)部分都按比例地跟隨地球運(yùn)動(dòng)。但是，如果這個(gè)曲率發(fā)生變化，上述一切就不會(huì)發(fā)生，這在下面的思考中可見(jiàn)一斑。

【4】因?yàn)?，如果它【地球】是向?nèi)凹陷的，那么在西邊的人們就會(huì)第一個(gè)看到升起的星星；如果它是平的，那么對(duì)所有人來(lái)說(shuō)，星星將在同一時(shí)間升起和落下；如果它是金字塔形、立方體或任何一種多邊體，那么同樣地，所有位于同一直線(xiàn)上的觀察者將會(huì)同時(shí)看到星星升起或落下。然而，以上所有情況似乎都并沒(méi)有發(fā)生?！?】可進(jìn)一步明確的是，地球也不是圓柱體……【因?yàn)椤课覀冊(cè)娇拷睒O，南方天空的星星就越少，而北方天空的星星則開(kāi)始出現(xiàn)。所以，在這里，地球表面不同物體的曲率在物體的傾斜方向上都是相同的，這明確表明了地球每個(gè)面都是球形的?！?】再舉個(gè)例子，當(dāng)我們向高山或任何地勢(shì)高的地方航行時(shí)，不管是在什么時(shí)候，從什么方向出發(fā)，以什么角度前進(jìn)，我們所能看到的目的地都會(huì)一點(diǎn)一點(diǎn)地增加，好像它們是從海里升起來(lái)的，而在此之前，由于水面的曲率，它們看起來(lái)像是淹沒(méi)在水中。（穆尼茨，1957，pp.108-109）

在我標(biāo)注為【1】的段落中，托勒密首先提到，根據(jù)觀察者在地球上所處位置的不同，太陽(yáng)、月亮和星星升起和落下的時(shí)間也有所不同。舉個(gè)例子，想想今天早上的太陽(yáng)。我相信你明白，當(dāng)太陽(yáng)在你所在的地方升起時(shí)，對(duì)住在比你更靠東地方的人來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)早已升起，而對(duì)住在比你更靠西方的人來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)則還沒(méi)有升起。托勒密和他同時(shí)代的人也知道這個(gè)事實(shí)，而這個(gè)事實(shí)最直接明確地解釋了地球是球形的。在段落【2】中，托勒密指出，人們記錄的“食現(xiàn)象”所發(fā)生的時(shí)間同樣很好地解釋了地球是球形的。在段落【3】中，托勒密指出，由于時(shí)間上的差異與觀察者所在位置之間的距離成比例，地球的曲率肯定是相當(dāng)一致的。

請(qǐng)注意，托勒密在這里所隱含的推理是一種常見(jiàn)的證實(shí)推理，我們?cè)诘?章中對(duì)此進(jìn)行過(guò)討論。具體來(lái)說(shuō)，托勒密在段落【1】中的推理如下：如果地球是球形的，人們就應(yīng)該觀察到太陽(yáng)、月亮和星星對(duì)住在東方的人們來(lái)說(shuō)會(huì)更早升起，而對(duì)住在西方的人來(lái)說(shuō)會(huì)更晚升起，由于這正是人們所觀察到的情形，這就支持了“地球?yàn)榍蛐巍钡挠^點(diǎn)。段落【2】和段落【3】中的推理與此相似，也就是說(shuō)，通過(guò)直接明確的證實(shí)推理，這些事實(shí)都支持了“地球是均勻的球形”的結(jié)論。

接下來(lái)，在段落【4】中，托勒密轉(zhuǎn)而開(kāi)始進(jìn)行不證實(shí)推理，他認(rèn)為如果地球不是球形而是其他形狀，那么我們就不會(huì)觀察到實(shí)際已經(jīng)觀察到的結(jié)果。

舉個(gè)例子，托勒密指出，如果地球是平的，我們應(yīng)該會(huì)觀察到太陽(yáng)、月亮和星星在地球上不同地方升起的時(shí)間都相同，但是由于我們沒(méi)有觀察到這個(gè)現(xiàn)象，這就成了“地球是平的”這一觀點(diǎn)的不證實(shí)證據(jù)。

