【作者：張京超 】
日月巡空、斗轉星移，這是人們對天體運行的直觀印象。在古代，全世界各地的人都認為地球是全宇宙的中心，早在古希臘時的亞里士多德便認為：我們所生活著的地球，是靜止的位於宇宙的中心，而日月星辰都是在圍繞著地球旋轉。到了公元4世紀，居於羅馬帝國統治地位的基督教從維護神權的角度出發，進一步把“地心說”捧上了神聖的正統寶座。“地心說”延續了幾千年，沒有人質疑過，因為沒有有力的理論和科技來證明地球不是宇宙的中心，而人類把自己當做宇宙的唯一，宇宙的主宰，也自然把地球當做宇宙的中心。
“日心說”其實也是一種相當古老的學說，公元前三世紀古希臘的哲學家阿里斯塔克斯就相信太陽是宇宙的中心。但是，這種觀點與人們的日常觀察和經驗相差太遠，拿地球作宇宙中心更加簡單合理。所以在很長的時間內，“地心說”擁有了毋庸置疑的絕對地位，任何企圖的挑戰都困難重重。究其原因，一方面，“地心說”理論化和系統化的程度很高，特別是亞里士多德的學說為其搭建起相當堅實的哲學框架，而托勒密則為之發展出一套宇宙結構模型與計算方法；另一方面，由於“地心說”與《聖經》所描繪的宇宙圖景高度一致，其中不僅為上帝與天堂預留了位置，更有森嚴的等級體系和井然的秩序，羅馬教廷理所當然地賦予了“地心說”絕對的正統地位，以至於它成為中世紀神學的一根支柱，對“地心說”的叛逆，即等同於教義上的異端。
直到1543年，波蘭天文學家哥白尼發表了“日心說”（the heliocentric theory），他在《天體運行論》一書中宣稱：太陽才是宇宙的中心，所有的行星，包括地球在內都是繞日運行的，月球則是地球的衛星，太陽和群星的東昇西落是由於地球的自轉。哥白尼的學說震動了整個世界，引起了人類對於宇宙認識的一次大革命，史稱“哥白尼革命”。“日心說”取代“地心說”的過程，與其說帶給人智力與想象力的愉悅，不如說是充滿荊棘、障礙重重的坎坷。這個過程之所以如此艱辛，是因為這一理論交替觸及當時佔據統治地位的知識體系和信仰體系的根本，是關乎大是大非的根本問題。
尼古拉•哥白尼（波蘭語 Nikolaj Kopernik 英語 Nicholas Copernicus）1473年2月19日出生於波蘭王國維斯瓦河畔的城市託倫（Toruń）一個富裕家庭。18歲就讀於波蘭舊都的克拉科夫大學（Kraków University），學習醫學期間對天文學產生興趣。1496年，23歲的哥白尼來到文藝復興的策源地意大利，在博洛尼亞大學（Bologna University）和帕多瓦大學（University of Padua）攻讀法律、醫學和神學，博洛尼亞大學的天文學家徳•諾瓦拉（de Novara 1454-1540）對哥白尼影響極大，在他那裡哥白尼學到了天文觀測技術以及希臘的天文學理論。後來在費拉拉大學（University of Ferrara）獲得宗教法博士學位。哥白尼作為一名醫生被人們譽名為“神醫”，他成年的大部分時間是在費勞恩譯格大教堂任職教士。哥白尼並不是一位職業天文學家，他的研究和著作是在業餘時間完成的。
在當時看來，托勒密的“地心說”稍顯不足的是，在解釋某些行星在天空的不均勻運動時，須用非常複雜的“本輪-均輪”模型，為了符合實際觀測，有時需增加數十甚至上百個“本輪”與“均輪”。哥白尼對此作出正確的評價：“應該把自己的箭射向托勒密的同一個方向，只是弓和箭的質料要和他完全兩樣。他十分勤奮地鑽研過托勒密的著作，看出了托勒密的錯誤結論和科學方法之間的矛盾。哥白尼正是發現了托勒密的錯誤的根源，才找到了真理。
