《世界觀：現(xiàn)代人必須要懂的科學哲學和科學史》是美國學者理查德?德威特撰寫的科學哲學著作，2018年由機械工業(yè)出版社出版。作者基于費爾菲爾德大學的教學經(jīng)驗，通過圖表輔助與通俗化表述，系統(tǒng)梳理科學認知體系的演進歷程。

全書以科學史為主線，解析人類世界觀從亞里士多德地心說、牛頓經(jīng)典力學到相對論與量子力學的變革過程。第一部分探討科學哲學基礎命題，包括真理本質(zhì)與實證方法；第二部分分析古代至近代科學范式轉(zhuǎn)換，聚焦托勒密至伽利略的理論突破；第三部分評述現(xiàn)代科學對傳統(tǒng)世界觀的沖擊，揭示科學理論與認知框架的動態(tài)發(fā)展。通過跨學科視角，闡釋科學思維如何重構(gòu)人類對世界的理解。

第17章　伽利略和通過望遠鏡得到的證據(jù)

在從地心說觀點向日心說觀點轉(zhuǎn)變的過程中，另一個發(fā)揮了核心作用的人物就是伽利略（1564—1642）。伽利略對天文學、物理學和數(shù)學都做出了重要貢獻，但是在這里，我們最為關心的是他那些影響了天文學的著作。本章的主要目標是理解通過望遠鏡得到的新數(shù)據(jù)，研究這些數(shù)據(jù)如何沖擊了不同天文學體系支持者之間的爭論，并探討人們對伽利略的各種發(fā)現(xiàn)的接受情況。

我們將看到，隨著望遠鏡的出現(xiàn)，伽利略的研究工作首次提供了與地心說和日心說之爭相關的新經(jīng)驗數(shù)據(jù)。然而，我們同樣也會看到，這些新證據(jù)本身并沒有使這個爭論塵埃落定。伽利略認為這些新證據(jù)支持了日心說觀點，但是其他同樣熟悉這些證據(jù)的人們則不這么認為。與前面幾章一樣，我們首先從一些背景知識開始。

背景知識

伽利略與天主教會

望遠鏡發(fā)明于17世紀初，伽利略于1609年開始使用望遠鏡進行天文學觀察。伽利略是第一批將望遠鏡用于天文學觀察的人之一。通過使用望遠鏡，他發(fā)現(xiàn)了有趣的新數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對地心說和日心說支持者之間的爭論產(chǎn)生了極大的影響。伽利略于1610年發(fā)表了第一批觀察結(jié)果，在隨后幾年又發(fā)表了其他觀察結(jié)果。

這些新數(shù)據(jù)以及主要由于這些數(shù)據(jù)引發(fā)的爭論最終把伽利略卷入了一場與天主教會的著名爭端中?？紤]到這一點，接下來將簡單介紹一下伽利略時代的宗教狀況。

盡管我們在前面并沒有對此進行深入討論，但是對于教會更偏愛地心說觀點，我們也不應該感到意外。教會偏愛地心說觀點的部分原因（但并不是唯一原因）與天主教經(jīng)文中的許多段落有關，這些段落都暗示地球是靜止的、太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)。因此，伽利略與教會之間的爭論必然會涉及對經(jīng)文的解讀。

同樣值得注意的是，總的來說，天主教會在歷史上對新科學觀點相當寬容。舉個例子，在大多數(shù)情況下，教會并不反對哥白尼體系。當然，直到通過望遠鏡得到的新證據(jù)出現(xiàn)，之前人們通常都用工具主義態(tài)度來看待哥白尼體系，因此與經(jīng)文并沒有矛盾之處。不過，重點是教會通常不會反對新科學觀點，也愿意在新發(fā)現(xiàn)需要的時候重新對經(jīng)文進行解讀。

然而，17世紀對天主教會來說卻非常棘手。宗教改革已經(jīng)于16世紀開始，天主教會積極投入其中，試圖阻止其認定的異教思想觀點的傳播。因此，伽利略通過望遠鏡進行研究工作的時候，教會剛好對新科學觀點并不像從前那么寬容。

值得一提的是，伽利略本人是一位虔誠的天主教徒。他當然并沒有削弱教會的意思，對他的某些觀點可能會最終被認為是異教思想的擔憂，伽利略也沒有草率對待。后面我們將會看到，在對經(jīng)文的解讀上，伽利略的觀點確實有很多不同點，而這些不同點在他與教會的交鋒中扮演了重要角色。

對由望遠鏡得到的證據(jù)性質(zhì)的說明

關于地心說體系和日心說體系支持者之間的爭論，不要忘記僅憑肉眼觀察得到的數(shù)據(jù)無法平息這場爭論。事實上，正如我們一直以來所強調(diào)的，肉眼觀察得到的數(shù)據(jù)強烈支持了地心說觀點。

值得注意的是，即使有了望遠鏡，也沒有辦法直接確定地心說和日心說觀點哪個正確。我想花一點時間來討論這一點，因為我認為它常常被誤解，而且，理解了這一點將有助于人們更好地理解由望遠鏡得到的證據(jù)的性質(zhì)。

假設我們暫時離開伽利略，跳回到距今400年前的時代。就算是相比400年前取得了巨大科技進步的今天，我們?nèi)匀粵]有技術可以直接證明到底是地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)還是太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)。我們對于地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)最為直接的證據(jù)是終于在20世紀90年代首次被觀測到并記錄在案的恒星視差。然而，恒星視差這樣的證據(jù)并不是我們在第3章中所討論的那種由直接觀察所得到的證據(jù)，甚至從太空拍攝的照片都不能直接證明地球是否圍繞太陽運轉(zhuǎn)。

