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比较视野下的中国古代天文理论的探讨

已有 8861 次阅读 2012-6-28 10:35 |系统分类:科研笔记| 中国古代, 天文学

《科学文化评论》第八卷第3

 

 

比较视野下的中国古代天文理论的探讨

 

 

宁晓玉

 

 

摘要  本文探讨了中国古代几个重要的天文问题,分析了中国古人在宇宙论问题上所面临的困难及其解决方案,并和古希腊的情形进行了比较。在此基础上认为:中国古代学者在一些重大的天文理论问题上也进行了卓有成效的探索,只是由于种种原因,他们的探索不像希腊人那样持续和周密。

关键词  浑天说和盖天说  左旋说和右旋说  古代天文理论

 

作者简介:宁晓玉,中国科学院自然科学史研究所副研究员,主攻中国古代天文史。

 

 

现代科技文明已经主导了人们的生活,并给人们创造出极大的便利和丰富的物质。此时,人们往往会厚今薄古,认为中国古代的科学技术太落后,和现代的有天渊之别;当人们认识到现代科技文明的源头在西方,更具体一点说是在古希腊时,人们又不免厚彼薄此,把中国传统的科技批得一无是处。这两种心理因素合在一起,会对中国古代科技文明的认识和评价产生非常不利的影响。20世纪七八十年代,当中国科学史研究以弘扬中国古代的科技成就、发掘中国科技的世界第一、增强民族自豪感为价值取向时,这种不利影响尚不明显。但是现在,中国科学史研究价值趋向多元化,其不利影响就表现得比较突出了。当前对中国古代有无科学的质疑和激烈辩论,很大程度上是站在现代科技文明的基础上,拷问中国古代文化中的理性成分和中国古代学者的智力生活。优越的生活条件、丰富的知识储备往往会使今人忘记古人的历史语境,在理解和评价古人时不免带有一种先天的优越感,而这恰恰是科学史研究需要极力避免的一种倾向。法国科学思想史家柯瓦雷曾经不止一次地告诫过科学史家:

科学思想史,就我的理解以及我据此努力实践而言,旨在把握科学思想在其创造性活动的过程本身中的历程。为此,关键是要把所研究的著作置于其思想和精神氛围之中,并依据其作者的思维方式和好恶偏向去解释他们。必须抵御这种诱惑——已经有太多的科学史家陷于这种诱惑之中——即为了使古人经常晦涩、笨拙甚至混乱的思想更易理解而将其译成现代语言,尽管澄清了它却也歪曲了他。[柯瓦雷 1997137]

对于中国古代天文学,辉煌的历法成就是被普遍接受和承认的。至于说到天文理论问题的探索和成就,一般的看法是中国传统天文学缺乏理论探索的成分。讲究实用、缺乏理论遂成为针对中国古代天文学的定论。但是抛开一些民族虚无主义情绪,以及过于强烈的辉格史研究倾向,仔细考察中国古代学者在一些天文理论问题上所付出的努力、所取得的成果、所面临的困难以及所处的社会环境和文化氛围,我们便会对中国古代学者在天文学理论方面的成就形成较为客观、公正的理解和看法。“历史学家检讨过去的错误,以作为将来的警戒。但同时也要忠告读者,保全有价值的事物”[Goodrich 2006, p. 224]如果我们希望中国古代对天文理论问题的探讨给中国现代科学的发展提供某些借鉴和警示,那么由此形成的历史经验和教训才是真正有价值的东西。

 

一 中国古代天文学所提出的问题

 

中国古代天文学提出了许多有价值的理论问题。最为人所熟知就是中学课本中就讲到的“两小儿辩日”的故事。

孔子东游,见两小儿辩斗,问其故。

一儿曰:“我以日始出时去人近,而日中时远也。”

一儿曰:“我以日初出远,而日中时近也。”

一儿曰:“日初出大如车盖。及日中,则如盘盂,此不为远者小而近者大乎?”

一儿曰:“日初出沧沧凉凉,及其日中如探汤,此不为近者热而远者凉乎?”