哥白尼認識到，天文學的發展道路，不應該繼續“修補”托勒密的舊學說，而是要發現宇宙結構的新學說。他打過一個比方：“那些站在托勒密立場上的學者，從事個別的、孤立的觀測，拼湊些大小重疊的‘本輪’來解釋宇宙的現象，就好像有人東找西尋地撿來四肢和頭顱，把它們描繪下來，結果並不像人，卻像個怪物”。
哥白尼觀測天體的目的和過去的學者相反。他不是強迫宇宙現象服從“地球中心”學說。哥白尼有一句名言：“現象引導天文學家。”他正是要讓宇宙現象來解答他所提出的問題，要讓觀測到的現象證實一個新創立的學說——“太陽中心”學說。他這種目標明確的觀測，終於促成了天文學的徹底變革。哥白尼的觀測工作在克拉科夫大學時就有了良好的開端。他曾利用著名的占星家瑪爾卿•布利查（約1433年-1493年）贈送給學校的“捕星器”和“三弧儀”觀測過月食，研究過浩翰無邊的星空。哥白尼回國後，用自己製作的簡陋儀器堅持不懈的觀察天象達30年之久，記錄下許多有意義的觀測成果。隨著對天文進行大膽、深入的探索，哥白尼已建立和充實了一個嶄新的宇宙觀體系。
哥白尼對地球的形狀，曾多次作過間接的觀測。早在1500年11月6日，他就在羅馬近郊的一個高崗上觀測月食，研究地球投射在月球表面的弧狀陰影，從而證實了亞里士多德關於地球呈球狀的論斷。在定居弗隆堡時，他曾多次站在波羅的海岸邊觀察帆船。有一次，哥白尼請求一艘帆船在桅頂綁上一個閃光的物體，他站在岸邊看著這艘帆船慢慢駛運。他描寫這次觀察的情況說：“隨著帆船的遠去，那個閃光的物體逐漸降落，最後完全隱沒，好像太陽下山一樣。”這次觀察使他得出一個結論：“就連海面也是圓形的。”
1512年，哥白尼遷居到教區大教堂所在寺，瀕臨波羅的海的弗隆堡，這裡是個小的漁港。哥白尼在弗隆堡定居以後，就買下城堡的一座箭樓。這座箭樓本來是作戰用的，三角形的樓頂向前傾側，幾乎伸到圍牆的外邊。樓頂的最上層有三個窗口，那裡是哥白尼的工作室，下面兩層是臥房，各有一個射擊用的槍眼，從最上層的窗口可以向四面八方觀測天象，遇到樓頂妨礙觀測的時候，外邊的露臺就成了他的觀測臺。他在這裡一直住到去世。
這時，哥白尼已將他未來的著作取名為《天體運行論》。在他看來，運動才是生命的真諦——運動存在於萬物之中，上達天空，下至深海，沒有什麼東西是靜止的，一切東西都在生長、變化、消失，千秋萬代繼續不停。這一著作就是要揭示大自然這一最本質的秘密。這一觀點肯定了客觀世界的存在和它的規律性，閃耀著樸素的唯物主義哲學的光輝。
約在1515年前，哥白尼為闡述自己關於天體運動學說的基本思想撰寫了一篇題為《淺說》的論文，他認為天體運動必須滿足以下七點： 不存在一個所有天體軌道或天體的共同的中心；地球只是引力中心和月球軌道的中心，並不是宇宙的中心；所有天體都繞太陽運轉，宇宙的中心在太陽附近；地球到太陽的距離同天穹高度之比是微不足道的；在天空中看到的任何運動，都是地球運動引起的；在空中看到的太陽運動的一切現象，都不是它本身運動產生的，而是地球運動引起的，地球同時進行著幾種運動；人們看到的行星向前和向後運動，是由於地球運動引起的。地球的運動足以解釋人們在空中見到的各種現象了。
此外，哥白尼還描述了太陽、月球、三顆外行星（土星、木星和火星）和兩顆內行星（金星、水星）的視運動。哥白尼批判了托勒密的理論，科學地闡明瞭天體運行的現象，推翻了長期以來居於統治地位的“地心說”，從而實現了天文學中的根本變革。他正確地論述了地球繞其軸心運轉、月亮繞地球運轉、地球和其他所有行星都繞太陽運轉的事實。他也和前人一樣嚴重低估了太陽系的規模。他認為星體運行的軌道是一系列的同心圓，這當然是錯誤的。他的學說裡的數學運算很複雜也很不準確。他的書立即引起了極大的關注，驅使一些其他天文學家對行星運動作更為準確的觀察，其中最著名的是丹麥偉大的天文學家泰壽•勃萊荷，開普勒就是根據泰壽積累的觀察資料，最終推導出了星體運行的正確規律。
