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转和一年一度的绕日回转。尽管他也让大家知道他个人的意见，但由于害怕教会的谴责，
他迟迟没有公开发表。他的主要著作《天体回转论》（DeRevolutionibusOrbiumCBlest
ium）是在他逝世那年（1543）出版的，附有他的朋友奥羡德写的一篇序，序里讲太阳中
心说无非是当作一个假说提出来的。哥白尼对这点声明究竟有几分认可固然不确实知道，
但他自己在书的正文中也作了一些类似的声明，所以这问题不大关紧要。这本书题献给
教皇，在伽利略时代以前逃过了天主教会的正式断罪。哥白尼生存时代的教会，和土伦
特宗教会议、耶稣会人以及复活的异端审判所发挥出作用后的教会相比，算是比较宽大
的。
哥白尼的著作的气氛并不是近代气氛，也许倒不如说它是一种毕达哥拉斯哲学的气
氛。一切天体运动必是等速圆周运动，这在他认为是公理；而且他也像希腊人一样，听
任自己为审美上的动机所左右。在他的体系中仍旧有“周转圆”，只不过其中心是太阳，
或说得确切一点，邻近太阳。太阳不恰在中央，这件事破坏了他的学说的单纯性。哥白
尼虽然对毕达哥拉斯的理论有耳闻，他似乎并不知道亚里士达克的太阳中心说，但是他
的理论当中没有丝毫东西是希腊的天文学家所不可能想到的。他的成就的重要处在于将
地球撵下了几何学位置独尊的宝座。从长远说，这一来基督教神学中赋予人类在宇宙间
的重要地位便难以归到人身上了。但是他的学说所产生的这种后果，哥白尼是不会承认
的；他的正统信仰很真诚，他反对认为他的学说与圣经抵触的看法。
哥白尼理论中有一些真正的困难。最大的困难是见不到恒星视差。假定位于轨道上
任意一点的地球，和半年后的地球所在点距离一亿八千六百万英里，这应当使恒星的外
观位置产生变动，正比如海面上的船只，从海岸某一点看来在正北的，从另一点看必不
会在正北。当时未观测到视差现象，哥白尼下了一个正确推断：恒星一定比太阳遥远得
多。直到十九世纪，测量技术才精密到能够观测恒星视差，而且那时候也只有少数最近
的星可以观测。
关于落体，又生出另一个困难。假若地球自西往东转动不停，从高处掉落下来的物
体不应当落在起始点的正下方一点，而该落在稍偏西一点才对，因为在下落时间内，地
球要转过一段距离。这个问题由伽利略的惯性定律找到解答，但是在哥白尼的时代，任
何答案还拿不出来。
有一本E．A．柏特（Burtt）写的饶有趣味的书，叫《近代物理学的形而上学基础》
（TheMetaphysicalEoundations oeMod－ernPhysicalScience）（1925），这本书
论述了创立近代科学的那些人所作的许多难保证的假定，讲得非常有力量。
他指出一点十分正确，就是在哥白尼时代，并没有既知的事实足以令人非采纳他的
体系不可，倒有若干个对此不利的事实。“当代的经验主义者假使生在十六世纪，会头
一个嘲笑这新宇宙哲学不值一谈。”这书总的目的是在表示：近代科学里的发现都是从
一些和中世纪的迷信同样无稽的迷信中偶然产生的幸运事件，借此贬低近代科学的声价。
我以为这表明对科学态度有误解。显出科学家本色的，并不在他所信的事，而在乎他抱
什么态度信它、为什么理由信它。科学家的信念不是武断信念，是尝试性的信念；它不
依据权威、不依据直观，而建立在证据的基础上。哥白尼把自己的理论叫作假说是对的；
他的敌派认为新的假说要不得，这是一个错误。
创立近代科学的那些人有两种不一定并存的长处：作观察时万分耐心，设假说时有
大无畏精神。其中第二种长处最早期的希腊哲学家先前曾有过，第一种长处在古代晚期
的天文家身上也有相当程度的表现。但是在古代人中间，也许除亚里士达克外，没有人
同时具备这两种长处，而中世纪的时候，更无人具备任何一种。哥白尼像他的一些伟大