孔子不能决也。两小儿笑曰:“孰为汝多知乎?”

简单的故事情节却提出了一个复杂的天文现象。不必说,两千多年前的孔子被问得哑口无言;即便是今天,要解决两小儿的矛盾也不是三言两语就可以说得清的,需要利用天文、气象、光学和几何学知识才能给出完满的答案。

屈原《天问》已经成为了千古奇文。东汉王逸为《天问》作注时曾认为:屈原遭流放时,在山间无意中发现了许多楚国先王宗庙祠堂中的壁画。壁画涉及很多内容,包括天文、地理、四方奇闻逸事,以及春秋以前楚国的历史。愤懑中的屈原受壁画触动,写下了这首气势恢宏的《天问》篇。《天问》中对天的问询如下:

遂古之初,谁传道之?

上下未形,何由考之?

冥昭瞢,谁能极之?

冯翼惟像,何以识之?

明明闇闇,惟时何为?

阴阳三合,何本何化?(宇宙起源和演化的观念——笔者注,下同。)

圜则九重,孰营度之?

惟兹何功,孰初作之?

斡维焉系,天极焉加?

八柱何当,东南何亏?

九天之际,安放安属?(天地结构和其物理机制的探索)

隅隈多有,谁知其数?

天何所沓?十二焉分?

日月安属?列星安陈?

出自汤谷,次于蒙

自明及晦,所行几里?(日月的运行)

夜光何德,死则又育?(月相的变化)

根据王逸的说法和《天问》对宇宙的设问(涉及宇宙的起源、天地结构、天体运动及其运动原因、月相的变化等问题)[陈美东2003,页78],《天问》不仅仅是诗人浪漫瑰丽想象的结果,还是对中国古人思考的宇宙普遍问题的诗意表达,或者至少是两者结合的产物。《天问》中的天文问题被后世的一些学者继承着和探索着,如宋代的朱熹、明清时期的王锡阐和梅文鼎等。

中国古代天文理论所要解决的首要问题也是天地结构和日月五星的运动,这和古希腊天文学的情形基本一致。对天地结构的探讨表现为“浑天说”和“盖天说”的争论,对日月五星运动的解释则表现为“左旋说”和“右旋说”的对立。这两个问题相辅相成,从两汉到明清时期的近两千年的时间中,被不同的学者讨论着。

考察中国古人探索这些问题的细节,并不是想看他们有没有给这些问题提供正确的答案,或者说是中国古代天文有没有与现代天文学理论取得某些一致,而是要理解中国古代学者在处理这些理论问题上遇到了什么样的困难,他们做出了怎样的解释和论证,在他们的知识范围内,这些解释和论证有多大的合理性。并且,只有把中国的情形和和古希腊的进行比较,才能突出两者在为这些问题寻求答案时存在什么样的差异。本文将以中国的宇宙论问题为例来初步回答以上问题。

 

二  中国对宇宙理论的探讨

 

对于日心学说诞生之前的古代人来说,他们观察到的天象和现代人看到的没有两样:整个天球包括恒星、日月五星以及天上那些看不见的标志点如:黄极、春分点等都在以24小时一周的速度自东向西做周日旋转,旋转轴指向南北极;日月五星不仅做周日旋转,同时它们在恒星背景上又缓慢地自西向东运动,这种东行运动又各自不同:日有快慢变化,月不仅有快慢而且有月相变化,五星有迟疾留退的变化。古今观察者不同之处是:古代人对地球运动的概念全然不知。对于没有地球运动观念的古人(无论是古希腊人还是中国人),要解释日月五星运动的每一种运动都面临着极大的困难。以天体的周日运动来说,遥远庞大的天体怎么可能会以24小时一周的速度高速旋转,并且这种旋转还是那样地整齐划一?