哥白尼努力研讀古代典籍，目的是為“太陽中心學說”尋求參考資料。他幾乎讀遍了能弄到手的各種文獻。他寫道：“我愈是在自己的工作中尋求幫助，就愈是把時間花在那些創立這門學科的人身上。我願意把我的發現和他們的發現結成一個整體。”他曾抄下這樣一些大膽的見解：“天空、太陽、月亮、星星以及天上所有的東西都站著不動，除了地球以外，宇宙間沒有什麼東西在動。地球以巨大的速度繞軸旋轉，這就引起一種感覺，彷彿地球靜止不動，而天空卻在轉動。”“大部分學者都認為地球靜止不動，費羅窩斯和畢達哥拉斯卻叫它圍繞一堆火旋轉。”“在行星的中心站著巨大而威嚴的太陽，它不但是時間的主宰，不但是地球的主宰，而且是群星和天空的主宰。”這些古代學者的卓越見解，在當時被認為是“離經叛道”的，對哥白尼來說，卻好比是夜航中的燈塔，照亮了他前進的方向。
在意大利期間，哥白尼就熟悉了古希臘哲學家阿里斯塔克斯的學說，確信地球和其他行星都圍繞太陽運轉這個“日心說”是正確的。哥白尼經過長期的觀察和計算終於完成了他的偉大著作《天體運行論》（De revolutionibus orbium coelestium）。他的觀測計算所得數值精確度驚人，他得到恆星年的時間為365天6小時9分40秒，精確值約多30秒，誤差只有百萬分之一；他得到的月亮到地球的平均距離是地球半徑的60.30倍，誤差只有萬分之五。1533年，60歲的哥白尼在羅馬做了一系列的講演，提出了他的學說的要點。
羅馬教廷對哥白尼的學說很感驚慌，1533年，教皇克雷蒙七世叫人闡述“日心說”的基本原理。哥白尼學說的革命內容使教皇大為震驚，他決定想辦法把哥白尼的手稿控制起來。1536年，一個紅衣主教寫信向哥白尼索取手稿，哥白尼拒絕了。意大利天文學家伽利略 （1564-1642年）曾經說過：“我一想起我們的教師哥白尼的命運，就感到心驚膽顫。”但是，教會的迫害並不能阻止《天體運行論》的出版，哥白尼的鬥爭得到了不少人的支持。
1539年春天，德國威滕堡大學青年數學教授列提克帶著許多珍貴的書籍來到弗隆堡拜哥白尼為師，成為哥白尼唯一的門生。哥白尼在列提克的鼓勵和支持下很快就振奮起來了。他們一起修訂《天體運行論》原槁，積極準備出版。積極支持哥白尼出版 《天體運行論》的，還有他的朋友鐵德曼•吉哲，鐵德曼當初是弗隆堡的修士，早就瞭解哥白尼並一直支持他的科學研究工作。後來，鐵德曼升為柳瓦巴教區的主教，他看到哥白尼的困境，就邀請哥白尼和列提克到柳瓦巴教廷作客，以便他們集中精力完成定稿工作。
這時，哥白尼的學說在社會上也引起了不少的非難。新教徒 （路德派）比舊教徒更為敵視哥白尼的學說。馬丁•路德曾挖苦說：“這個傻瓜想要推翻整個天文學！”《宗教宣言》的執筆人菲利普•梅蘭赫東也指責哥白尼“不顧眼前的事實而想入非非。”
儘管環境很險惡，哥白尼並沒有妥協。1541年，他最後下決心將他的著作出版。哥白尼將他幾十年來心血的結晶——《天體運行論》的手稿，交給鐵德曼，鐵德曼又轉交列提克，列提克因被來比錫大學請去教書，便將這本書的出版工作交給他的朋友、紐倫堡的一個出版商奧塞安德爾。奧塞安德爾曾學過天文學，他在宗教領袖梅蘭赫東的授意下，竄改了原稿，刪減了哥白尼學說的一些內容，力求使科學遷就當時社會的舊有認識。