要理解這一點，假設我們有一張照片，如圖17-1所示，照片里是太陽、水星、金星和地球。提示一下，實際上我們并沒有這樣的照片。這樣的照片需要從地球軸線以上或以下的一個制高點來拍攝，但事實上，我們并沒有向這兩個方向發(fā)射宇宙飛船。我們這個太陽系有趣的特點，包括行星、小行星等的特點，基本或多或少都是由一架沿地球赤道切線飛行的飛機所提供的。因此，我們的宇宙飛船通常都是隨飛機一起發(fā)射出去，而不是在地球軸線的方向上。然而，重點是，就算我們有這樣的照片，也不能證明地球和太陽到底哪一個才是我們這個太陽系的中心。

要理解這一點，請注意，圖17-1中的“照片”與地心說體系和日心說體系都是同等匹配的。也就是說，這張照片與圖17-2中展示的日心說觀點是相適應的。然而，這張照片同樣也可以與圖17-3所展示的地心說觀點相適應。

簡言之，就算我們可以給太陽系拍一張這樣的照片，這張照片也不能證明地球或太陽哪個是中心。甚至假設我們拍一段時間很長的視頻，并畫出太陽和行星在一段時間內(nèi)的位置變化，這樣的視頻也只能證明太陽和行星之間的相對運動。也就是說，這樣的視頻只能展示出太陽和行星相對于彼此是如何運動的。然而，在以地球為中心的第谷體系中，太陽與行星的相對運動，與日心說體系中太陽與行星的相對運動是完全相同的。換句話說，就算我們有這樣的視頻，它們也可以被證明與以地球為中心的第谷體系相一致。（我必須指出這樣的視頻并不適用于最初的第谷體系，也就是包括本輪、正圓軌道和勻速運動的體系，但是可以與一個經(jīng)過修正、已經(jīng)“現(xiàn)代化”了的第谷體系相一致。這樣一個經(jīng)過了修正的第谷體系與圖15-1相似，但運用了橢圓形軌道，而且行星以變化的速度在軌道上運行。在第15章結(jié)束時，我們提到過現(xiàn)在仍然有地心說觀點的支持者，他們所偏愛的正是這個經(jīng)過了修正的第谷體系。）對于這個命題，我進行了較詳細的討論，但這都是為了說明很常見而又很重要的一點：我們通過技術得到的證據(jù)很少會像我們通常所認為的那樣直接。這是很重要的一點，當我們思考伽利略通過望遠鏡得到的證據(jù)時，需要把這一點記在腦中。

因此，伽利略通過望遠鏡得到的證據(jù)盡管令人陶醉，也十分重要，但是并沒有直接解決日心說體系和地心說體系支持者之間的爭論。不過，這些證據(jù)確實提供了一系列間接證據(jù)，對這個爭論當然產(chǎn)生了一些沖擊。接下來，讓我們開始思考伽利略的證據(jù)。

伽利略通過望遠鏡得到的證據(jù)

伽利略發(fā)表了一系列通過望遠鏡得到的新觀察結(jié)果。對地心說觀點來說，其中一些數(shù)據(jù)提出了相對無關緊要的問題，而另一些數(shù)據(jù)則讓這一觀點遇到了大問題。我們會逐一進行討論，在這個過程中，我們不僅會討論伽利略發(fā)表的觀察結(jié)果，還會探討這些新數(shù)據(jù)如何影響了日心說觀點和地心說觀點之間的爭論。

月球上的山峰

伽利略是首先將望遠鏡用于觀察月球地表特征的人之一，所觀察的地表特征包括山峰、平原以及我們現(xiàn)在所說的月坑。從某種程度上說，這些特征可以用肉眼觀察到，伽利略之前的人曾經(jīng)推斷月球上有山峰，但只有在望遠鏡的幫助下人們才能看清這些地表特征的細節(jié)。

月球上有山峰這樣的地表特征并不能直接證明地球圍繞太陽運動。事實上，這一觀察結(jié)果之所以對地心說與日心說之爭有一定影響，原因在于它破壞了亞里士多德世界觀中宇宙整體的樣子?；貞浺幌拢趤喞锸慷嗟率澜缬^中，天空中的物體僅由以太組成，這一點成為亞里士多德世界觀解釋天體運動的關鍵點。因此，如果月球像是一個巨大的巖石體，且在外觀上與地球有很多相似之處，那么這就很清晰地證明了亞里士多德世界觀中“天空中的物體都由以太組成”的觀點不可能正確。

值得一提的是，這個證據(jù)本身絕不足以嚴重破壞亞里士多德世界觀。確實，亞里士多德世界觀包括“天體由以太組成”的觀點，這個觀點是亞里士多德世界觀拼圖中的一塊拼板，可以在不對整個觀點體系進行大量改變的情況下得到修正。舉個例子，月球是在月上區(qū)和月下區(qū)的分界線上，因此，如果認為月球既包括月上區(qū)的元素，又包括月下區(qū)的元素，并不是不合理的。換句話說，關于月球的觀點并不是亞里士多德世界觀中的核心觀點。然而，毫無疑問，月球上有山峰這樣的地表特征存在，表明在面對通過望遠鏡得到的新證據(jù)時，亞里士多德世界觀不可能保持不變。

因此，對日心說和地心說之爭來說，月球表面有山峰的觀察結(jié)果之所以會對其有影響，很大程度上在于它表明了亞里士多德世界觀存在瑕疵。這個觀察結(jié)果還從另一個角度表明了日心說觀點更有道理?；貞浺幌掠嘘P“地球是靜止的”這一論點（我們在第10章中討論過），這個論點的基礎是沒有什么可以使地球保持運動狀態(tài)。如前所述，地球是一個很大的巖石體，很像我家前院里的大卵石，它會保持靜止，除非存在什么因素持續(xù)使它運動。這個論據(jù)似乎非常令人信服。然而，通過望遠鏡，我們現(xiàn)在可以看到，月球似乎也是一個巨大的巖石體，而且很明顯，月球始終在運動。所以，如果像月球這樣巨大的巖石體可以圍繞地球持續(xù)運動，也許同樣是巨大巖石體的地球也可以圍繞太陽持續(xù)運動。