要解决这个问题,设计一个完全透明、内部镶嵌着恒星、五星的球壳或者是半球壳,并且让这个巨大的球或者半球以24小时一周绕南北极旋转的模型是最容易、也最直观的办法。古代中国和希腊在这个问题上走着几乎相同的路径。中国最古老的盖天说认为:

天圆如张盖,地方如棋盘。

天形南高而北低,日出故见;日入下,故不见。天之居如倚盖,故极在人北,是其证也。极在天之中,而今在人北,所以知天之形如倚盖也。

由东汉张衡发展完备的浑天说则认为:

浑天如鸡子,地如鸡中黄,孤居于内,天大而地小。

周天三百六十五度四分度之一。又中分之,则一百八十二度八分之五,覆地之上,一百八十二度八分之五,绕地之下。故列宿半隐半现。其两端谓之南北极,北极乃天之中也,在正北,出地上三十六度,然则北极上规径七十二度,常见不隐;南极天之中也,在南,入地三十六度,南极下规七十二度,常伏不见,两极相去一百八十二度强。赤道横天之腹,在南北二极各九十一度十六分度之五。

盖天说和浑天说一开始就争论不休、辩难不止。关于两家学说的内在矛盾和困难以及两派辩难的历史,过去有很多人做过研究 [钱宝琮1958; 薄树人2003a,页6369; 陈美东1984]。有一点可以肯定,这两个在中国天文理论占主流学说中,都没有明确提出地圆的概念。至于中国历史上是否出现过地圆学说也没有足够的证据来定论 [薄树人2003b,页519524; 金祖孟1985; 李志超、华同旭1986]。有一个事实可以充分说明地圆观念不被明末的学者所知。当耶稣会士利玛窦把确凿不疑的地球概念以及由此绘制出来的《山海與地图》展现给中国明代的士大夫时,他们大为折服,竞相传播。利玛窦为此感到十分惊讶,他说:“他对中国整个思想界感到震惊,因为几百年来,他们才从他那里第一次听到地是圆的”[林金水1985,页30]。传入的地圆说在明清时期引起的争论和影响,读者也可参看该文。由此至少可以断言:即使中国历史上有过地圆的概念,这一概念也没有被广泛传播,成为构建中国天文理论的基石。

解决了众星的周日运动问题之后,随之而来的就是日月五星在恒星背景下的诡异行迹。上述提到的日月五星缓慢的东行运动在现代天文学中就是指行星的轨道运动。能够把轨道运动和周日运动区分开来,在古代天文学的发展上是一个不小的进步。中国古代区分这两种运动最早的确切年代已经不可考,但春秋战国时期的人已经利用岁星约12年一周天的规律创立了岁星纪年法,以此推断,中国古人在春秋战国以前就知道了行星的轨道运动。轨道运动为理解天体的运动带来了新的困难:行星怎么既能往西落,又能往东行呢?

中国提出了两种解决方案,即左旋说和右旋说。左旋说的产生,当不晚于西汉。

列宿日月皆西移,列宿疾而日次之,月最迟。故日与列宿昏俱入西方,后九十一日,是宿在北方,又九十一日,是宿在东方,九十一日,在南方。此明日行迟于列宿也。月生三日,日入而月见西方;至十五日,日入而月见东方,将晦,日未出,乃见东方。以此明月行之迟于日,而皆西行也。[宋书·天文志, 卷一]

在主张左旋说的人看来,日月五星向东的运动,不过是它们向西运动比恒星天慢的结果,并不是它们真的在向东行。

右旋说最早是由盖天家提出的。在他们看来,固体的天穹罩着大地,其上镶嵌着恒星。天穹自东向西带着恒星作周日运动。日月、五星只是附在天穹上,并不是固定在天穹上。

天旁转如推磨而左行,日月右行,随天左转。故日月实东行,而天牵之以西没。譬之于蚁行磨石之上,磨左旋而蚁右去,磨疾而蚁迟,故不得不随磨以左焉。[晋书·天文志上]