請(qǐng)注意，截至這里，托勒密的論證過(guò)程真的只證明了地球在東西方向上的曲率一致。換句話(huà)說(shuō)，托勒密到目前為止的觀察結(jié)果與“地球是一個(gè)南北向的圓柱形”的觀點(diǎn)相一致。因此，為了完成這個(gè)論證過(guò)程，托勒密開(kāi)始考慮能夠證明地球不可能是圓柱形的證據(jù)。在段落【5】中，托勒密指出一個(gè)人如果從北向南運(yùn)動(dòng)，就會(huì)看到不同的星星。舉個(gè)例子，我們住在北半球的人可以看到北極星，而在南半球的人就看不到這顆星星。同樣地，住在南半球的人可以看到南十字星座，而在北半球的人就無(wú)法看到。這正是在地球是球形的情況下，人們所能預(yù)期看到的情形。如果地球是其他形狀，比如圓柱形，那么我們所能預(yù)期看到的情況就會(huì)與此相反。最后，在段落【6】中，托勒密指出了一個(gè)早已為人們所知的事實(shí)，那就是如果一個(gè)人向陸地航行，首先看到的陸地將會(huì)是山峰頂端，然后，隨著距離陸地越來(lái)越近，山頂以下的部分就會(huì)逐漸顯現(xiàn)。同樣地，這是“地球是平的”這一觀點(diǎn)的不證實(shí)證據(jù)，同時(shí)也是在地球是球形的情況下，人們所能預(yù)期看到的情形。

總結(jié)一下，“地球最有可能的形狀是球形”的觀點(diǎn)得到了很好的論證。接下來(lái)我們將探討“地球是靜止的”觀點(diǎn)的論據(jù)（盡管它們都是很有力的論據(jù)，但后來(lái)都被證明是錯(cuò)誤的）。

地球是靜止的

在17世紀(jì)以前，有很多很有力的理由讓人們相信地球是靜止的，也就是相信地球既不圍繞另一個(gè)星體沿某個(gè)軌道運(yùn)動(dòng)，也不圍繞其自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。盡管這些理由后來(lái)都被證明是錯(cuò)誤的，但是它們的錯(cuò)誤之處都不易察覺(jué)。

早在古希臘時(shí)期，人們就思考了地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)或者以自身軸線(xiàn)為中心旋轉(zhuǎn)的可能性。托勒密明確思考了這個(gè)可能性。舉個(gè)例子，在序言第7部分中，托勒密寫(xiě)道：

現(xiàn)在，某些人……根據(jù)自己的想法都一致認(rèn)為某些情況更為可能是真的。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，似乎沒(méi)有什么是與自己的想法對(duì)立的，這樣的想法之一就是天體保持靜止，而地球則繞同一軸線(xiàn)自西向東旋轉(zhuǎn)，大約一天轉(zhuǎn)一圈……（穆尼茨，1957，p.112）

托勒密清楚地認(rèn)識(shí)到，太陽(yáng)顯然每天都在圍繞地球運(yùn)動(dòng)，要解釋這個(gè)現(xiàn)象，可以假設(shè)地球是靜止的，這樣就是太陽(yáng)每天繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一周，或者假設(shè)太陽(yáng)是靜止的，這樣就是地球每天沿自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周。兩種假設(shè)都可以解釋太陽(yáng)每天繞地球運(yùn)動(dòng)的顯而易見(jiàn)的現(xiàn)象，在《至大論》中，我們看到托勒密明確考慮了第二種可能性。

然而，托勒密的結(jié)論是，“地球在運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)，不管這種運(yùn)動(dòng)是繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，還是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，都與一些實(shí)實(shí)在在的證據(jù)相矛盾，因此“地球是靜止的”是有更多證據(jù)支撐的觀點(diǎn)。托勒密給出了很多論據(jù)，我稱(chēng)之為常識(shí)論據(jù)，另外還有兩個(gè)多少有些困難但又非常有力的論據(jù)，我分別稱(chēng)之為基于運(yùn)動(dòng)物體的論據(jù)和基于恒星視差的論據(jù)。我們將從常識(shí)論據(jù)開(kāi)始討論。

常識(shí)論據(jù)

請(qǐng)注意，我們是基于常識(shí)得出了地球靜止的觀點(diǎn)（我們的前人也是如此）。舉個(gè)例子，如果你望向窗外，當(dāng)然感覺(jué)地球是靜止的。畢竟，當(dāng)我運(yùn)動(dòng)的時(shí)候（比如，坐在一輛汽車(chē)或火車(chē)?yán)飼r(shí)，或者騎自行車(chē)時(shí)），我當(dāng)然會(huì)注意到自己在運(yùn)動(dòng)。就算是在相對(duì)低速的情況下，比如騎自行車(chē)的時(shí)候，我也會(huì)感受到運(yùn)動(dòng)造成的震動(dòng)，會(huì)感受到迎面吹來(lái)的風(fēng)，等等；或者，如果你坐在一輛敞篷車(chē)?yán)镆?0英里[1]/每小時(shí)的速度在州際公路上行駛，毫無(wú)疑問(wèn)，你會(huì)知道自己在運(yùn)動(dòng)。同樣地，你會(huì)感受到震動(dòng)和風(fēng)，以及其他通常在運(yùn)動(dòng)時(shí)可以觀察到的現(xiàn)象。