的后继者，两种兼有。关于各天体在天球上的外观运动，用当时已有的仪器所能知道的
一切他全部知道；他并且认识到，地球每日自转一周这种讲法和所有天体旋转这讲法比
起来，是个较简便的假说。现代观点把一切运动看成是相对的，按这观点来讲，他的假
说产生的唯一好处就是单纯；但这不是哥白尼的看法，也不是他的同时代人的看法。关
于地球每年一度的公转，这里也有一种单纯化，不过不像自转的单纯化那么显著。
哥白尼仍旧需要周转圆，无非比托勒密体系所需要的少些罢了。新理论要等到开普
勒发现行星运动定律以后，才获得充分的单纯性。
新天文学除了对人们关于宇宙的想像产生革命性影响以外，有两点伟大价值：第一，
承认自古以来便相信的东西也可能是错的；第二，承认考查科学真理就是耐心搜集事实，
再结合大胆猜度支配这些事实的法则。这两点价值无论哪一点，就哥白尼讲都还不及他
的后继者们发挥得充分，但是在他的事业中，这两点都已经有了高度表现。
哥白尼向一些人传达了自己的学说，这里面有的是德意志的路德派信徒；但是当路
德获悉这件事，他极为震愤。他说：“大家都要听这么一个突然发迹的星相术士讲话，
他处心积虑要证明天空或苍穹、太阳和月亮不转，而是地球转。哪个希望显得伶俐，总
要杜撰出什么新体系，它在一切体系当中自然是顶好不过的罗。这蠢才想要把天文这门
科学全部弄颠倒；但是圣经里告诉我们，约书亚命令太阳静止下来，没有命令大地。”
同样，加尔文也拿经句“世界就坚定，不得动摇”（《诗篇》第九十三篇第1节），
把哥白尼一口骂倒，他叫喊：“有谁胆敢将哥白尼的威信高驾在圣灵的威信之上？”新
教牧师至少像旧教教士一样冥顽不灵；尽管如此，在新教国家不久就比旧教国家有了大
得多的思想自由，这是因为新教国家中牧师的权力较小的缘故。新教的重要一面不在于
树立异端，而在于分裂教派；因为教派分裂造成国家教会，而国家教会的力量够不上控
制俗界政权。这点全然是一种好处，因为无论何处，几乎对一切有助于增进人世间幸福
和知识的革新，教会只要能反对总要反对。
哥白尼提不出什么支持他的假说的确凿证据，因此长时期内天文学家否定这假说。
其次的一个重要天文家是泰寇·布剌（TychoBrahe，1546—1601），他采取折衷立场：
认为太阳和月亮环绕地球，但是各行星环绕太阳。至于理论方面，泰寇·布剌不大有创
见。不过，他给亚里士多德所谓的月球以上万物不变这个意见举出了两点正当的反对理
由。一个理由是1572年出现一颗新星，发觉这颗星没有周日视差，因此它一定比月球远。
另一个理由是从观测彗星得到的，发觉彗星也很遥远。读者会记起亚里士多德讲的嬗变
朽败限于月球下界的学说；这学说正像亚里士多德对科学问题发表的一切别的意见，到
底还是对进步的障碍。
泰寇·布剌的重要地位不是按理论家说的，而是按观测家说的；他先在丹麦国王奖
助下、后来在卢多勒夫二世皇帝奖助下从事天文观测。他制订了一个恒星表，又把许多
年间各行星的位置记下来。在他死前不久，当时还是个青年的开普勒做了他的助手。对
开普勒讲，泰寇·布剌的观测结果是无价之宝。
开普勒（1571—1630）是说明人假若没有多大天才，凭毅力能达到什么成就的一个
最显著的实例。他是继哥白尼之后采用太阳中心说的头一个重要天文学家，但是泰寇·
布剌的观测资料表明，太阳中心说按哥白尼所定的形式，不会十分正确。开普勒受毕达
哥拉斯哲学的影响，虽是个虔诚的新教徒，却有点异想天开地倾向太阳崇拜。这些动机
当然让他对太阳中心说有了偏爱。他的毕达哥拉斯哲学又引动他追随柏拉图的《蒂迈欧
篇》，设想宇宙的意义必定寄托在五种正多面体上。他利用这五种正多面体设想种种假
说；最后仗好运，有一个假说正管用。
开普勒的伟大成就是发现他的行星运动三定律。其中有两条定律是他在1609年发表
的，第三条定律发表于1619年。