盖天家提出来的右旋说后来被浑天家所接受,只是在浑天说那里,天穹变成了完整封闭的整球,包地于其内,恒星镶嵌在球的内侧,跟随天球一起向西运动,日月五星皆依黄道向东运动。无论是盖天说中的天穹,还是浑天说的整球,都是一层薄薄的球壳,恒星和七曜都在上面运动,没有远近之分。无论是左旋说还是右旋说,在解释日月五星相对于恒星背景的运动方面,两者是等效的,可以说日每天相对于恒星东行一度,也可以说日每天西行不及恒星一度。

两派学说同样都有缺陷。右旋说不能解释日食现象,因为日食发生是因为月掩日,月能掩日则说明月在日之下。月在日下,则月必然不能附着于天球,因此月如蚁附磨石就不能成立了。没有天球的拖拽作用,日月五星怎么能整体划一地东升西落呢?也许正是由于这个原因,中国古代尽管有大量的日月食记录,月掩星和行星互掩的记录,也大体上知道这些现象背后的原因,但却一直没有明确提出日月五星离地球有远近的观念。左旋说根本不用考虑日月五星是否附着于天,仅凭天球与七曜运动速度的差异就可以解释其运动“左中有右”的现象。但是,随之而来的却是更多的矛盾:冬天太阳将升于东南而没于西北,夏天太阳将升于东北而没于西南,这显然和天文事实相违背。再有,太阳、月亮的运动迟疾变化是周期性的,如果以其周日运动为真正的运动,那么一天之内决不能发生太阳和月亮运动有什么周期性的变化。明确地说,左旋说还没有把行星的两种运动完全区分开来。因此左右旋说都存在着深刻的内在矛盾。

东汉时期的李梵、苏统已经提到“月行当有迟疾”,并且认为这是因为月行轨道与人的距离有远近造成的。刘洪在造乾象历时就制定了月离表来准确描述月亮这种变化。从发现这一现象到这项观测结果进入历法前后差距不过百年。北齐时期张子信在海岛上观测30年,终于明确提出“日行在春分后则迟,秋分后则速”的说法,同时他还指出五星的运动也是不均匀的。张子信对这些现象的原因也进行了大致的理论解释,他说:

五星行四方列宿,各有所好恶。所居遇其好者,则留多行迟,见早;遇其恶者,则留少行疾,见迟。[陈美东 2003,页301]

大约20年之后,隋代的刘孝孙、刘焯、张胄玄就把张子信的三大发现引进了历法之中。但是中国宇宙理论对日月五星的前两种运动尚没有解决好,其他的细微运动也就未及考虑。更遗憾的是,三国两晋时期“浑、盖及宣夜,三说并驱,平、昕、安、穹,四天沸腾”[陈美东 2003,页231] 的热闹局面已经一去不复返了。在此后的600年时间中,中国历法有了突飞猛进的发展,前后制定和颁布历法达50多部,有大业历、皇极历、大衍历等优秀的历法产生;而中国的宇宙理论却无人问津。

北宋到明中期,邵庸、张载、朱熹等理学家从哲学研究的需要出发,继续讨论着左右旋的话题。到明代中期,他们这种气旋说结合左旋说的宇宙论已经颇具特点。但是没有哪一家学说能够明晰地解释行星的运动,反而是中国传统宇宙论理论和事实相脱节的缺陷,在这些理学家手里被发展得更突出。[宁晓玉2009,页155]

明清时期,随着西方天文学知识在中国的广泛传播,天体分层的概念对中国人思想的冲击和地圆学说所产生的影响相差无几。明清时期的历算家在纷纷接受这一观念之余,还不忘这种学说据为中国古代所有。著名历算家王锡阐和梅文鼎分别说:

《天问》曰:“圜则九重,孰营度之?”。则七政异天之说,古必有之。近代既亡其书,西说遂为创论。[王锡阐1998,页596]

屈子《天问》:“圜则九重,孰营度之?”则古有其语矣。七政运行各一其法,此其说不始西人也。[杨小明2003,页356]