現(xiàn)在，假設(shè)地球在運(yùn)動(dòng)。首先，思考一下地球每天繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周的可能性。地球周長(zhǎng)是25000英里（托勒密時(shí)代的人們以及生活在古希臘時(shí)期的人們都清楚地知道地球大約就這么大）。基于這個(gè)周長(zhǎng)，如果地球每天繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，那么在赤道地區(qū)，地球表面的運(yùn)動(dòng)速度將超過(guò)1000英里/小時(shí)（如果地球表面要在24小時(shí)內(nèi)運(yùn)動(dòng)25000英里，那就必須以這個(gè)速度運(yùn)動(dòng)）。

簡(jiǎn)言之，如果地球每天沿自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，那么在地球表面上的你和我現(xiàn)在就將以大約1000英里/小時(shí)的速度運(yùn)動(dòng)。然而，即使當(dāng)我們以一個(gè)相對(duì)較低的速度運(yùn)動(dòng)，比如騎自行車(chē)或坐著敞篷車(chē)在州際公路上疾馳時(shí)，我們也會(huì)很清晰地注意到運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的效果。所以，毫無(wú)疑問(wèn)，如果我們目前在以1000英里/小時(shí)的速度疾馳，那一定會(huì)注意到因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的效果。由于我們沒(méi)有觀察到這樣的結(jié)果（托勒密同時(shí)代的人們也是如此），這就為“地球繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)”的觀點(diǎn)提供了不證實(shí)證據(jù)。

如果我們思考一下地球圍繞太陽(yáng)一年運(yùn)轉(zhuǎn)一圈的可能性，那么上面所描述的情形會(huì)變得更加夸張。我們知道地球繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道半徑是將近100000000英里。（順帶提一句，在托勒密時(shí)代，盡管人們并不知道地球與太陽(yáng)之間的確切距離，但是兩者之間距離遙遠(yuǎn)的事實(shí)應(yīng)該已經(jīng)是眾所周知的了。）考慮到地球與太陽(yáng)之間的距離，地球運(yùn)動(dòng)的速度需要達(dá)到大約70000英里/小時(shí)才能實(shí)現(xiàn)一年繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈。然而，同樣地，我們需要考慮到如果我們坐在一輛敞篷車(chē)?yán)铮?0英里/小時(shí)的速度行駛，運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的效果就會(huì)非常明顯。我們會(huì)感受到速度是70英里/小時(shí)的風(fēng)迎面吹來(lái)，感受到運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)，如果我們?cè)噲D從敞篷車(chē)?yán)镎酒饋?lái)，那一定會(huì)從車(chē)上摔出去，等等。所以，毫無(wú)疑問(wèn)，如果我們是以70000英里/小時(shí)的速度運(yùn)動(dòng)，那么一定會(huì)注意到運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的某些現(xiàn)象。然而，70000英里/小時(shí)速度的風(fēng)在哪里？這樣快速的運(yùn)動(dòng)必然會(huì)造成震動(dòng)，這些震動(dòng)在哪里？如果地球在以70000英里/小時(shí)的速度運(yùn)動(dòng)，那么我們?cè)趺纯赡茉诘厍虮砻嫔险局?/p>

簡(jiǎn)言之，如果地球在運(yùn)動(dòng)，那么我們應(yīng)該能預(yù)計(jì)看到某些顯而易見(jiàn)的效果，由于我們并沒(méi)有觀察到這些效果，我們就有合理的理由認(rèn)為地球并沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)。

讓我們?cè)偬接懸粋€(gè)常識(shí)論據(jù)，也是托勒密給出的論據(jù)之一。我家門(mén)前的院子里有一塊巨大的卵石，大約4英尺[2]高，3英尺寬。這塊卵石就放在我家前院，一動(dòng)不動(dòng)，只有外界力量移動(dòng)它時(shí)，這塊卵石才會(huì)移動(dòng)。除此之外，如果我要移動(dòng)這塊卵石，比如用園藝拖拉機(jī)來(lái)移動(dòng)它，那么只有在我持續(xù)向前推的時(shí)候，這塊卵石才會(huì)持續(xù)運(yùn)動(dòng)，只要我不推了，它馬上就會(huì)停下來(lái)。

現(xiàn)在想一想地球。地球大體上可以算是一塊巨大的巖石，只是比我家前院的卵石大很多，也重很多。因此，就像卵石只有在外力移動(dòng)它時(shí)才會(huì)移動(dòng)，地球也是相同的情況，也就是只有外力使它運(yùn)動(dòng)時(shí)，地球才會(huì)運(yùn)動(dòng)；就像卵石只有在外力持續(xù)使它運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，地球也是只有在外力持續(xù)使它運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。然而，首先，看起來(lái)似乎沒(méi)有什么可以使地球運(yùn)動(dòng)起來(lái)；其次，即使存在這樣的物體或力量，也沒(méi)有什么可以使地球持續(xù)保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。所以，認(rèn)為地球是靜止的更加合理。