太陽黑子

伽利略同樣是第一批用望遠鏡觀察太陽黑子的人之一。太陽黑子是在觀察太陽的時候會出現(xiàn)的一些黑暗區(qū)域。人們不能直接用望遠鏡來觀察太陽，因為這樣做會使視網(wǎng)膜受到傷害，但是可以通過往紙上投影的方式來觀察望遠鏡里太陽的圖像。伽利略用這種方法來觀察太陽黑子。利用觀察所得的結(jié)果，伽利略得以令人信服地論證出太陽黑子一定是太陽表面本身就有的區(qū)域，而不是其他圖像，比如說從太陽前面經(jīng)過的小行星的圖像。

與月球表面的山峰情況相同，關于太陽黑子的觀察結(jié)果并沒有帶來堅實的理由來讓人們相信日心說觀點是正確的。不過，與位于月上區(qū)和月下區(qū)邊界上的月亮不同，太陽毫無疑問在月上區(qū)。因此，如果太陽黑子在太陽上，就像伽利略論證的那樣，那么月上區(qū)不可能像亞里士多德世界觀所認為的那樣是沒有變化的完美區(qū)域。因此，就像月球表面的山峰一樣，關于太陽黑子的數(shù)據(jù)被證明是亞里士多德世界觀的另一個瑕疵。

土星的光環(huán)或“耳朵”

伽利略關于土星的證據(jù)所帶來的結(jié)果，與關于月球和太陽的證據(jù)相似。伽利略是第一個觀察到土星有時會有邊緣凸出現(xiàn)象的人，這個凸出的邊緣看起來就像把手或耳朵?，F(xiàn)在我們知道伽利略所觀察的就是土星光環(huán)，盡管他所使用的望遠鏡解析度并不足以看清光環(huán)，而只能看成是土星邊緣的凸起。（后來又過了半個世紀，這個凸起才被正確地假定成圍繞土星的一個環(huán)形結(jié)構(gòu)。）

同樣地，這個數(shù)據(jù)表明了亞里士多德世界觀的又一個小瑕疵?；貞浺幌?，天體由以太組成，以太的天然形狀就是正球體，因此由以太組成的行星一定也是正球體。伽利略的觀察結(jié)果則表明土星并不像亞里士多德世界觀所預期的那樣是正球體，月球和太陽也不是。

木星的衛(wèi)星

在伽利略的望遠鏡可以觀察到的所有現(xiàn)象中，木星的衛(wèi)星很有可能是觀察起來最讓人愉悅的。通過望遠鏡，伽利略觀察到了四個小亮點，它們圍繞在木星周圍，位置隨時間而變化，伽利略正確地推斷出這四個小亮點是圍繞木星運轉(zhuǎn)的衛(wèi)星。就算是在今天，木星的衛(wèi)星可能仍然是用小望遠鏡就能看到的最令人愉悅的亮點（跟土星光環(huán)一樣讓人觀察起來感到心情愉悅）。

為了謀求一個好的職業(yè)發(fā)展，伽利略把木星的衛(wèi)星命名為“美第奇星”，用來向美第奇家族致敬。美第奇家族是當時意大利最強大的家族之一，伽利略希望通過這樣做能進入美第奇宮，很快他就獲得了成功，隨后不久就被任命為美第奇宮的首席數(shù)學家和哲學家（“哲學家”在這里的意思更像是我們現(xiàn)在所說的科學家）。

伽利略花了很多時間來仔細觀察木星的衛(wèi)星，繪制出它們的位置，并確定這些衛(wèi)星確實是圍繞木星運轉(zhuǎn)。這也是一個無法與亞里士多德世界觀簡單拼合在一起的證據(jù)?；貞浺幌?，根據(jù)亞里士多德世界觀，特別是在托勒密體系中，地球是宇宙中所有圓周運動唯一的中心。所有天體，包括月球、太陽、恒星和行星，都圍繞宇宙中心，也就是地球的中心，沿圓形軌道運轉(zhuǎn)，而這又與元素以太的性質(zhì)相關，也就是元素以太總是要圍繞宇宙中心做正圓運動。但是，現(xiàn)在出現(xiàn)了像木星的衛(wèi)星這樣的天體，它們應該是由以太組成，但沒有圍繞宇宙中心運轉(zhuǎn)。簡言之，伽利略發(fā)現(xiàn)有天體圍繞木星運轉(zhuǎn)，這決定性地證明了，與亞里士多德世界觀中的觀點相反，宇宙中的圓周運動并非都圍繞唯一的中心，同時也表明了亞里士多德關于以太性質(zhì)的觀點并不是完全正確的。

木星的衛(wèi)星還有一個相關的影響也值得一提，那就是地心說觀點的支持者認為，根據(jù)日心說的觀點，衛(wèi)星的運動模式多少有些奇怪。也就是說，如果有衛(wèi)星圍繞地球運轉(zhuǎn)，然后地球又圍繞太陽運轉(zhuǎn)，那么日心說多少都有些不夠簡明。相比之下，他們進而認為，地心說觀點更為簡明，因為存在一個唯一而簡單的中心，所有天體都圍繞這個中心做圓周運動。然而，伽利略發(fā)現(xiàn)的木星的衛(wèi)星卻使這個論據(jù)被丟到了一邊，因為即使是地心說觀點的支持者也必須接受，至少有一個天體，也就是木星，在自身運動的同時，還有其他物體圍繞它運動。