梅文鼎和王锡阐的话如出一辙,最终都把“七政异天”的思想追溯到了屈原的《天问》篇。但是可以肯定的是,明清时期的大多数学者接受的是西方明确清晰“七政异天”观念和地圆学说,并在此基础上开始新一轮“左旋说”和“右旋说”的讨论。[宁晓玉 2009,页156] 此时学者们之间的分歧不亚于以往:王锡阐撰写的《日月左右旋问答》被研究者认为是关于左右旋问题讨论的总结之作 [陈美东 1997,页157],但是在该文中,王锡阐除了用几条观测证据证明日月运动是右旋之外,并没有试图去解决右旋说内在的矛盾;而在他的《五星行度解》中,王锡阐接受了第谷体系,并在此基础上对五星运动,包括以上提到的两种运动和日月五星的迟疾留退现象给出了清晰明确的解释;而梅文鼎则不同,他在吸收“七政异天”的基础上创建了新的模型来解决传统的左旋说与观测事实上的抵牾 [杨小明 2003,页351360]。这一时期对宇宙论的讨论出现了把更多的天文观测事实纳入理论体系之内的倾向,这不能不说是受西方天文学影响的结果。

 

三  与古希腊宇宙论探讨的比较

 

不与古希腊的情况作比较,就不会体会中国古人在解释天体运动所面临的困难,也不会认识到中西双方在探索宇宙真实图景的道路上究竟有怎样的分歧。在古希腊,地圆观念经过经验证明,已经被毕达哥拉斯及其弟子们所普遍接受。基于地圆说,毕达哥拉斯学派描绘了这样一个天空体系:

关于天空体系,他们描绘了一个到处栖居着人的圆形地球,被各携带一个天体的同轴透明球体所围绕。最里面的球体携带着月球,它显然比其他天体更接近地球。最外面的球体携带着恒星。而中间的各球体携带着水星、金星、太阳、火星、木星和土星。[罗杰斯 1989,页41]

这是毕达哥拉斯对天空体系的安排,整个天球的周日运动是由恒星球层的带动所引起的。这种层层包裹的分层天球体系,在古希腊哲学家巴门尼德那里已经初见端倪。[Dreyer 1953, p. 21]

在公元前5世纪甚至更早,希腊人就能区分行星的两种运动。柏拉图的《蒂迈欧篇》明确记载了这一区分——“沿同一圈的运动”和“沿另一圈的运动”,而且还提到了《理想国》中忽视了的一点,即另一圈的运动,也就是黄道的倾角[劳埃德2004,页82]。古希腊的先哲们为此也大费脑筋,而且他们面临着比中国古人更大的困难:既然行星不能附着在恒星天球上,那么它们如何参与恒星天的运动呢?柏拉图之前的毕达哥拉斯及其学派的其他成员为此提出了三种解决方案,他们认为:

恒星的外球层一昼夜旋转一周,其他球层的运转稍慢以表明太阳、月亮和诸行星的迟滞行程。……携带着各行星的一些旋转球体是按照其转速排列的:土星的运动速度几乎同恒星一样快,三十年才之后一圈,被安排在众恒星的紧内侧;然后是木星、火星、太阳;金星和水星则恰好安排在太阳的内侧与外侧。他们侥幸地猜中了这一按速度的安排。[罗杰斯 1989,页41]

毕达哥拉斯的学生费勒劳斯显然不能接受老师的理论,他认为巨大的球层带动星体运动看起来是那样的不和谐,它不能符合简单性原理。

费勒劳斯记下了这样一种观点:在宇宙中心的不是地球而是一团火——“众神的了望塔”——而地球每日在一条小轨道上绕这团火旋转,地球上被人类居住的部分总是背离这团火。地球的这一周日运动是众星通过天空运动的原因。最外层的明澈球体可以是静止不动的。[罗杰斯 1989,页44]

于是地球运动免去了巨大天体的快速转动,行星东行则是与地球同方向转动的各层天球的缓慢转动而引起的,它们各自独立,互不干扰。费勒劳斯的假说最终将行星运动从周日运动中区分了初来。