1543年5月24日，當這部鉅著印好並送到弗隆堡時，久病的哥白尼已危在旦夕。御醫梭爾法把書放到被子上，並把哥白尼的手放到書上，哥白尼用他的無力的手痙攣地抓住書本，哥白尼已到彌留的時刻，一小時以後他就溘然長逝，享年70歲。
《天體運行論》全書共6卷，以簡明的道理描繪了太陽系結構的真實圖景。為了更好地符合實際觀測的結果，他改變了原有的宇宙結構，讓太陽而不是地球位於中間，地球圍繞太陽運轉，行星的第一“本輪”不過是地球繞日運動的反映，於是順理成章地取消了所有“本輪”。根據“日心說”，地球的運動包括繞地軸自轉、繞太陽公轉以及地軸迴轉，因此“日心說”也稱“地動說”。可是，由於前文提到的文稿被篡改、刪減這兩方面原因，哥白尼的學說在剛面世時尚不能獲得壓倒性的勝利，它“在哲學上站不住腳，神學上屬於異端學說”。
《天體運行論》第一卷鳥瞰式地介紹了宇宙的結構。在論證的開始，哥白尼列舉了許多觀測資料來證明地球是圓形的，接著他指出了地球呈圓狀的理由。他說：“所有的物體都傾向於將自己凝聚成為這種球狀，正如同一滴水或一滴其他的流體一樣，總是極力將自己形成一個獨立的整體。”“物體呈球狀的原因在於它的重量，即在於物體的微粒或者說原子的一種自然傾向，要把自己凝聚成一個整體，並收縮成球狀。”這個解答給百年後牛頓發現萬有引力開闢了道路。關於原子他還寫了這樣一段：“所謂原子是最細微的、不能再分割的微粒，它們重疊地或是成倍地相聚在一起，由於它們看不見，並不立即形成看得見的物體；可是它們的數量可以增加到這種程度，足夠累積到可以看見的大小。”這一段話針對唯心主義者，他們藉口“原子無法看見”而抹煞原子的存在。在唯心主義者唆使下，這一段話在《天體運行論》出版時被刪去了；在以後300年間的三中版本里都不見一個字。
《天體運行論》第二卷介紹了有關數學原理，其中平面三角和球面三角的演算方法都是哥白尼首創的。這裡陳述了三角形的規則，即從三角形的已知某些邊和角去推算其他邊和角的規則。這包括了三邊是直線的平面三角形和三邊是球面上圓弧作成的球面三角形。
《天體運行論》第三卷用數學描述地球的運動，是恆星表。
《天體運行論》第四卷介紹地球的繞軸運行和週年運行。
《天體運行論》第五卷論述了地球的衛星——月球。哥白尼非常重視研究月球，特別是月食。他認為在月食的時候，人們可以從月球、地球和太陽的相對位置，得到關於宇宙的真實結構的暗示。“當宇宙別的部份都是澄明的和充滿日光的時候，所謂黑夜就不是什麼別的東西，而只是地球本身的陰影。這個陰影形成一個圓椎形，尾端尖削。月亮一接觸到這個陰影，就會失去光澤，而當它出現在陰影正中央時，它的位置正好和太陽相對。”
《天體運行論》第六卷論述了關於行星運行的理論。
《天體運行論》的不朽貢獻在於它根據相對運動的原理解釋了行星運行的視運動。在哥白尼以前這一原理從未被人詳盡闡述過，也沒有人從這一原理得出過這樣重要的結論。
哥白尼寫道：“所有被我們觀測的物體的位置變動，不是由於被觀測的物體的運動所引起，就是由於觀測者的運動，或由於物體和人的不一致的變動所引起的。”既然地球是我們在它的移動中進行觀測的基地，那麼我們觀測到的天空中的運動就可能是一種表面的運動，是一種因地球本身運動所引起的幻覺，其他天體運動就可能是那個天體以及地球的不一致運動所引起的結果。因此，如果承認‘地球從西向東自轉’，顯然會覺得好像是日月星辰在升起和降落。”哥白尼還論證：“地球雖是一個巨大的球體，但比起宇宙來卻微不足道。”他注意到地平線把天球剖分為均勻的兩半，曾利用這一現象來證實宇宙是無限的這個論斷。“根據這一論斷，可見宇宙跟地球相比是無法測度的，它是一個無邊無際的龐然大物。”
