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20 从哥白尼到伽利略(下):科学革命的意义

作者:张笑宇

2022-01-04·阅读时长7分钟

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20 从哥白尼到伽利略(下):科学革命的意义

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你好,我是张笑宇,欢迎来到《人类文明进步史:技术如何塑造我们》。

上一讲,我们介绍了哥白尼、布鲁诺和伽利略这三个人的故事。我们讲到,教会是在伽利略时代,才开始重点反对和迫害哥白尼的学说的。那么,伽利略到底干了什么事,让教会如临大敌呢?

首先,我们还是要来介绍一下伽利略的研究成果。我们上一节说到,伽利略是一个博古通今,在许多领域都取得重大成就的天才式科学家。

比如说,在物理方面,伽利略对运动力学有着深刻研究。我们都听过他从比萨斜塔上扔两个小球的实验,但是很遗憾,这个故事不是真的。这件事没有发生过,它其实从头到尾都是伽利略的一个思想实验。这个思想实验是什么呢?在伽利略之前,人们都相信亚里士多德的学说:重的东西下落速度快,轻的东西下落速度慢。但是伽利略就设想了一个案例:如果我把一大一小两个球绑在一起扔下去,那么大球下落速度快,小球下落速度慢,小球应该拖累大球,所以两个球一起下落的速度应该慢于大球的速度。但是,从另一面讲,大小球连在一起,那应该比单独某一个球都要更重,所以两个球一起下落的速度应该快于大球的速度。这两个结果自相矛盾,所以亚里士多德的理论肯定是错的。我讲这个故事,其实要说的是,伽利略仅仅通过思想实验,就能够发现旧物理学中的不合理之处,这恰恰反映了思想和理性的强大之处。

但伽利略不仅仅是一个理论方面的高手,在实践方面,他也有着特别高的成就。比如,在工程学方面,他造出了温度计,改进了军用罗盘,还发明了望远镜和显微镜。这些发明不仅仅是理论发明,还是能挣大钱的实实在在的商品。比如说军用罗盘,它对打仗、炮手的意义就很大。因为炮弹的飞行轨迹其实是个抛物线,炮手要命中目标,是要计算抛物线轨迹的,而伽利略的军用罗盘就能很大程度上简化这个计算。所以伽利略把这个卖给军队,还办班开课,挣了一笔大钱。再比如,望远镜对航海家的意义也很大。航海家可以利用望远镜观察远方的地形,从而发现危险,这个发明也让伽利略挣了不少钱。所以你看到,伽利略不仅能搞学术,还很有商业头脑,是个不可多得的人才。

但也就是这个望远镜,引发了后来的故事。

这是怎么回事呢?因为在望远镜发明之前,古代天文学家基本都只能靠肉眼来观测天象。正因为肉眼观测造成的模糊美,古代人才发展出很多看起来很美好的宇宙学说。比如,亚里士多德就说,月球是一个半透明的、完美的球体;但丁说,月亮是一颗永恒的珍珠,可以华丽地升入天堂。但是伽利略拿望远镜一看,天哪,月亮上坑坑洼洼的,到处是环形山什么的,根本不是这样。这就对古典时代的天文学造成了很大打击。不仅如此,伽利略还接二连三发现颠覆托勒密宇宙体系的证据。比如,托勒密认为宇宙模型是大球套小球,所有星体绕着地球转,但是伽利略却发现,木星是有卫星的,这些卫星绕着木星转,不绕着地球转。再比如,我们上次讲到,哥白尼的日心说只有很少人接受,很多学者提出没有天文证据支持日心说。但是伽利略的望远镜发明后,他找到了很多能够支持日心说的天文证据,这些发现,大大震撼了学术界。

这些发现问世后,教会就有点坐不住了。因为教会一直把亚里士多德和托勒密的宇宙体系奉为正统,他们主张地球是宇宙的中心,神创造了地球,这才配得上上帝的核心地位。当时的教皇乌尔班八世其实跟伽利略的关系还不错。他想保护一下伽利略,就对他说,你还是出本书,澄清一下这些观点。毕竟咱们研究无禁区,宣传有纪律。就是你可以把你发现的证据讲一讲,但是不要支持日心说,要多讲讲,亚里士多德和托勒密是更有道理的。

伽利略听了乌尔班八世的话,真的写了一本书,书名叫做《关于两个主要世界体系的对话》。这个标题是什么意思呢?他在书里面虚构了两个人物,一个是代表亚里士多德说话的,一个是代表哥白尼说话的。他让两个人互相争论,来向读者呈现两个体系的优劣。但是,在这本书里,代表亚里士多德的人像个白痴一样不讲逻辑,而代表哥白尼的人则完全用数学和逻辑推理来证明自己的观点。所以两个人水平谁高谁低,一目了然。

比如,在书里面,亚里士多德派一上来就说,宇宙是完美的,因为它有三个维度,三是个神圣的数字。哥白尼派就嘲讽说,三怎么就成了个神圣数字了?难道三条腿的狗比四条腿的狗要好吗?你这是自作多情给宇宙增添意义。宇宙的真正法则是数学,不是美学。

再比如,亚里士多德派说,天堂是不变的,也是不朽的。除了月相变化,太阳和星星都是不变的。唯有不变的东西才是最好的、最完整的。但是哥白尼派说,我们通过望远镜,发现了太阳有黑子,也是运动的;月亮上是有环形山的,星星自身也是在改变的,比如金星,它也有类似月相的变化。这个宇宙中的一切都是无时无刻不在运动的。你说不变的东西最好,这只是你的主观想象。你要讨论一件事情的真伪,出发点到底是我们观察到的证据,还是你心中的主观想象呢?

