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托勒密是古代西方天文学之集大成者,其《至大论》在相当长的时间内被视为天文学领域的圣经。托勒密天文学既继承了希腊古典科学的特征,也带有了明显的实用与纯粹科学相结合的希腊化色彩。
天文学是科学进程中较早出现起来的学科之一,其发展对人类社会的进步起到了重要的作用。而在天文史上,托勒密的影响如此深远以至我们无法将其排除在外。
“对于托勒密的生平我们所知甚少。他在《至大论》中所报告的天文观测,年代从公元127年到141年,因此他的出生不可能比公元2世纪的开始晚的太多;他在《至大论》之后又写过几本重要著作,因此他的去世大约在公元165-170年之间。”
“托勒密最富盛名的著作是《至大论》(Almagest),共13卷。“书中对希腊人的宇宙模型给出了完整的数学描述,并包括有太阳、月亮和行星的各种运动参数。《数学大全》一书是古希腊天文学的光辉顶点,就像欧几里德的《原本》一样,它取代了这一课题的所有早期的著作。”
一、托勒密天文学的历史来源和基本内容
托勒密天文学是建立在许多前人工作的基础之上的,比如柏拉图、欧多克斯、亚里士多德、阿波罗尼奥斯、希帕恰斯等人。
柏拉图认为,“天文学研究只在于自由发明天体运动的数学模型,不去考察实际的天体运动。”他关于天体做匀速圆周运动的观点完全出自他的基本理念,充分体现了希腊科学纯粹、自由的特点。然而行星的“留和逆行”现象给柏拉图造成了极大的困扰,“引用他的一句著名的话:他责成天文学家们用圆‘拯救这些现象’。”
首先提出方案的是欧多克斯。“他提出的一个天体模型由27个嵌套(同心)的天球组成,每一个天球都围绕着位于中心的地球作不同的旋转。”这种同心球层模型可以较好的模拟天体的运行。此后,亚里士多德又将欧多克斯的27个天球层发展到了55个以期更好的反映天体的行动规律。然而,这个模型依然难以解释许多问题,比如四季天数为什么不相同,金星为什么有亮度变化,金星、水星和太阳为什么总是靠的很近等等。
为了解决这些问题,使圆周运动更有适应性,阿波罗尼奥斯“研究出两种强有力的数学工具,天文学家可以借助它们来构造模型,模拟所看到的天体运动,这两种数学工具就是本轮和偏心圆。”“事后看来,本轮和均轮的引入,使希腊天文学走上了康庄大道。本轮和均轮这两个圆的组合,可以对五大行星的运动提供一个令人鼓舞的一级近似。”
随后的希帕恰斯和托勒密的工作则是“希腊天文学的顶点”。希帕恰斯将巴比伦传统和希腊传统相结合,“运用来自巴比伦的天文学记录和参数,来改进关于太阳和月亮的定量的几何模型。”更为重要的是,他独立的发现了春分岁差点现象。
通过对在他之前的学者所做工作的总结分析再加之自己的思考,托勒密运用本轮和均轮、偏心圆和偏心匀速点等概念构造出了一个严密的“托勒密体系”。这一体系“不是一个定性的、描述性的体系,而是一个定量的、可以预报行星未来位置的体系。”人们可以根据新获得的观测数据来对进行不断的修正和调整,使它更加符合实际。
托勒密天文学的要点是:“地球位于宇宙中央静止不动,行星、太阳、月亮和恒星每天绕地球自东向西转一周。离地球最近的第一圈轨道上是月亮,然后依次是水星、金星、太阳、火星、木星和土星。在外的一层是恒星天。太阳、月亮和恒星天直接绕地球运动。”这一体系可以较为精确的描述天体的运动并进行星相预测,在相当长的一段时间内一直被视为天文学领域的圣经。即使是到了哥白尼时代,日心学说也没有完全排除托勒密地心学说的理论缺陷。“哥白尼的日心学说在实际应用中并不比托勒密的地心说更为精确,两者都有百分之一的误差。”
以上便是托勒密天文学的历史来源和主要内容。当我们仔细对它进行探究的时候,便不难发现其与希腊古典科学思想一脉相承,而且其中体现出了明显的希腊化色彩。