《天體運行論》帶著遍體鱗傷，在人世間流傳了300多年。直到19世紀中葉，《天體運行論》的原稿才在布拉格一傢俬人圖書館裡被發現。1873年，出版了增補哥白尼原序的《天體運行論》，有關原子說的章節仍未補入。1953年，《天體運行論》出第四版時，才全部補足原有的章節，這時哥白尼已經逝世了410年。
意大利偉大的哲學家喬爾丹諾布魯諾（Giordano Bruno 1548—1600.2.17）是哥白尼學說的支持者和宣揚者，他先後到過歐洲十幾座著名的城市宣傳哥白尼的理論，藉以打擊神學的世界觀。他在《哥白尼的光輝》一詩中寫道：“你的思想沒有被黑暗世紀的卑怯所玷染，你的呼聲沒有被愚妄之徒的叫囂所淹沒，偉大的哥白尼啊，你的豐碑似的著作在青春初顯的年代震撼了我們的心靈。”他在《大齋節晚餐》一文中寫道：“我們對哥白尼感激不盡，因為他把我們從居於統治地位的庸俗哲學中解放出來，……只有那種堅定不移地站在反宗教的潮流中的人，才能充分評價並頌揚他的精神。……他給自己找到堅實的立場，並毫不含糊地宣稱：承認地球對於宇宙的運動，終究是一件不可避免的事，因為這比認定無數天體（其中許多都比地球更為光輝而龐大）把地球當作中心的說法，要合情合理得多。”
布魯諾聯繫古代唯物主義者學說，到處宣傳哥白尼的革命理論，而且在宇宙的無限性和運動的永恆性方面發展了哥白尼的學說。他在重述"地球只是許多行星中的一顆"這個論點時進一步指出，被地球和其他行星繞行的太陽，只是無數恆星中的一顆，它不是宇宙的中心，宇宙是沒有中心的，是無限的。1592年，布魯諾被宗教裁判所誘捕下獄，慘遭酷刑，監禁長達8年之久。1600年2月17日，在羅馬的百花場上，布魯諾被教會活活燒死。
開普勒在1618年到1621年發表了《哥白尼天文學概要》，簡明扼要地敘述了哥白尼的理論，並以自己的發現補充、修正和發展了哥白尼的學說，把天文學的研究概括為5個方面：觀測天象；提出對觀測到的天象進行解釋的假說；宇宙論的物理或哲學；推算天體過去與未來的方位； 有關的儀器製造和使用的機械學。
伽利略在1632年發表了《關於托勒密和哥白尼兩大世界的對話》，以新的觀測事實再次猛烈抨擊荒謬的托勒密宇宙體系，捍衛了哥白尼體系，1638年發表了《關於力學與位移運動兩門新科學的討論及數學證明》批駁了統治歐洲達兩千多年之久的亞里士多德關於運動和運動原因的理論，創建了實驗、物理思維和數學演繹三者巧妙結合的研究方法。
牛頓在1687年發表的《自然哲學的數學原理》標誌著哥白尼體系的最後勝利，他用萬有引力的原理解釋了行星的運行，給地球的繞日公轉提供了更有力的證明。科學家們還做過很多實驗證明了地球的自轉和公轉，人類對宇宙的現代觀念逐漸形成。與此同時，歐洲很多高等學校都開始公開講授哥白尼學說。例如在哥白尼母校克拉科夫大學，1782年任天文學教授並講授哥白尼學說的就是當時波蘭啟蒙運動的倡導人之一揚•希涅德茨基。
哥白尼的名字也很快傳到了中國。17世紀30年代至1646年，波蘭傳教士穆尼閣（Nieolas Smoglenski 1609-1655年）來華，在短短的十幾年時間裡，系統編譯介紹了西方天文學，協助由徐光啟組建和主持的歷局以編輯大型叢書《崇禎曆書》為契機，使得哥白尼的名字在中國學者當中迅速傳播。1622年來華的湯若望在其後來寫的《曆法西傳》中，已提到哥白尼，並說“已上哥白尼所著，後人多祖述焉。”