他的第一定律说：行星沿椭圆轨道运动，太阳占居这椭圆的一个焦点。第二定律说：
一个行星和太阳之间的连结线，在相等时间内扫出相等面积。第三定律说：一个行星的
公转周期平方与这行星和太阳之间的平均距离立方成正比。
下面必须略说几句，解释一下这几条定律的重要意义。
在开普勒时代，前两条定律只能够按火星的情况来·证·明；
关于其它几个行星，观测结果和这两条定律也不抵触，但那种观测结果还不算明白
确立这两条定律。然而不久以后就找到决定性的证据。
发现第一定律，就是说行星沿椭圆轨道运动，需要有的摆脱传统的努力是现代人不
容易充分体会到的。所有天文学家无例外取得意见一致的唯有一件事，就是一切天体运
动是圆周运动，或是圆周运动组合成的运动。遇到用圆不够说明行星运动的情况，就利
用周转圆。所谓周转圆就是在圆上面滚动的另一个圆的圆周上一点所画出的曲线。举个
例子：拿一个大的车轮平放固定在地面上；再取一个小车轮，轮上穿透着一颗钉，让小
车轮（也平放在地上）沿大车轮滚动，钉尖接触着地面。这时钉子在地上的痕迹就画成
周转圆。月球对太阳而言，它的轨道大致属这类轨道：粗略地说，地球围绕太阳画圆，
同时月球围绕地球画圆。然而这不过是近似的讲法。随着观测精密起来，才知道没有一
种周转圆组配系统会完全符合事实。开普勒发现，他的假说比托勒密的假说跟火星的记
录位置密合得多，甚至比哥白尼的假说也密合得多。
用椭圆代替圆，从毕达哥拉斯以来一直支配着天文学的审美偏见就势必得抛弃。圆
是完美的形状，天体是完美的物体——本来都是神，即便依柏拉图或亚里士多德讲，和
神也有亲近关系。完美的物体必须作完美形状的运动，这似乎是明显的事。况且，既然
天体未被推也未被拉，自由地运动，它们的运动一定是“自然的”。可是容易设想圆有
某种“自然的”地方，在椭圆就不好想像。这样，许多根深蒂固的成见先须丢掉，才能
够接受开普勒第一定律。古代的人连萨摩岛的亚里士达克在内，谁也不曾预见到这种假
说。
第二定律讲行星在轨道的不同点上的速度变化。设S表示太阳，P1，P2，P3，P4，P
5表示在相等的时间间隔——譬如说每隔一个月——行星的相继位置，开普勒的这条定律
说P1SP2，P2SP3，P3SP4，P4SP5这几块面积全相等。所以行星离太阳最近时运动得最快，
离太阳最远时运动得最慢。这又太不像话；行星应该威严堂堂，决不能一时急促，一时
拖懒。
前两条定律单另讲每个行星，而第三定律把不同行星的运动作了比较，所以这条定
律很重要。第三定律说：假设一个行星与太阳之间的平均距离是r，这行星的周期是T，
那么r3被T2除得的商，在不同的行星是一样的。这条定律证明了牛顿的万有引力平方反
比律（仅就太阳系说）。但是这点我们以后再讲。
可能除牛顿以外，伽利略（1564—1642）要算是近代科学的最伟大奠基者了。他大
约就诞生在米凯兰基罗逝世的同一天，而又在牛顿诞生那年逝世。我把这两件事实推荐
给还信生死轮回的人，（假使有这种人）。伽利略是重要的天文学家，但他作为动力学
的始祖，或许更重要。
伽利略首先发现·加·速·度在动力学上的重要性。“加速度”的意思即速度变化，
不管速度大小的变化还是速度方向的变化；例如沿圆周作等速运动的物体时时有一个倾
向圆心的加速度。用伽利略时代以前素来习惯的用语，不妨说无论是地上或天上，他都
把直线上的等速运动看成是唯一“自然的”运动。早先一直认为天体作圆周运动、地上
的物体沿直线运动，是“自然的”；但又认为地上的运动物体若听其自然，会渐渐停止
运动。伽利略一反这种意见，认为一切物体如果听其自然，都要沿直线按均匀速度运动
下去；运动快慢或运动方向的任何变化，必须解释成由于某个“力”的作用。这条定律
经牛顿宣布为“第一运动定律”，也叫惯性定律。后面我还要再讲到它的旨趣，但是首
先关于伽利略的各种发现的详情必须说一说。