總結(jié)一下，即使是這些基本的常識(shí)論據(jù)，也都為秉持“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)提供了很好的理由。同樣地，這些論據(jù)也存在缺陷，因?yàn)槲覀冎赖厍蚴沁\(yùn)動(dòng)的，不僅以自身軸線(xiàn)為中心旋轉(zhuǎn)，還圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，這些常識(shí)論據(jù)的缺陷并不是顯而易見(jiàn)的，我們的前人用了大量聰明才智，花費(fèi)了幾十年甚至是上百年時(shí)間，才搞清楚為什么我們可以一方面以前面提到的速度運(yùn)動(dòng)，另一方面卻觀察不到任何預(yù)計(jì)應(yīng)看到的效果。這些故事都會(huì)成為后續(xù)章節(jié)的一部分。

基于運(yùn)動(dòng)物體的論據(jù)

基于運(yùn)動(dòng)物體的論據(jù)是對(duì)“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)最有力的支持證據(jù)之一?；谶\(yùn)動(dòng)物體的論據(jù)同樣源于簡(jiǎn)單的觀察。托勒密指出，下落的物體會(huì)垂直落到地球表面。接下來(lái)，我會(huì)多少修改一下托勒密的論證過(guò)程，我將思考一個(gè)相反的情形，也就是把一個(gè)物體豎直向空中拋出，你會(huì)發(fā)現(xiàn)物體會(huì)垂直于地球表面向上運(yùn)動(dòng)，然后豎直落下來(lái)，仍然垂直落到地球表面。我這個(gè)例子背后的想法與托勒密所舉例子背后的想法是完全相同的，不過(guò)我認(rèn)為在把物體向空中拋出的例子中，其背后的想法更容易理解。我們將看到，下落的物體垂直落到地球表面，以及向空中拋出的物體垂直于地球表面向上運(yùn)動(dòng)，然后垂直下落，這些都意味著地球肯定是靜止的。

要理解這個(gè)論證過(guò)程，我們必須先討論一下關(guān)于運(yùn)動(dòng)物體行為特征的普遍觀點(diǎn)，比如物體運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樗鼈儽回Q直向上拋出。關(guān)于拋出的物體，我將讓你思考兩種情形，然后請(qǐng)你問(wèn)問(wèn)自己，哪種情形更接近于實(shí)際發(fā)生的情況。

在這兩種情形中，我們都想象薩拉站在一塊滑板上，手里拿著一個(gè)球，隨著滑板從左向右運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，薩拉把球豎直向空中拋出。在整個(gè)過(guò)程中，薩拉始終在運(yùn)動(dòng)。關(guān)鍵問(wèn)題是：當(dāng)球在空中時(shí)，薩拉會(huì)不會(huì)（隨著滑板運(yùn)動(dòng)）離開(kāi)球下的位置，從而使球落到她身后？或者會(huì)是相反的情形，也就是球會(huì)沿弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，重新落到薩拉手中（或者至少是靠近薩拉的手的位置）？如果用示意圖來(lái)表示，那么這兩種情形就分別是圖10-1和圖10-2的樣子。

現(xiàn)在的問(wèn)題是，球是會(huì)如圖10-1所示的那樣，也就是當(dāng)球在空中的時(shí)候，薩拉離開(kāi)了球下的位置，因此球落到了薩拉身后，還是會(huì)如圖10-2所示的那樣，也就是球?qū)⒆龌【€(xiàn)運(yùn)動(dòng)，幾乎落回到薩拉手中。正如我們?cè)谇懊嫣岬竭^(guò)的，請(qǐng)你問(wèn)問(wèn)自己，你認(rèn)為球會(huì)按照哪個(gè)路線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。概括一下，這個(gè)問(wèn)題就是，當(dāng)我們?cè)谶\(yùn)動(dòng)的時(shí)候，向上豎直拋出一個(gè)物體，這個(gè)物體會(huì)落在我們身后，還是會(huì)沿弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，然后重新落到我們手中，或者落到我們手邊的位置？

面對(duì)這個(gè)問(wèn)題時(shí)，大部分人都會(huì)選擇圖10-1所示的情形，而且確實(shí)，這似乎是關(guān)于運(yùn)動(dòng)的常識(shí)性觀點(diǎn)。然而重點(diǎn)是，如果你認(rèn)為那是關(guān)于運(yùn)動(dòng)正確的觀點(diǎn)，那么為了保持邏輯上的一致性，你一定也會(huì)認(rèn)為地球是靜止的。