恩格斯在《自然辯證法》中對《天體運行論》給予了高度的評價：“自然科學藉以宣佈其獨立並且好像是重演路德焚燒教諭的革命行動，便是哥白尼那本不朽著作的出版，他用這本書來向自然事物方面的教會權威挑戰，從此自然科學便開始從神學中解放出來。”
哥白尼去世前為自己預作了墓誌銘：“你不必賞我像賞給聖保祿的恩寵，但求你賞賜我像你給聖伯多祿的寬赦和仁慈。”一直以反基督教著稱的思想家羅素的評價：“哥白尼是一位波蘭教士，抱著真純無暇的正統信仰……他的正統信仰很真誠，他不認為他的學說與《聖經》相牴觸。”
1830年，歐洲革命風暴震撼著華沙，華沙斯塔錫茨廣場前豎立起哥白尼的紀念像。在揭幕典禮上，波蘭著名詩人尤里安•烏爾辛•涅姆柴維基致詞說：“這個喜慶的日子終於來臨了！哥白尼曾以半個世紀的工夫凝眸注視太陽，今天太陽終於把它仁慈的光芒傾注在他的身上……。”廣場迴廊上響起民族劇院藝術家們的歌聲：“歡迎啊，歡迎啊，大地的兒子！……”
2005年在波蘭弗龍堡教堂內尋獲一名70歲男子遺骸，包括顱骨。研究人員將遺骨送往法醫實驗室加以面部復原，發現老者面容與現存的哥白尼畫像相似，鼻部受損等特徵與哥白尼自畫像吻合。研究人員隨後對牙齒等實施脫氧核糖核酸（DNA）檢測，與哥白尼藏書裡所夾頭髮加以比對，最終認定這具遺骸的身份。
哥白尼的遺骨於2010年5月22日在波蘭弗龍堡大教堂鄭重重新下葬。黑色花崗岩墓碑上裝飾著太陽系天體運行圖，即6顆行星環繞金色太陽。儀式舉行過程中，神職人員亞採克•耶傑爾斯基說：“今天的葬禮具有象徵意義，顯現科學與信仰的和解。”宗教人士沃伊切赫•津巴說，哥白尼為當地留下“勤奮工作、全心投入、更重要的是科學天賦”的遺產。
探索宇宙是人類永恆的追求。哥白尼的“日心說”雖然只是人類宇宙理論的階段性成就，卻是意義十足的觀念革命。沒有哥白尼邁出的勇敢一步，就難以想象後來伽利略與牛頓建立的經典力學體系。宗教與科學曾有著複雜的關係，對“日心說”的評判，最終讓教會陷入了很大的被動，多數人不再相信依靠教義來干預科學。
作為近代自然科學的奠基人，哥白尼的歷史功績是偉大的。確認地球不是宇宙的中心，而是行星之一，從而掀起了一場天文學上根本性的革命，它是人類探求客觀真理道路上的里程碑。他的偉大成就不僅鋪平了通向近代天文學的道路，而且開創了整個自然界科學向前邁進的新時代。從哥白尼時代起，脫離教會束縛的自然科學和哲學開始獲得飛躍的發展。
僅考慮哥白尼學說對技術的影響就會完全忽略它的真正意義。哥白尼的書對伽利略和開普勒的工作是一個不可缺少的序幕，他們二人又成為了牛頓的主要前輩。是這兩者的發現才使牛頓有能力確定運動定律和萬有引力定律。從歷史的角度來看，《天體運行論》是當代天文學的起點──當然也是現代科學的起點。
在兩千多年的時間裡，人類對宇宙的思索從未停步，從亞里士多德、托勒密，到哥白尼、伽利略和牛頓，再到愛因斯坦，每一個光輝耀眼的名字連同他們的成就，都能代表思想史鉅著的一個篇章。推動人類社會不斷前進的動力正是來自於這些科學偉人們不懼權威，自主思考，勤學苦研，敢於獻身的精神。
中國古代愛國詩人屈原在楚辭《離騷》中的名句“路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索”表達的就是這種孜孜以求、探索真理的精神。自然科學的發展推動了工程技術的進步，跨越到了當今的人工智能時代，現在來自過去，也在開拓未來。新千年已經過去了20個年頭，全人類共同命運發展的將來必然會進入到一個更加美好的時代。（完）
【注：未經許可不得轉載。作者：張京超 】