二、托勒密天文学中体现出的希腊化特征
托勒密天文学诞生于希腊化的巅峰时代,其学说中自然也显现出了希腊化科学追求实用的新特征。
1、托勒密天文学对希腊古典科学的继承
“希腊化科学是希腊自然哲学传统和源自东方王国得到国家支持的科学模式的历史性融合或杂交。”它将注重实用的东方科学和追求自由、不愿受约束的希腊科学两种全然不同的传统捏合在一起,形成了一种全新的科学模式。正因如此,希腊化科学中仍然又不少的希腊科学的特征。
托勒密并没有完全放弃用圆周运动来解决天体运行的思路,只是对其进行一定程度的改进来更好的符合实际观测。他在《至大论》一书的前言中就曾经说道“关于天体运动的神因说或者对事物的物质本性的沉思只能导致‘臆测’,而且,如果目的是获得确定性,数学就是唯一的途径。”“他在著作的好几处地方说过:天文模型的选取应以数学上的简单性为基础——显然,不关心物理上的可行性。”这段话充分说明托勒密天文学本质上仍然是一种纯粹的理性科学,并不关心其在实际中的意义。
此外,单从托勒密提出偏心匀速点这一概念我们也可以看到希腊古典思想的遗留。托勒密没有拘束于柏拉图对于严格匀速圆周运动的要求,而是提出新的理论来追求真理,这一行为体现出了他身上所具有的自由、理性的古希腊学者的特质。
托勒密对于自由的、无拘无束的希腊古典科学仍然持一种推崇的态度。从根本上看,托勒密天文学是依据古希腊“拯救现象”的观念,通过对大量数据的分析而建立起来的一个可以进行定量描述的几何模型。他并没有过多的考虑这一模型在实际中如何实现,仅仅是为了得到一个最简单的数学模型而已。
2、托勒密天文学中的希腊化特征
上面已经说过,托勒密继承了希腊科学的特质,但我们也要看到,他的研究中已经有了许多不同于希腊科学的特征,这些特征是偏于实用、希腊化式的。
从历史上看,托勒密真正的将天文学引上了实用化的道路。“借助于《至大论》,数理天文学家(和星占学家)可以精确的计算出未来任何时刻的行星星历表,在表中给出行星位置的黄经和黄纬值。”这一点在实际生活中无疑有着十分重要的作用,人们可以据此安排祭祀、进行占星等。而且当我们仔细审视托勒密天文学时便会发现他的分析中也有非数学的考虑。“托勒密为地球的中心性和固定性提供了物理证据——这对于他不仅是个数学的假定,更是一个重要的物理信仰。”而一个纯粹的古希腊学者是不会对他的模型的物理意义进行思考的。至于托勒密后期所写的《占星四书》,更是一本实用味颇重的天文著作。
在托勒密的研究过程中,我们也可以看到明显的希腊化色彩。比如他十分重视观测数据在理论研究中的作用,他首先通过对已有的大量数据的分析抽象出一个几何模型,然后将从模型中演绎出来的数据与实际数据进行比对。观测是一种实用手段,如此看重观测在希腊时代是不可能发生的。从这一点来看,托勒密实际上已经受到了东方实用主义很大的影响。除此之外,希腊化科学中国家支持理论科学研究的特点也得到了体现。为了更好的治理国家,罗马政府不惜投入巨资来支持亚历山大图书馆的建设,积攒了数量庞大的各类珍贵的图书和文献,这些书籍对于促进科学发展起到了至关重要的作用。托勒密在亚历山大城的观测和研究也得益于政府对于科学发展的重视和支持。
综上所述,我们可以发现托勒密天文学反映出了希腊化时代个人主义让位与世界主义,希腊古典时期自由的学术精神和东方实用主义相结合的特征。
托勒密天文学源于希腊数理天文学,在许多前人工作的基础上发展和建立起来。这一学说既继承了希腊古典科学的自由与理性,又在许多方面体现出希腊化的特征。虽然现在看来托勒密天文学是一个荒谬的学说,但它在历史上的重要地位并不会因此而被掩盖。
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