接下來(lái)，我會(huì)解釋為什么會(huì)這樣。在前面提到的情形中，造成運(yùn)動(dòng)的因素是不起作用的。也就是說(shuō)，不管薩拉是因?yàn)檎驹诨迳?、因?yàn)樽谝惠v疾馳的汽車(chē)上、因?yàn)樵隍T自行車(chē)，還是因?yàn)槠渌魏我蛩囟\(yùn)動(dòng)起來(lái)，這種情形都不會(huì)有任何改變。如果薩拉是因?yàn)檎驹谶\(yùn)動(dòng)著的地球表面而運(yùn)動(dòng)起來(lái)，那么這種情形也不會(huì)有任何改變。也就是說(shuō)，如果薩拉運(yùn)動(dòng)是因?yàn)樗驹谶\(yùn)動(dòng)著的地球表面，而拋出的物體的運(yùn)動(dòng)行為模式如圖10-1所示，那么當(dāng)薩拉站在自家前院，把球豎直向上拋出時(shí)，她將會(huì)離開(kāi)球下位置（因?yàn)樗驹谶\(yùn)動(dòng)著的地球表面，所以隨著地球運(yùn)動(dòng)），因此球會(huì)落到她身后。但是，當(dāng)我們把一個(gè)物體豎直向空中拋出時(shí)（或者像在托勒密的例子中那樣，我們向下拋出一個(gè)物體，讓它垂直下落），這個(gè)物體并沒(méi)有落到我們身后。這一點(diǎn)有力地支持了“地球沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)。

這又是一個(gè)不證實(shí)推理的例子。如果地球在運(yùn)動(dòng)，那么豎直拋出的物體應(yīng)該落在我們身后；然而，我們沒(méi)有觀察到被豎直拋出的物體落在身后；所以，地球沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)。

我們?cè)诘?章中討論過(guò)，在不證實(shí)推理中幾乎總是存在輔助假設(shè)。在這個(gè)例子中，關(guān)鍵的輔助假設(shè)涉及對(duì)運(yùn)動(dòng)的看法。具體來(lái)說(shuō)，考慮了關(guān)鍵輔助假設(shè)后，這個(gè)論證過(guò)程應(yīng)該是這樣的：如果地球在運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，如果圖10-1所示的對(duì)運(yùn)動(dòng)的看法是正確的，那么拋出的物體應(yīng)該落在我們身后；然而，拋出的物體并沒(méi)有落在我們身后，所以要么地球沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)，要么圖10-1所示的對(duì)運(yùn)動(dòng)的看法是不正確的。

后來(lái)人們證明，地球確實(shí)是在運(yùn)動(dòng)的，而圖10-1所示的對(duì)運(yùn)動(dòng)的看法則是不正確的。然而，同樣地，就算是在今天，對(duì)運(yùn)動(dòng)的這種看法仍然是一種常見(jiàn)觀點(diǎn)（盡管是錯(cuò)誤的），而在亞里士多德世界觀占主導(dǎo)地位的時(shí)代，這種關(guān)于運(yùn)動(dòng)的看法在大部分時(shí)間里都是廣受接納的觀點(diǎn)。關(guān)于運(yùn)動(dòng)的正確觀點(diǎn)，是一代又一代人運(yùn)用聰明才智，進(jìn)行了大量工作、花費(fèi)了大量時(shí)間才逐步發(fā)展確立的，這個(gè)過(guò)程我們將在后續(xù)章節(jié)進(jìn)行討論。然而，在這里值得再次強(qiáng)調(diào)的是，盡管托勒密的這個(gè)論據(jù)最后被證明是錯(cuò)誤的，但錯(cuò)誤的基礎(chǔ)是有關(guān)運(yùn)動(dòng)的一些不易察覺(jué)而又十分困難（即使在今天也是如此）的命題。

基于恒星視差的論據(jù)

在《至大論》序言的第六部分中，托勒密指出恒星的“角距離”不管在哪里看起來(lái)都是大小相等、形狀相似的（穆尼茨，1957，p.110），在接下來(lái)的一個(gè)小節(jié)中，他指出這個(gè)事實(shí)支持了“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)。同樣地，這也是“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)的支持論據(jù)中，更令人信服的一個(gè)，但是理解起來(lái)需要花些力氣。

當(dāng)托勒密指出恒星的“角距離”看起來(lái)保持不變時(shí)，他所指的就是我們所說(shuō)的恒星視差。具體來(lái)說(shuō)，托勒密的意思是我們無(wú)法觀察到恒星視差，而這支持了“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)。要理解托勒密的論證過(guò)程，讓我們首先來(lái)理解視差。