金星相位

金星相位提供了某些與地心說和日心說之爭有關的最為引人注目的證據(jù)。

僅用肉眼觀察，你不可能觀察到金星實際上像月球一樣，會經(jīng)歷一個周期性的相位變化。但是，通過望遠鏡很容易就可以觀察到金星相位，而伽利略就是第一個發(fā)現(xiàn)金星相位的人。除此之外，金星不僅會經(jīng)歷周期性的相位變化，而且它的大小也會根據(jù)所處的相位發(fā)生變化。圖17-4展示了金星在不同相位的樣子，包括滿月位、虧凸月位/盈凸月位、上弦月位/下弦月位、蛾眉月位/殘月位和新月位。要理解這些數(shù)據(jù)的重要性，我們需要理解為什么金星在不同的時間會處于不同的相位。由于這個解釋從本質(zhì)上來說與對“為什么月球會經(jīng)歷不同相位”的解釋是相同的，所以讓我們首先討論一下月球，然后再回到金星。

月球相位是太陽、月球和地球三者間相對位置變化的結(jié)果。在任意一個給定的時間點，月球的一半會被太陽照亮，另一半會在黑暗中。當月球和地球所處的位置使我們可以完整地看到月球被太陽照亮的表面時，我們所看到的就是滿月；當我們只能看到月球被太陽照亮的表面的一半時，我們所看到的就是弦月；當我們只能看到月球被太陽照亮的表面的一小部分時，我們所看到的就是蛾眉月或殘月。圖17-5可能有助于理解。被標注為1/4、3/4等點處的月球代表的是月球在圍繞地球運轉(zhuǎn)一周，也就是將近27天的過程中，其所在的相對于地球和太陽之間的不同位置。順帶提一下，這幅示意圖完全不是按比例描繪的。

舉個例子，通過這幅圖可能會感覺月球經(jīng)常處在地球的陰影中，但這只是因為要把整個情形壓縮簡化成一幅二維示意圖而產(chǎn)生的人為效果。事實上，因為太陽足夠大，月球和地球之間的距離足夠遠，而月球的軌道又是“傾斜”的，月球只是偶爾會處在地球的陰影中（這也就是為什么月食很少發(fā)生，而并不是在月球每繞地球一周時就發(fā)生一次）。

當月球位于點F處時，被太陽照亮的表面面對地球，我們會看到一個滿月；當月亮處于3/4點處時，我們將看到虧凸月/盈凸月；然后是上弦月/下弦月接著是蛾眉月/殘月；最后是新月，也就是我們在夜空中看不到月球的時候（在點N處）。

如果金星經(jīng)歷的一系列相位變化正如伽利略所發(fā)現(xiàn)的，那么像月球一樣，金星相位一定也是太陽、地球和金星之間相對位置變化的結(jié)果。重點是，如果使用日心說體系，那么對金星相位的預言會與托勒密體系的預言非常不同。具體來說，根據(jù)日心說體系，我們會預計金星經(jīng)歷一個完整的周期性相位。相比之下，如果托勒密體系是正確的，那么我們最多只能看到在蛾眉月位/殘月位的金星，而永遠都看不到在上弦月位/下弦月位、虧凸月位/盈凸月位或滿月位的金星。

要說明這些不同的預測，最好的方法就是通過圖表。讓我們首先思考一下圖17-6展示的托勒密體系中的地球、太陽和金星。這幅圖展示了我們在第11章結(jié)尾時討論過的一個關鍵經(jīng)驗事實是如何發(fā)揮作用的。回憶一下，事實上金星從來不會出現(xiàn)在距離太陽很遠的地方。也就是說，不管太陽在天空中的哪個位置，金星總會在不遠處。重申一下，這就是為什么我們只能在剛剛?cè)章浜螅ㄒ荒曛刑囟ǖ哪承r間）或者馬上要日出前（一年中的其他時間）看到金星。除此之外，在白天和夜晚的其他時間段，我們都看不到金星，因為金星要么隨著太陽在地平線以下（夜晚的時候），要么就是白天在太陽附近，太陽的光線使我們無法看到它。

在托勒密體系中，對這個事實有且只有一種解釋，那就是太陽和金星圍繞地球運轉(zhuǎn)一周所需的時間相同（或者更準確地說，太陽和金星的本輪圍繞地球運轉(zhuǎn)一周所需的時間相同）。換句話說，地球、太陽和金星的本輪的中心一定總是成一條直線，如圖17-6所示。

然而，請注意，這就決定了金星被太陽照亮的一半總是不能正對地球。因此，就像月球被照亮的一半沒有正對地球時的情況一樣，金星總是看起來（最多）像一個月牙。換句話說，在托勒密體系中，我們最多只能看到金星被太陽照亮的一半中的一小部分。我們永遠看不到一顆完整的金星，或者處于虧凸月位/盈凸月位或上弦月位/下弦月位的金星。前面提到的這些相位所要求的金星、地球和太陽的相對位置，在托勒密體系中都不可能實現(xiàn)。

伽利略發(fā)現(xiàn)的金星相位，為托勒密體系提供了確鑿的證據(jù)。相比之下，就像下面要解釋的，在日心說體系中，人們可以預期看到金星經(jīng)歷一個完整的周期性相位變化，因此，金星相位為日心說觀點提供了證實證據(jù)。