晚期的毕达哥拉斯学派甚至走得更远,他们放弃了中央火,用地球的自转来说明周日运动。总之,毕达哥拉斯学派在这个问题上的追问取得了很大的进步:明确了地体是圆形的观念,排出了接近于宇宙真实图景的行星序列,提出了地球自转假说。

毕达哥拉斯学派的前两个成就都为柏拉图所接受,但是地球运动的假说既没有经验证据,又极大地违背常识,柏拉图拒绝了这一假说。到柏拉图时代,对日月五星观察又有了新的进展:知道了四季长短不一,行星的迟疾留退等现象。这又增加了新的问题,使得从地静系统解释行星运动变得更加困难。柏拉图牢记着苏格拉底对天文学的训诫:“如在几何学中一样,我们研究天文学也要从问题出发。”这是一种激进的改革,它改变了以后希腊天文学的发展路径。本着这种对天文学发展的看法,柏拉图系统地阐述了一个特殊问题,即行星运动问题,在此后几个世纪,它将成为天文学家的首要问题。针对这个问题的解决,柏拉图还提供了自己的思路:也就是“如何组合几种匀速的圆周运动以合成一种与所观测的行星运动相符合的运动[劳埃德2004,页82]?”虽然后来开普勒放弃了圆周运动的要求,但对行星视运动的解释仍是牛顿时代之前天文学的主要问题。

欧多克斯为柏拉图的挑战提供了第一个解决方案。欧多克斯的体系设计了一套巨大的同心球,就像是以层层外皮包裹起来的洋葱头。他总共用了27个球体,每一颗行星用四个球,月亮和太阳各三个,再外加一个恒星球体。不同球层的合成运动就产生了行星在星空背景上的留、退现象。后来他的学生卡利普斯又增加了几个球层给太阳和月亮,以解释四季不等的观测事实。

    这个体系整体上显示出高超的数学技能。它在没有打破柏拉图只假定简单圆周运动的规则的前提下,就相当成功地解释了很多种现象。考虑到当时掌握的几何学手段,设计一些球面的组合以产生一条与行星带圈的运动相符的曲线,这真是一个创举。[劳埃德 2004,页88]

可是这一理论不仅对日、月不均匀运动无能无力,即使是在解释行星运动这个最有成就的方面,它的缺陷也是显而易见的。欧多克斯的模型是纯数学的,没有资料说明欧多克斯是如何认识这些同心球壳的性质的,也没有说明这些运动究竟是怎么引起的。

欧多克斯模型的下一个修正者是亚里士多德。

亚里士多德却是一个生活在实在世界中的自然主义者,并且,他坚持探索天体运行的物理学原因。幸运的是,通过采用欧多克斯的数学模型,他很快就发现了方便之门。他试图在这个数学模型中引进力学机制,以讨论最外层的球如何把运动传递到月亮下方的区域。为此,亚里士多德把球增加到了55个,并且把这些球改成了物理实体。”[Hoskin 1997, p. 36]

亚里士多德的物理学在很长一段时间是自然界和天界的运动唯一的解释,他的观点、思想很快成为权威,并被翻译成各种文字印刷和传抄。亚里士多德给天体运动提供的物理学解释也成为唯一的尝试,并且由于和基督教神学的结合,在以后的一千多年中,很少有人敢于去触碰它。

古希腊还存在着一个更具革命性的假说,那就是阿里斯塔克的日心说。在他的理论中,太阳和恒星固定不动,地球不仅自转,而且绕太阳公转,月亮则绕地球公转。但是阿里斯塔克没有建立起一个明确、全面的天文体系,而仅仅提出了一种解决行星运动的可能方法,而且它严重违背常识和亚里士多德的物理学:如果地球自转,为什么垂直射出去的箭会落回原地,天上的云彩不往后飘?为什么高速旋转的地球不会四分五裂?更为关键的是,如果地球绕太阳公转,为什么不能观测到恒星的周年视差?于是,这个理论渐渐被西方世界遗忘了。