視差是由于觀察者的運(yùn)動(dòng)（而非物體本身的運(yùn)動(dòng)）造成的物體位置的明顯偏移。舉個(gè)例子，假設(shè)在你眼前一臂遠(yuǎn)的地方豎直舉一支鋼筆，保持這支鋼筆靜止，把你的頭從左向右移動(dòng)，注意鋼筆和背景中其他物體的位置發(fā)生的偏移。這些物體位置的明顯偏移當(dāng)然是由于你的頭在運(yùn)動(dòng)，而不是鋼筆和背景中其他物體在運(yùn)動(dòng)。這就是視差的例子，也就是說(shuō)，物體位置的明顯偏移是由于你的運(yùn)動(dòng)。

正如前面提到過(guò)的，當(dāng)托勒密談到恒星的角距離在地球上任何位置都保持不變時(shí)，他所指的就是我們無(wú)法觀察到恒星視差的事實(shí)。恒星視差就是由于我們的運(yùn)動(dòng)而造成恒星位置的明顯偏移。托勒密所要表達(dá)的是，如果地球在運(yùn)動(dòng)，不管是繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)還是圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，我們應(yīng)該都能觀察到恒星視差。然而，我們并沒(méi)有觀察到這種現(xiàn)象，所以地球一定沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)。

要更清楚地理解這一點(diǎn)，讓我們假設(shè)地球繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。正如前面提到過(guò)的，地球周長(zhǎng)大約為25000英里，所以，如果地球繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，那么我們每小時(shí)要運(yùn)動(dòng)1000英里。假設(shè)我們晚上出門(mén)，仔細(xì)觀察幾顆恒星的位置，并把它們繪制出來(lái)。然后，過(guò)幾小時(shí)，我們?cè)侔淹瑯訋最w恒星的位置繪制出來(lái)。

在這兩次觀察之間，我們已經(jīng)運(yùn)動(dòng)了上千英里（如果地球繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)的話(huà)），所以由于我們已經(jīng)運(yùn)動(dòng)了上千英里，我們應(yīng)該發(fā)現(xiàn)所觀察的恒星位置出現(xiàn)了明顯偏移（同樣地，偏移發(fā)生在恒星之間的相對(duì)位置上）。也就是說(shuō)，我們應(yīng)該能看到恒星視差。但是，我們并沒(méi)有觀察到任何視差。因此，地球肯定沒(méi)有繞自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，而這也是托勒密要表達(dá)的觀點(diǎn)。

同樣地，如果我們考慮地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的可能性，那么情形會(huì)變得更加夸張。如前所述，在托勒密時(shí)代，人們并不能很好地估算出地球和太陽(yáng)之間的距離，現(xiàn)在我們知道這個(gè)距離是將近100000000英里，而那時(shí)的人們只知道應(yīng)該是一個(gè)相當(dāng)遙遠(yuǎn)的距離。把我們所知的地球與太陽(yáng)之間距離的數(shù)據(jù)用在這個(gè)例子上，如果地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，那么當(dāng)我們從自己此時(shí)所在的地球軌道上的這個(gè)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到地球軌道上與我們距離最遠(yuǎn)的那個(gè)點(diǎn)時(shí)，我們就運(yùn)動(dòng)了將近200000000英里?，F(xiàn)在，請(qǐng)回憶一下前面視差的例子，也就是你舉著鋼筆、觀察鋼筆和背景中其他物體位置的例子。在那個(gè)例子中，你的頭只是移動(dòng)了幾英寸[3]就造成了明顯可見(jiàn)的視差。所以，如果我們移動(dòng)200000000英里，似乎絕不可能觀察不到恒星視差。然而，同樣地，正如托勒密所指出的，我們確實(shí)沒(méi)有觀察到這樣的視差，因此我們一定沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)言之，托勒密基于恒星視差的論據(jù)對(duì)“地球沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)”的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)強(qiáng)有力的、邏輯正確的又有經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的論據(jù)。

應(yīng)該明確的是，這同樣是一個(gè)不證實(shí)推理過(guò)程，因此與通常的不證實(shí)推理過(guò)程一樣，在這個(gè)論據(jù)的表象之下總是隱藏著各種各樣的輔助假設(shè)。在繼續(xù)閱讀下面的內(nèi)容之前，你可能會(huì)想暫停一下，看看自己是否可以找出這個(gè)論據(jù)中關(guān)鍵的輔助假設(shè)。