在解釋日心說觀點如何描述金星相位之前，首先請注意，對“在天空中金星總是距離太陽不遠”的經(jīng)驗事實，日心說體系的解釋是，金星是一顆內(nèi)行星。也就是說，金星與太陽之間的距離小于地球與太陽之間的距離。在圖17-7中，請注意，以地球為觀察點，不管金星位于其軌道上的哪個位置，總不會出現(xiàn)在距離太陽很遠的地方。除此之外，在日心說體系中，由于金星圍繞太陽運轉(zhuǎn)一圈的時間比地球短（金星只需要225天，而地球需要365天），因此以地球為觀察點，金星有時會在太陽背對地球的一側(cè)，看起來就是滿月的形狀；有時又會在太陽的側(cè)面，因而看起來像弦月的形狀；還有時會在地球和太陽之間，從而完全看不見，或者看起來只是個月牙形，等等。簡言之，根據(jù)日心說觀點，我們可以預計金星會經(jīng)歷一個完整的周期性相位，因此，伽利略的發(fā)現(xiàn)為日心說觀點提供了證實證據(jù)。

日心說觀點不僅正確地預言了金星應該經(jīng)歷一個完整的周期性相位，還對金星相位與人們觀察到的金星大小之間的關系做出相當自然而然的描述。

請注意，在圖17-4中，金星在滿月位時看起來最小，而在新月位時看起來最大，這恰好就是在日心說體系中我們預計可以看到的情況。由于金星只能在位于太陽背對地球一側(cè)時處于滿月（或者將近滿月）的相位，此時金星與地球之間的距離達到最大值，那么我們預計能看到的將是最小的金星。同樣地，金星只有位于地球和太陽之間時，也就是位于距離地球最近的點時，才能處于新月位，金星看起來最大。

盡管金星相位為反駁托勒密觀點提供了重要的不證實證據(jù)，但仍要重點指出的是，金星相位并不足以解決日心說觀點和地心說觀點之間的爭論。再回憶一下第15章中描述的第谷體系。重申一下，第谷體系是一個地心說體系，其中月亮和太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)，行星則圍繞太陽運轉(zhuǎn)。根據(jù)第谷體系，我們同樣可以預計看到金星將展現(xiàn)出一個完整的周期性相位變化，并且在滿月位時看起來最小，而在新月位時看起來最大。同樣地，你也可以修改托勒密體系，讓金星（可能加上水星一起）圍繞太陽運轉(zhuǎn)，而其他天體仍然圍繞地球運轉(zhuǎn)。這樣一個修改了的托勒密體系也同樣可以與金星相位相一致。簡言之，金星相位在為日心說體系提供證實證據(jù)的同時，也在同等程度上為像第谷體系或者前面剛剛描述過的經(jīng)過修改的托勒密體系這樣的地心說體系提供證實證據(jù)。因此，盡管金星相位提供了證據(jù)來反駁最初的托勒密體系，但完全沒有解決日心說和地心說之爭。

接下來我要簡要討論的是這個例子如何精妙地說明了我們在第5章中討論過的理論的不充分確定性。也就是說，即使是像金星相位這樣重大的發(fā)現(xiàn)，最終也被證明與日心說體系（包括哥白尼和開普勒的理論）和地心說體系（比如第谷體系以及我們在前面描述過的經(jīng)過修改的托勒密體系），都可以完美地保持一致。這種情況在科學中很典型——新證據(jù)甚至是非常重要的新證據(jù)，通常都同時與兩個或多個相互競爭的理論相一致。換句話說，可用的證據(jù)通常不能單獨決定某個具體的理論是否正確。

最后，值得注意的是，盡管金星相位沒有解決日心說和地心說之爭，但無論如何它需要人們在觀點上做出重要改變。也就是說，在過去1500年間，托勒密體系一直是默認體系，而現(xiàn)在這個體系需要被替換了。所以，人們要么轉(zhuǎn)而選擇相信日心說觀點，要么相信第谷體系，要么相信經(jīng)過修改的托勒密體系，無論是哪種選擇，人們都必須對自己關于宇宙結(jié)構(gòu)的觀點進行重大調(diào)整。

恒星

最后還有一個發(fā)現(xiàn)值得討論，哪怕只是簡短的討論。通過望遠鏡，伽利略發(fā)現(xiàn)除了肉眼可看見的恒星，還存在其他無數(shù)恒星。這至少意味著宇宙很可能比之前猜想的大得多，甚至有可能無限大，其中包括無限多的恒星。伽利略本人并不支持這個觀點，然而，在接下來的幾十年間，“宇宙可能很大，甚至無限大”的觀點占據(jù)了主導地位，而伽利略的發(fā)現(xiàn)，也就是宇宙中還有數(shù)量眾多的恒星，可以與這個關于宇宙的新觀點拼合在一起。

對伽利略發(fā)現(xiàn)的接受情況

可以理解，伽利略通過望遠鏡取得的發(fā)現(xiàn)被認為是令人激動的新發(fā)現(xiàn)，并使伽利略成為當時最著名的科學家之一。伽利略于1610～1613年發(fā)表了他的大部分發(fā)現(xiàn)。在這些著作中我們可以看到，伽利略當時開始認為日心說觀點肯定是正確的宇宙模型。回憶一下，到那個時候，以太陽為中心的哥白尼體系已經(jīng)為人們所使用并在學校中教授了70余年，但是，在這段時間內(nèi)，哥白尼體系通常都被以工具主義態(tài)度來對待。此時，伽利略開始建議用現(xiàn)實主義態(tài)度來對待日心說觀點。

教會（也就是天主教會，在歐洲的天主教國家有很強的影響力）可以接受以太陽為中心的哥白尼體系，前提是要用工具主義態(tài)度來對待這個體系。然而，當出現(xiàn)了“日心說觀點可能真的是宇宙構(gòu)建的方式”的聲音時，教會就開始認為這個觀點很有問題了。