如果把古希腊的理论同中国的进行对比,只考虑行星两种类型的运动,那么到欧多克斯和亚里士多德,希腊人已经解决了行星的运动问题。托勒密是希腊天文学的集大成者,他发展起来的高度精密和复杂的本轮均轮模型拯救了更多的观测事实:四季长短不等,月亮的两种差(中心差和出差)、行星的亮度变化和迟疾留退现象。托勒密的理论是对如何用圆周运动来解释各类现象这一问题的最后解答。

在古希腊人那里,本轮、均轮机制被熟练地用来解释天体的很多不同的无规则运动。通过改变两轮的大小和旋转方向,不同的效果都可以模拟出来;通过本轮上再加本轮,再复杂的运动都能产生。这个机制一直都是所有定量描述行星运动理论的基石,直到开普勒的时代。[Linton 2004, p. 48]

到了15世纪中叶,天文学家对托勒密体系困难已经有所认识:日益增多的本轮让这个系统看起来太过复杂。托勒密体系的困难是整个地静系统积累起来的困难,它促使人们努力对托勒密体系进行根本的改革。

最终,哥白尼向托勒密体系提出了质疑。在哥白尼看来,托勒密使用偏心圆和对位点意味着背离了古希腊为圆周运动设立的两条基本原则。为了严格遵守这些准则,哥白尼转而求助于比托勒密更为古老的阿里斯塔克的日心说。重新被提起的“日心说”打破了地心理论延续了上千年的传统,“一个自旋着的地球就不再需要带着众星的一个旋转着的碗了。众星不需要碗,它们可以以‘任何的’大距离悬挂在天空中,并且如果是任何的也许就是许多不同的距离,这就把众星推到天国的更遥远的区域。”[罗杰斯 1989,页96]直到哥白尼,日月五星运动的所有矛盾才算得到了合理的数学上的解决:行星的周日运动是因为地球的自转,它和行星的轨道运动是两个独立运动,所以既不像古希腊那样需要恒星天的携带,也不像中国那样,需要“磨”的拖拽,古往今来在地球上观测到的行星的古怪表现,是两者运动叠加后的效果。

哥白尼的成功带来了物理学上的困难,阿里斯塔克面临的难题哥白尼同样难以回答。在哥白尼重提地动观念之前,本轮均轮模型在解释天体运动方面是如此成功,以至于西方天文学家相信某种几何学模型就可以解决天体运动的所有问题,至于这些轮子在物理上是否真实,天体的各种运动如何传递,则是无需考虑的事情。

为了创造一个好理论,我们必须掌握简单的基本原理或假定,我们还必须能从该原理或假定中得出一个非常合理地与天象相符的体系。一种理论的使用价值以及人们对它的喜好都取决于其原则的简易性和与天象的紧密相符。人们也期望在假设方面取得成果,但这常常与简易性和精确性分不开。对于古希腊思想和对于今天许多科学思想来说,一个好的理论是一个能精密地保存所有现象的简单理论。判断是否是一个好理论,要问‘它是非常简单易懂吗?’和‘它能极完整地保存现象吗?’假如我们又问‘它是真实的吗?’,[]这可不是正确的要求。[罗杰斯1989,页49]

这就是古希腊数理天文学的基本思路,并且在以后的西方天文学发展中,这种研究思路一直占据主流地位。在哥白尼之后,尤其是随着哥白尼学说逐渐地被更多的学者所接受和讨论,地球运动所带来的物理学上的困难成了不可回避的新问题。新天文学呼唤新物理学的诞生。

 

 

 

就古代中国和希腊在行星运动问题上的比较来看,中国学者的思考显然不如古希腊的周密、系统。难怪一些科学史家批评道:

就宇宙模型而论,不论是托勒密地心体系,哥白尼日心体系,还是第谷地心、日心折衷体系,都远比中国的代数学体系要先进。因为它们都不同程度地接触到太阳系运动的真相,不论是对于地球形体,还是太阳系的结构和运动机制的认识,中国传统天文学都无法企及。[樊洪业、王扬宗 2000,页35]