在這個(gè)論據(jù)中，關(guān)鍵的輔助假設(shè)與距離有關(guān)。你可能已經(jīng)注意到了，在探討視差的例子（比如你舉著鋼筆的例子）時(shí)，物體位置明顯偏移的多少取決于物體與你之間的距離。具體來(lái)說(shuō)，物體距離你越遠(yuǎn)，其位置的明顯偏移就越少。所以，對(duì)我們沒(méi)有觀察到恒星視差的一個(gè)解釋就是，恒星與我們之間的距離超乎想象得遠(yuǎn)。但是，不要忘了，如果地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)，那么從我們自己此時(shí)所在的地球軌道上的位置到地球軌道上距離我們最遠(yuǎn)的那個(gè)點(diǎn)之間，距離是非常遠(yuǎn)的，將近200000000英里，這也是理解我們前人這個(gè)推理過(guò)程的一個(gè)重點(diǎn)。所以，當(dāng)我們移動(dòng)了如此遠(yuǎn)的一段距離之后，仍然沒(méi)有觀察到恒星視差，那么恒星應(yīng)該是在一個(gè)遙遠(yuǎn)到難以置信的地方，我想表達(dá)的確實(shí)是一個(gè)難以置信的，或者說(shuō)遙遠(yuǎn)到不可思議、幾乎是無(wú)法想象的地方。

所以，這里所涉及的推理過(guò)程實(shí)際上更像是下面這樣：如果地球在運(yùn)動(dòng)，如果恒星不是在一個(gè)遙遠(yuǎn)到幾乎無(wú)法想象的地方，那么我們應(yīng)該看到恒星視差；然而，我們沒(méi)有看到這樣的視差，那么要么地球沒(méi)有在運(yùn)動(dòng)，要么恒星在一個(gè)遙遠(yuǎn)到幾乎無(wú)法想象的地方。

我們已經(jīng)接近這一小節(jié)的尾聲了，在這里，我想請(qǐng)你回憶一下在第8章中探討過(guò)的一點(diǎn)，它與我們的前人對(duì)宇宙大小的觀點(diǎn)有關(guān)。他們認(rèn)為宇宙非常巨大，但那只是以他們自己的標(biāo)準(zhǔn)而言，與我們今天認(rèn)識(shí)到的宇宙大小并不能相提并論。認(rèn)為宇宙巨大到無(wú)法想象，這對(duì)你和我來(lái)說(shuō)并沒(méi)有問(wèn)題，不過(guò)這是因?yàn)檫@個(gè)觀點(diǎn)與你我從小到大所接觸的世界觀能夠拼合在一起。然而，這個(gè)“宇宙巨大到無(wú)法想象”的觀點(diǎn)卻并不能很好地與亞里士多德世界觀的觀點(diǎn)拼圖拼合在一起。因此，考慮到當(dāng)時(shí)占主導(dǎo)地位的世界觀，“宇宙巨大到無(wú)法想象”的概念實(shí)際上并不是一個(gè)可行的選項(xiàng)。因此，基于恒星視差的論據(jù)就成了“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)的另一個(gè)有力論據(jù)。

我想指出的最后一點(diǎn)是，恒星視差最終被觀察到了，盡管直到1838年才對(duì)恒星視差進(jìn)行了第一次準(zhǔn)確測(cè)量，此時(shí)距離托勒密撰寫(xiě)《至大論》已經(jīng)過(guò)去了將近1700年。事實(shí)上，對(duì)恒星視差的觀察結(jié)果，目前已成為支持“地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)”的觀點(diǎn)最有力的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)。

地球是宇宙中心

如果你認(rèn)為地球是球形的、靜止的，那么地球位于宇宙中心看起來(lái)就是很自然的事。確實(shí)，“地球是宇宙中心”的觀點(diǎn)與其他相關(guān)觀點(diǎn)的契合度最高。

《至大論》序言的第五部分具體論述了托勒密認(rèn)為地球是宇宙中心的理由。在這一部分中，托勒密引用了多個(gè)亞里士多德在《論天》中所使用的論據(jù)，托勒密似乎明顯支持亞里士多德的這些論據(jù)。接下來(lái)，我將呈現(xiàn)的內(nèi)容從某種程度上說(shuō)是亞里士多德和托勒密兩人論據(jù)的結(jié)合體。

第一個(gè)論據(jù)，請(qǐng)注意：地球當(dāng)然看起來(lái)是宇宙中心。月球、太陽(yáng)、恒星和行星看起來(lái)全都圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，既然這些天體都圍繞一個(gè)共同的中心（地球）轉(zhuǎn)動(dòng)，那么認(rèn)為地球是宇宙中心似乎是自然而然的。換句話(huà)說(shuō)，地球中心論的觀點(diǎn)是最直接明確的觀點(diǎn)。（順帶提一下，廣為人知的是月球和太陽(yáng)似乎圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)，但不那么廣為人知的是恒星和行星似乎也圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。在下一章中，我們將更詳盡地討論這些天體的運(yùn)動(dòng)。）