伽利略在1615年晚些時候來到羅馬，試圖阻止教會將日心說觀點列為異教學說。此時，伽利略意識到僅憑通過望遠鏡得到的證據(jù)本身，不足以說服日心說與地心說之爭中后者的支持者，因此他又提出了一個以潮汐為基礎的論據(jù)來支持日心說觀點。這個論據(jù)由伽利略在1615年發(fā)表的文章中提出。他實際上論證的是海洋因為地球運動而出現(xiàn)潮汐現(xiàn)象，就像船甲板上的水因為船的運動而翻滾一樣。順帶提一下，伽利略對潮汐的描述后來被證明是錯誤的。

盡管伽利略付出了很多努力，但在1616年年初，教會還是做出了反對日心說觀點的正式裁決。具體來說，“太陽是靜止的，并且位于宇宙中心”的觀點被裁決為“愚蠢的，是可笑的哲學，被正式裁定為異教觀點”。這個裁決意味著從科學/經(jīng)驗觀點的角度來看，這個觀點是假的（愚蠢的，是可笑的哲學）；從宗教角度來看，這是個異教觀點，因為它直接與經(jīng)文相悖。同樣地，“地球在運動”的觀點，不管是圍繞自身軸線運動還是圍繞太陽運動，也被裁決為愚蠢可笑的，而且從宗教角度來看是錯誤的。（在這里，“錯誤的”意思是盡管這個觀點并沒有直接有悖于宗教經(jīng)文，但其隱含的是“太陽是靜止的”，而這是與經(jīng)文直接相反的。）

日心說觀點被裁定為異教觀點后，秉持這個觀點或為其辯護都是被禁止的。然而，教授日心說觀點并沒有立刻被禁止，事實上，被禁止的是教授、相信或支持日心說觀點是現(xiàn)實的做法。日心說觀點仍然可以以“假設”的形式被教授或出現(xiàn)在書面文獻中，也就是說，可以用我們稱為工具主義的態(tài)度來對待這個觀點。哥白尼本人早在1543年就已出版的關于這個話題的著作仍然可以被教授，但前提是要做出修正，刪除哥白尼認為日心說觀點是現(xiàn)實的幾頁內(nèi)容。

由于伽利略此時已開始用現(xiàn)實主義態(tài)度來對待日心說觀點，而且公開支持這種現(xiàn)實主義態(tài)度，教會的一系列做法本可以是單獨針對伽利略的。但是教會并沒有選擇單獨對他進行調(diào)查，在教會對日心說觀點的正式裁決書中也并沒有提及伽利略本人或他的任何著作。然而，伽利略仍然受到了傳喚，參加了教會的一個私人會議。會議由在教會這一系列做法中作為主要領袖之一的樞機主教貝拉明主持。在會議中，伽利略被明確告知，他自己不能教授“日心說觀點是現(xiàn)實”的觀點，也不能論證維護這個觀點。不過實際上，盡管1616年的裁決對伽利略來說是個壞消息，但絕不是最糟糕的情況。

可證偽性命題

關于教會否定日心說體系是現(xiàn)實的裁決，我們應做何評論？考慮到伽利略通過望遠鏡所得證據(jù)的說服力，關于教會對這些證據(jù)所采取的態(tài)度，我們應做何評論？這是不是一個甚至拒絕思考這些證據(jù)的案例？教會是不是不管證據(jù)有多充分，都不愿意接受任何否定其觀點的證據(jù)，因此教會是否認為地心說觀點是不可證偽的？

如果我們僅看1616年教會做出裁決后那些年的情況，那么對于前面這些問題，我們幾乎都可以肯定地回答“是的”。也就是說，當教會把日心說觀點裁決為假的、異教觀點，并且禁止教授、支持或相信“日心說觀點是現(xiàn)實”的觀點后，要認為教會所秉持的不是不可證偽的態(tài)度，可就十分困難了。但是，如果問題是教會在這個裁決之前是否對此秉持不可證偽的態(tài)度，那么這就更加有趣了。通常情況下，這個問題比其看起來要復雜得多。正如前面提到過的，貝拉明主教是與這一事件相關的主要教會領袖之一，為了讓我們的討論更具體明確，讓我們關注一下他在1616年裁決之前所持有的觀點，并與伽利略的觀點進行對比。

首先，接受伽利略通過望遠鏡取得的證據(jù)并沒有問題。貝拉明是一位很有能力的天文學家，他和其他教會天文學家，包括著名的數(shù)學家、天文學家克里斯托弗·克拉維斯，復現(xiàn)了伽利略的觀察結(jié)果，證實了它們是準確的。教會天文學家不僅驗證了伽利略的發(fā)現(xiàn)，而且對伽利略贊賞有加。除此之外，當時的普遍共識是，通過望遠鏡所得的證據(jù)讓地心說觀點遇到了麻煩，特別是托勒密體系（盡管我們在前面強調(diào)過，第谷的地心說體系是可以與通過望遠鏡所得的證據(jù)保持一致的）。

對于承認經(jīng)文的權威性，也不存在任何問題。伽利略和貝拉明都認為經(jīng)文是絕對正確的，也就是說，《圣經(jīng)》中的所有內(nèi)容都是準確的。同時，兩人也都同意《圣經(jīng)》中的某些段落意味著地球是靜止的且位于宇宙中心。

伽利略與貝拉明之間的主要分歧在于如何衡量證據(jù)，如何理解作為證據(jù)的經(jīng)文，又如何理解通過望遠鏡得到的證據(jù)。

一篇撰寫并發(fā)表于1615年的相對簡短的文章是對貝拉明觀點最好的總結(jié)，這篇文章通常被稱為《給福斯卡里尼的書信》。對伽利略觀點最清楚的表述則出現(xiàn)在伽利略1613年撰寫的《給卡斯泰利的書信》一文中。隨后伽利略在1615年發(fā)表了《給克里斯蒂納公爵夫人的書信》。這篇文章篇幅稍長一些，在這篇文章中，伽利略更全面、審慎地闡述了自己的觀點。（順帶提一下，克里斯蒂納是美第奇家族中地位顯赫的一位成員，伽利略試圖消除這位公爵夫人及其他人對于其觀點與宗教經(jīng)文或天主教經(jīng)文相悖的顧慮，從而使自己保持與美第奇家族之間的良好關系，而這對伽利略來說非常重要。）