话虽尖刻,却也是实情。但是无论怎样也不能抹杀中国人在这些问题上所付出的努力:他们同样提出了这个重大的理论问题,也同样尝试着给它提供合理的解释,同样在努力追寻宇宙的真实图景。

只是双方努力的结果有所不同:古希腊在这个问题上目标明确、层层推进,在经历了一千多年的发展和探索之后,确立了哥白尼日心学说的地位,产生了开普勒的行星三定律,发展出了牛顿的万有引力定律,导致了近代科学的诞生。以直线前进的历史眼光来看,古希腊的哲学家和天文学家一直都把行星运动看做是首先要解决的问题,即便是在托勒密之后一千多年的停滞时期,在阿拉伯世界,还有大批阿拉伯天文学家继承和发展着托勒密体系;在中世纪,也有经院哲学家在亚里士多德体系中考虑着天体运动的力学机制问题。

与古希腊对比,中国在宇宙理论的探讨上似乎处于模糊、散乱和时断时续的状态。至于一些最基本的事实概念,如地圆观念、天体距离地球有远近的思想,中国古代似乎也曾经产生过,却没有明确提出来,至少没有被广泛、深入地讨论过。中国的左右旋说存在着根本性的矛盾,可是后继者不着眼于理论和观测事实之间的矛盾,进行更深入地思考,而是浅尝辄止或是附会一些“天人感应”一类观点加以敷衍。明末清初时期的学者李之藻、徐光启对造成中国天文历法这种局面早有深刻的认识。虽说他们的议论看起来也只是针对历法而言,但用来反思中国天文理论的探讨则更加切合。李之藻道:

盖缘彼国不以天文历学为禁,五千年来,通国之俊,曹聚而讲究之。窥   测既核,研究亦审。与吾中国数百年来,始得一人,无师无友,自悟自是,此岂可以疏密较者哉?[李之藻1933]

徐光启说道:

    唐虞邈矣,钦若授时,学士大夫罕言之。刘洪、姜岌、何承天、祖冲之  之流,越百载一人焉,或二三百载一人焉,无有如羲和仲叔极议一堂之上者,故此事三千年以还忞忞。……先生尝为余言:西士之精于历,无他谬巧也,千百为辈,传习讲求者三千年,其青于蓝而寒于水者,时时有之,以故言理弥微亦弥著,立法弥详亦弥简。余闻其言而喟然。以彼千百为辈,传习讲求者三千年,吾且越百载一人焉,或二三百载一人焉,此其间何工拙可较论哉!”[徐光启 1963,页72]

这也有社会、文化和历史的原因。对于西方天文学来说,毕达哥拉斯学派对行星运动的关注和卓有成效的思考,柏拉图对天文学研究路径的改变以及对西方天文学需要解决问题的凝练,亚里士多德对数理天文学的物理化,三大哲学家对西方天文学的发展道路的影响绝不亚于中国汉代形成由皇家天文机构管理历算的影响:它们各自规定了天文学的首要问题。古希腊哲学需要救现象。因此行星的异常行为成为哲学家和天文学家关注的问题,在上千年中发展出了高度复杂的几何模型来解释所有行星现象;中国统治者需要精确的历法以准确地“敬授民时”,维护自己的皇权,因此受雇于皇家天文机构的历算家始终把提高历法的精度当作首要任务,在两千年发展中发展出了高度精确的历法体系,而没有将解释世界或曰拯救现象当成自己的首要任务。

 

 

参考文献

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  作者简介:宁晓玉,中国科学院自然科学史研究所副研究员。

基金项目:此项研究是国家社会科学基金资助的重大课题“中国古代传统文化中的科学思想、方法和价值取向研究”的子课题之一,并受其资助。

[] 罗杰斯的判断有些笼统。在柏拉图主义者看来,数学模型是真实的,因为柏拉图的实在就是数学实在;而在亚里士多德主义者看来,它就不是真实的。中世纪晚期的穆斯林学者以及受其影响的拉丁学者更倾向于亚里士多德主义,他们试图为托勒密的数学模型找到力学上的解释。



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