除此之外，回憶一下，在亞里士多德世界觀中，土元素有一種向宇宙中心運(yùn)動(dòng)的天然趨勢(shì)，而火元素則有一種遠(yuǎn)離中心、向邊緣運(yùn)動(dòng)的天然趨勢(shì)。這也就是為什么比較重的物體（比如石頭）會(huì)下落，而火會(huì)向上燃燒。由于地球本身似乎主要由土元素組成，而土元素的天然位置就是宇宙中心，因此地球本身自然會(huì)位于宇宙中心。

回憶一下我們前面對(duì)運(yùn)動(dòng)中的物體所進(jìn)行的討論。我指出，一個(gè)物體，比如我家前院的大卵石，只有在有其他因素使它運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)運(yùn)動(dòng)。由于地球本身主要由土元素組成，會(huì)天然地位于宇宙中心，又由于地球（就像我家前院的大卵石）只有在有其他因素使它運(yùn)動(dòng)時(shí)才會(huì)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)由于似乎不存在可以使地球運(yùn)動(dòng)的因素（這點(diǎn)同樣可以參考前面的討論），最合理的結(jié)論就是，地球天然地位于宇宙中心，而且不會(huì)離開(kāi)這個(gè)位置。

“重的物體有一種向宇宙中心運(yùn)動(dòng)的天然趨勢(shì)”的觀點(diǎn)提供了另一個(gè)支持地球中心論觀點(diǎn)的論據(jù)。鑒于我們知道（參考前面的論據(jù)）地球是球形的，而且在前面也討論過(guò)，我們觀察發(fā)現(xiàn)下落的物體會(huì)垂直落到地球表面，因此，我們可以立刻得出結(jié)論：地球中心一定是宇宙中心。要理解這一點(diǎn)，設(shè)想一下，我們?cè)诘厍蛏蠋讉€(gè)不同的位置分別拋出一個(gè)物體。這些物體都會(huì)向宇宙中心運(yùn)動(dòng)，因此，它們下落的軌跡所指向的就是宇宙中心。由于這些不同的軌跡（這些物體是在地球上不同位置被拋出的）在地球中心交匯到一點(diǎn)，那么接下來(lái)可以得出地球中心就是宇宙中心的結(jié)論。

與“地球是靜止的”這一觀點(diǎn)的論據(jù)類(lèi)似，請(qǐng)注意前面提到的這些論據(jù)與亞里士多德世界觀里的其他觀點(diǎn)，也是相互聯(lián)系又彼此依賴(lài)的。舉個(gè)例子，剛剛提到的幾個(gè)論據(jù)就依賴(lài)于“物體在宇宙中有一個(gè)天然位置”的觀點(diǎn)。這再次印證了第1章里的觀點(diǎn)，也就是在一個(gè)觀點(diǎn)拼圖里，單個(gè)觀點(diǎn)之間是緊密相聯(lián)的，不可能在不對(duì)整體觀點(diǎn)拼圖進(jìn)行實(shí)質(zhì)性改變的情況下改變其中部分觀點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

回到本章開(kāi)篇時(shí)所提出的觀點(diǎn)，我們的前人有很合理的理由來(lái)相信地球是球形的、靜止的，并且位于宇宙中心。關(guān)于“地球是球形的”這一觀點(diǎn)，我們的前人所提出的論據(jù)后來(lái)被證明是絕對(duì)正確的。關(guān)于“地球是靜止的”和“地球位于宇宙中心”的觀點(diǎn)，他們的論據(jù)后來(lái)被證明是錯(cuò)誤的，但錯(cuò)誤的原因卻非常不易察覺(jué)。正如前面提到過(guò)的，后來(lái)經(jīng)過(guò)幾十年甚至是幾百年的時(shí)間，經(jīng)過(guò)許多在科學(xué)史上著名人物的共同努力，才發(fā)展出一個(gè)可以與“運(yùn)動(dòng)的地球”相匹配的新觀點(diǎn)體系。

至此，我們完成了對(duì)“地球是球形的、靜止的，并且位于宇宙中心”等觀點(diǎn)的主要支持論據(jù)的討論。最終會(huì)出現(xiàn)一些證據(jù)，表明后兩個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，而這會(huì)使亞里士多德世界觀出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。同時(shí)，正如我們?cè)谇懊嫣岬竭^(guò)的，最終亞里士多德世界觀會(huì)被牛頓世界觀所取代。重點(diǎn)是，從亞里士多德世界觀到牛頓世界觀的轉(zhuǎn)變涉及多個(gè)關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的理論。基于這一點(diǎn)，接下來(lái)我們討論的主題將是這些理論需要解釋的數(shù)據(jù)，然后我們將對(duì)多個(gè)天文學(xué)理論進(jìn)行探討。

[1] 1英里≈1609米。

[2] 1英尺≈0.3048米。

[3] 1英寸≈0.0254米。