在這些文章中，伽利略清楚地表明，他認為《圣經(jīng)》里的每一個字都是正確的。然而，他同時表示，《圣經(jīng)》是寫給所有人看的，包括那些生活在很久以前、科技還不發(fā)達年代的人們，以及幾乎沒有受過教育或者僅接受過少量教育的人們。因此，《圣經(jīng)》的寫法決定了其真正的含義通常很難確定。于是，伽利略認為，當我們面對可以有經(jīng)驗性/科學性證據(jù)來支撐的經(jīng)驗性/科學性命題時，我們應當認為經(jīng)驗證據(jù)的說服力比宗教經(jīng)文所提供的證據(jù)更強，而且我們決不應該依靠《圣經(jīng)》來對這樣的經(jīng)驗命題做出最終裁決。

除此之外，伽利略還表示，這些命題，比如到底是太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)還是地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)，都與救贖無關，也就是說，不管在這些命題上持怎樣的觀點，都不會讓人得到或得不到救贖。這就成了另一個理由，讓人們在判斷什么樣的經(jīng)驗觀點最為合理時不依賴于宗教經(jīng)文給出的證據(jù)。

伽利略還提到，如果教會基于《圣經(jīng)》經(jīng)文對一個經(jīng)驗性命題做出最終裁決，而這個裁決被經(jīng)驗性證據(jù)證明肯定是不正確的，這對教會來說并不是件好事。所以，伽利略認為，對教會來說，一個通?？尚械淖龇ú粦凇妒ソ?jīng)》經(jīng)文給出的證據(jù)來對經(jīng)驗性命題做出任何裁決。

貝拉明在《給福斯卡里尼的書信》中明確表示，在上述這些問題上，他不同意伽利略的觀點。首先，貝拉明指出，《圣經(jīng)》里有關“地球是靜止的，太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)”的段落似乎并不復雜，而且貝拉明指出，教會的專家對如何解讀這些段落也不存在分歧。所有相關的教會權威人士，也就是在神學和宗教經(jīng)文解讀方面得到過系統(tǒng)培訓的人士，都認為相關經(jīng)文段落清楚地表明太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)。所以與伽利略所指出的情形相反，這種情況并不涉及復雜的經(jīng)文解讀。

除此之外，與伽利略的觀點相反，貝拉明指出，不管是相信太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)還是地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)，都與救贖相關聯(lián)?！妒ソ?jīng)》說的是太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)，那么否認了這個觀點就意味著認為相關段落是不正確的，而認為這些段落是不正確的，就意味著認為上帝所說的某些話是不正確的。貝拉明認為這就使有關太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)還是地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)的觀點，與救贖聯(lián)系了起來。

最后，值得指出的是，在這封信中，貝拉明明確提出，如果有證據(jù)可以證明地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)，那么我們就必須接受這個證據(jù)。然而，同時（很有可能是出于前面解釋過的宗教經(jīng)文的原因，以及基于那些表明地球不可能在運動的經(jīng)驗證據(jù)），貝拉明指出，他認為這樣的證據(jù)不會也不可能出現(xiàn)。盡管如此，貝拉明確實至少考慮了這樣一個證據(jù)的可能性，并且指出，如果出現(xiàn)這樣一個證據(jù)，教會領袖們將需要謹慎思考他們在這一點上是如何如此嚴重地誤讀宗教經(jīng)文的。

請注意，伽利略和貝拉明在一些命題上意見一致。他們兩人都接受通過望遠鏡獲得的數(shù)據(jù)，都承認宗教經(jīng)文的權威性。兩人也都認為宗教經(jīng)文提出的是太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)，都同意通過望遠鏡獲得的數(shù)據(jù)表明了地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)。

然而，伽利略和貝拉明在如何衡量不同的證據(jù)方面，是有不同意見的。伽利略的觀點是在有關救贖的問題上，宗教經(jīng)文所提供的證據(jù)會勝出。但是，在其他問題上，也就是無關乎救贖的問題上，經(jīng)驗證據(jù)應該更有分量，而且如果需要的話，應該對宗教經(jīng)文重新進行解讀，使其可以與經(jīng)驗證據(jù)相適應。

由于根據(jù)伽利略的觀點，到底是地球圍繞太陽運轉(zhuǎn)還是太陽圍繞地球運轉(zhuǎn)的問題與救贖無關，因此，在這里，通過望遠鏡獲得的證據(jù)可以勝過宗教經(jīng)文給出的證據(jù)。

相比之下，貝拉明的觀點是，由于《圣經(jīng)》涉及了這些問題，那么是持地心說觀點還是日心說觀點就與救贖有關了。由于我們幾乎不可能誤解經(jīng)文中有關靜止的地球和運動著的太陽的段落，因此，在日心說與地心說之爭中，來自經(jīng)文的證據(jù)勝過通過望遠鏡獲得的證據(jù)。簡言之，我認為比較公平地說，如果被問到是否會放棄地心說觀點，貝拉明應該會同意“愿意在出現(xiàn)足夠多證據(jù)時放棄這一觀點”的說法。但是，至于什么樣的證據(jù)最能說明問題，貝拉明的確與伽利略的觀點不同，而且考慮到他所支持的證據(jù)類型，貝拉明認為那種足以讓他放棄地心說觀點的證據(jù)可能出現(xiàn)的概率非常小，或者說也許根本不可能出現(xiàn)。