这两个人在书里还探讨了许多天文上的细节问题,我们就不再赘述了。我请你仔细总结一下上面的讨论。伽利略其实在这本书里,借着哥白尼的支持者,讲出了非常非常重要的、现代社会赖以诞生和维系的三大原则。哪三大原则呢?

第一,宇宙的真正法则是数学,而不是美学、神学,或者其它什么学科。这一点,是现代科学得以进步的基础。从牛顿到爱因斯坦再到杨振宁,他们的成就,都是在数学研究的基础上取得的。数学是基础学科中的基础学科,是人类把握世界规律的最底层学科。没有数学,就没有现代科学的一切进步。

第二,讨论事情的真伪,根本出发点不是我们的主观想象,而是客观存在的证据。这也就是我们常说的,实践是检验真理的唯一标准。伽利略在400年前就把这话说出来了。用证据说话,这是一把非常锋利的思想武器,用它就可以破解很多迷信和欺骗。咱们可以拿具体生活打个比方,现实生活里有不少欺世盗名的气功大师、神学骗子,他说他会发这个功、那个气,科学仪器都检测不到。只要你相信,就会有神奇的功效。咱们只要请他拿出证据,立刻顾左右而言他。所以,活在现代的不少人,有时候还不如400年前的伽利略。

第三,我们这个世界不是静止不动的,而是处在不断变化运动中的。这个理念,就不再仅仅是一个科学理念,而是进一步获得了政治学和哲学的意义。为什么这么说呢?因为在所有的古代社会,主流思想观念都主张不变的是最好的。一个社会保持原状就是最好的。秦始皇希望自己的皇位传于二世三世,以至于万世;日本人觉得天皇是万世一系,象征国家精神永远不变;柏拉图说最理想的国家就像最美的画一样,多添一笔都是堕落。这些想法,其实背后都有着形而上学的基础,就是古人认为天地日月除了做圆周运动东升西落以外,其他都是不变的、永恒的,所以人间不变永恒,是最好的。所以古代社会是一个保守社会。但是现代社会则完全不一样。因为现代人从底层上知道了,宇宙一切都在不断变化运动,既然如此,那人类社会有什么理由保持不变呢?所以,从个体的层面上讲,不管是高考考个好大学,还是在社会上拼搏创业,我们每个人都希望通过自己的努力改变命运,而不是守着农村老家一成不变。从集体的层面上讲,一个国家、一个民族在受到内部的独裁压迫和外部的侵略进攻时,要勇于改变这个不公的世界,要开展革命,要不断进步。这些想法革新的背后,其实都是底层科学认知的革新。

从这个角度进一步讲,我们就更能明白,基础科学对世界的认知,对我们自身的人生观、世界观和价值观,会有着怎样的底层影响。人活在这个世界上,活在社会中,眼界和格局是受到自身生活经验限制的。中国老话讲得好,井蛙不可语海,夏虫不可语冰。你接触到的最高水平的人是你们村村长,那你就很难超越村长能达到的水平。但是,咱们普通人,也不可能随随便便跟各大名人交朋友。那么,要超越于自己周边人的格局,该怎么办呢?其实就是要多读书学习,学习科学知识,思考基础问题,思考宏大问题。如果你认知的规律不是仅对你们村有效,而是对整个世界乃至整个宇宙都有效的时候,那你的格局和视野就不会被村长限制,而是能胸怀大千,包罗万象。

一个人如此,一个社会、一个国家乃至整个人类世界也是如此。从这里,你就可以看出伽利略的伟大意义。他不是仅仅发现了几个新的星星,而是总结出了跟以前古代世界完全不同的一个全新世界观。我们刚才已经介绍过这个全新世界观里的三大基本原则,就是:宇宙的根本规律是数学,客观证据大于主观想象,运动变化是永恒法则。从此以后,人类把握了超越过去历史的最重要工具,也就是数学。数学能够让我们思考对整个宇宙都有效的规律,区区教会、王权在这面前,算得了什么?人类找到了让自己进步的最大方法论,也就是科学。科学就是用证据说话,只要你有证据,你就可以推翻之前的科学结论,这样就会有进步。人类还获得了打破过去一切陈旧观念的勇气,那就是认识到,世界本来就是流变不居的。既然世界本就如此,那么发起革命和改革,打碎不合理的旧世界,建立更加公正的新世界,也就是很自然的事。一代一代的仁人志士、革命伟人,才会在这样理想的激励下,为之奋斗。

伽利略的伟大就在于此,而他被教会嫉恨的根本原因也在于此。他把哥白尼的天文学理论上升为全新的世界观,也就从最根本的基础上撼动了教会统治的根基。教会虽然把他囚禁了,但他们无法囚禁这种全新的思想,全新的世界体系。一个现代社会正如红日冉冉升起在地平线上,蓄势待发,喷薄而出。

思想的革命和科学的革命相互交织,引领了现代世界的出现。这就把我们的目光转向了政治世界的变化。下一讲开始,我就为你介绍,人类是如何开启政治现代化进程的,它与技术进步又有着怎样的关系。好,我们下集再见。

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文章作者

张笑宇

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华东师范大学世界研究中心研究员,著有《技术与文明》《商贸与文明》《产业与文明》

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张笑宇·人类文明进步史

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