伽利略是确立落体定律的第一人。只要有了“加速度”概念，这定律单纯之至。定
律说，物体在自由下落当中，若把空齐阻力可能产生的影响除外，它的加速度是始终如
一的；进一步讲，一切物体不问轻重大小，这个加速度全相同。直到发明了抽气机后，
才可能给这条定律作完全证明，抽气机的发明是大约1654年的事。从此以后，便能够观
察在几乎等于真空的空间里下落的物体，结果发现羽毛和铅落得一般快。伽利略当时所
证明的是，大块和小块的同种物质之间没有测量得到的区别。直到他那个时代，向来以
为大铅块总比小铅块落得快的多，但是伽利略用实验证明这不合事实。在伽利略的时代，
测量技术并不是像后来那样的精密；尽管如此，他仍然得出了真实的落体定律。假设物
体在真空中下落，它的速度按一定比率增大。在第一秒末，物体的速度是每秒32英尺；
第二秒末是每秒64英尺；第三秒末，每秒96英尺；依此类推。物体的加速度，即速度的
增加率，总是一样；每过一秒钟，速度的增加（大约）是每秒32英尺。
伽利略又研究了子弹飞行问题，这对他的雇主塔斯卡尼公说来是个重要的问题。向
来认为水平发射出去的子弹，暂时间沿水平方向运动，然后突然开始垂直下落。伽利略
证明，撇开空气阻力不计，水平速度要遵从惯性定律保持不变，不过还要加上一个垂直
速度，这速度按照落体定律增大。要想求出子弹飞行一段时间以后某个短时间（譬如说
一秒钟）内的运动情况，可采取以下步骤：首先，假令子弹不往下落，它会走一段和飞
行的第一秒钟内走过的水平距离相等的水平距离。其次，假令子弹不作水平运动，只往
下落，那么它就会按照与飞行开始后的时间成正比的速度垂直降落。事实上，子弹的位
置变化正好像子弹先按起始速度水平运动一秒钟，然后再按照与飞行已经历的时间成正
比的速度垂直降落一秒钟那时应有的位置一样。由简单计算知道，结果形成的子弹路径
是一条抛物线，把空气阻力的干扰部分除外，这点可由观察证实。
以上所讲的是动力学中一条效用极广的原理的一个简单实例，那是这样一条原理：
在几个力同时作用的情况下，其效果同假令各力顺次作用相同。它是一个叫作“平行四
边形律”的更普遍的原理的一部分。举例说，假设你在一只进行中的船的甲板上，横穿
甲板走过。当你走的时候船已往前进了，所以你对于水来说，你既顺着船运动的方向往
前动了，也横过船行的方向动了。你假若想知道对于水面说你到达了什么位置，你可以
设想起先在船进行当中你立定不动，然后在一段相等时间内，你横着走过船而船不动。
同一个原理对于力也适用。这一来，便能够求出若干个力的总效果，并且若发现运动物
体所受的几个力的各自的定律，便也可能分析物理现象了。创始这个极有效的方法者是
伽利略。
在以上所说的话里，我尽量使用接近十七世纪的用语。现代用语在一些重要方面与
此不同，但是为说明十七世纪的成就，宜暂且采用当时的表达方式。
惯性定律解开一个在伽利略以前哥白尼体系一直无法解释的哑谜。前面谈过，假如
你从塔顶上丢落一块石头，石头落在塔脚下，并不落在塔脚略偏西的地方；然而，如果
说地球在旋转着，那么在石头下落当中它本应该转过一段距离才是。所以不如此，理由
就在于石头保持着在丢落以前和地面上其它一切东西共有的那个旋转速度。实际上，假
使塔真够高，那就会出现与哥白尼的敌派所推想的恰相反的结果。塔顶因为比塔脚更远
离地心，运动得快些，所以石头应该落在塔脚稍偏东的地方。不过这种效果太小，恐怕
测量不到。
伽利略热心采纳太阳中心体系；他与开普勒通信，承认他的各种发现。伽利略听到
有个荷兰人最近发明了一种望远镜，他自己也制了一架，很快就发现许多重要事情。他
发现银河是千千万万颗单个的星集合成的。他观察到金星的周相，这种现象哥白尼原先
知道是他的学说的必然推论，但是凭肉眼无法辩识。伽利略发现木星的各个卫星，为对
他的雇主表示敬意，他给这些卫星取名“sideramedicea”（梅狄奇家之星）