這恰恰是我們在第7章中第一次討論可證偽性命題時所討論過的情形。在第7章中我們看到，有關可證偽性的命題說到底通常歸結(jié)為“怎樣的證據(jù)最為有力”的命題，而這又通常關乎一個人的整個觀點體系。貝拉明非常尊重科學發(fā)現(xiàn)，但他首先是一位宗教領袖，這也是他最重要的身份，對他來說，宗教經(jīng)文提供的證據(jù)要勝過科學證據(jù)。另一方面，伽利略也很尊重宗教事務，但他首先是一名科學家，這也是他最重要的身份，因此對他來說，通過新科學發(fā)現(xiàn)獲得的證據(jù)要勝過宗教經(jīng)文提供的證據(jù)。

那么，對于“貝拉明是否認為地心說是不可證偽的”，我們現(xiàn)在有了什么結(jié)論呢？我認為，如果是現(xiàn)在，在經(jīng)過了400年后，當科學在尊重經(jīng)驗事實的基礎上取得了超乎想象的成功和發(fā)展時，貝拉明仍然支持地心說觀點，那么他的態(tài)度就像史蒂夫的態(tài)度（我們在第7章中討論過）一樣沒有道理，就一樣是認為這個觀點是不可證偽的。但是，在17世紀初，沒有很好的理由認為伽利略所支持的那種以經(jīng)驗為基礎的方法在未來也會像在過去一樣成功。因此，我認為唯一公平的回答是，對于“在這段時間貝拉明是否認為地心說是不可證偽的”，完全不能簡單地用“是”或“不是”來回答。隨著我們對類似事例的研究，我們發(fā)現(xiàn)它們遠比看起來要復雜得多。我認為，可以說正是這個復雜性使科學史和科學哲學變得如此有趣。

結(jié)語

正如我們在前面討論過的，盡管教會在1616年做出了否定日心說觀點是現(xiàn)實的裁決，但伽利略本人在這個過程中相對沒有受到什么影響。但幾年之后，他就沒有那么幸運了。在1632年早些時候，伽利略出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》一書。這本書內(nèi)容豐富，對支持和反對地心說體系和日心說體系的論據(jù)分別進行了討論?；貞浺幌?，總的來說，對日心說體系進行討論并沒有被禁止，被禁止的只是支持這個觀點就是現(xiàn)實的做法。

這本書并沒有得到教會的接受，教會認為它跨過了討論日心說觀點和支持這個觀點之間的界線。伽利略與教會之間的這場爭論以及對伽利略最終的審判都是相當復雜的，我們只能觸及其中幾個因素，還有很多問題使整體情況變得更加復雜。這本書以對話的形式呈現(xiàn)，所以從技術角度來說，伽利略可以說是書中對話里的角色支持這些觀點，而不是他本人，但這說服不了任何人。這本書明確而有力地支持日心說觀點是現(xiàn)實。在前面我們提到過，1615年伽利略參加了一個由貝拉明主持的會議（包括書面文件），在會議中，他被告知不能相信或支持日心說觀點是現(xiàn)實?？紤]到這一背景，毫無疑問，伽利略確實跨過了那條界線。然而，這本書通過了教會的標準審查流程，得到了出版許可。但是，即使是教會的審查，也涉及很多復雜的因素（比如，伽利略因為沒有將1616年貝拉明所主持會議的情況告知審查人員，而受到了欺詐的指控）。同樣與此關聯(lián)的是，在那些年中，伽利略冒犯了多位很有影響力的人物。在其著作中，伽利略有時表現(xiàn)出非常強的諷刺意味，而且對很多人都表現(xiàn)出不屑，因此他成功地為自己樹立了很多敵人，其中有些很有權勢，而且很不喜歡他。除此之外，伽利略有時似乎對政治環(huán)境缺乏敏感性。與現(xiàn)在一樣，那時也有很多政治現(xiàn)實需要認清。舉個例子，就像今天我們要向國家科學基金提出資金申請，但如果在開始這個申請流程時就冒犯了負責對申請進行裁定的評審小組，這顯然是缺乏政治智慧的。對伽利略來說，出版一本含有冒犯教皇內(nèi)容的書，也是缺乏政治智慧的。然而，他于1632年出版的書似乎確實冒犯了教皇。而且，還有一些人試圖讓教皇相信自己應該被冒犯，這顯然是火上澆油。

對伽利略審訊的細節(jié)很復雜，而且從某些方面來說也頗具爭議，然而最終的結(jié)果是他的書被教會列為禁書，伽利略本人被裁定為有持異教思想的嫌疑，并且被判終身監(jiān)禁。同時，他還被要求正式宣布日心說觀點是假的。伽利略在家中度過了余生，于1642年逝世。然而，在被軟禁在家時，伽利略仍然得以繼續(xù)工作，他回顧了自己早期關于運動物體力學的著作，并寫出了關于這一話題的某些重要著作。

考慮到與教會有關的一些問題，與伽利略同時代的很多人對公開支持日心說觀點都持猶豫的態(tài)度，這完全可以理解。然而，新發(fā)現(xiàn)不斷出現(xiàn)，比如開普勒發(fā)現(xiàn)一個包含橢圓軌道和變速運動的體系可以比其他任何體系都更好地解釋數(shù)據(jù)；基于這一體系，開普勒于1627年發(fā)表了遠優(yōu)于其他人的天文學表格；還有伽利略通過望遠鏡取得的證據(jù)，等等。最終，這些新發(fā)現(xiàn)的累積效應將會說服大多數(shù)關注過“地球和行星確實圍繞太陽運轉(zhuǎn)，并且沿橢圓軌道變速運動”一類問題的人。這反過來又會給當時存在的世界觀造成一系列問題。接下來我們將探討這些問題。