外行“民科”哥白尼发布日心说的来历

日心说，作为打破中世纪宗教迷信的最核心理论，是划时代的，而这个理论，绝非是所谓的“科学体系”“科学论证”的产物，我们今天来复原这个伟大的过程。哥白尼作为一个外行民科取得了惊人的成就。

哥白尼时代的波兰，是当时欧洲最富裕文明强大的国家，在中世纪的欧洲，波兰因为西接草原丝绸之路，东接欧洲，吸收了各方面的文明成果和利润，波兰人在蒙古骑兵的启发下有了翼骑兵，辉煌了几个世纪，而文化贸易的兴盛必然带来科学的昌明，哥白尼应运而生，也是至今波兰本土孕育的最伟大的科学人士（居里夫人是在法国成就）。

1473年，哥白尼出生于波兰托伦城的一个商人家庭。由于父母早丧，他从小就由当教士的舅舅抚养。18岁时来到当时波兰的首都克拉科夫，在克拉科夫大学学习。由于受到意大利文艺复兴思想的影响，哥白尼在那里接受了人文主义的思想，同时对天文学和数学发生了浓厚的兴趣，开始用天文仪器观测天象。哥白尼大学毕业后回到家乡，舅舅为了让哥白尼继承自己的衣钵，在天主教会任职，就送他到意大利留学，学习教会法律，获得博士学位。

哥白尼还真不是学天文出身的，纯属在神学氛围下靠自己的数学扎实理论来认识天体的“民科”。哥白尼不仅作为外行涉猎天文学，同时也是一名医生，通晓多国语言，了解古典文学，能够胜任翻译，做过执政官、外交官，也是一名经济学家（后续几项都没有学历学位）。1517年，哥白尼总结了货币量化理论，成为当今经济学的重要基础之一。1519年，哥白尼在托马斯·格雷沙姆之前总结出了劣币驱逐良币理论前身。

在古代欧洲，亚里士多德和托勒密主张“地心说”，认为地球是静止不动的，其他的星体都围着地球这一宇宙中心旋转。这个观察也非常符合人的观察感觉，这个学说的提出与基督教《圣经》中关于天堂、人间、地狱的说法刚好互相吻合，处于统治地位的教廷便竭力支持地心学说，把“地心说”和上帝创造世界融为一体。因而“地心学”说被教会奉为和《圣经》一样的经典，长期居于统治地位。

 随着事物的不断发展，天文观测的精确度渐渐提高，人们逐渐发现了地心学说的破绽。很多行星其实并不是严格的围绕地球运动的，托勒密认为，地球处于宇宙中心静止不动。从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些：行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。再外面，是推动天体运动的原动天。也就是说当行星运动复杂的时候，只需要多套几个本轮和均轮，大体上就能解释行星的运动。

到文艺复兴运动时期，人们不断的积累行星运动数据，结果发现行星体的结构越来越复杂了，托勒密所提出的均轮和本轮模型的最高数目竟多达八十个左右，但仍不能满意地计算出行星的准确位置。这不能不使人怀疑地心说的正确性了。。人们期待着能有一种科学的天体系统取代地心说。在这种历史背景下哥白尼的日心说应运而生了。

哥白尼想用“现代”（16世纪的）技术来改进托勒密的测量结果，以期取消一些小轨道。在长达近20年的时间里，哥白尼不辞辛劳日夜测量行星的位置，但其测量获得的结果仍然与托勒密的天体运行模式没有多少差别。

哥白尼一直是虔诚的基督徒，他认为，上帝创造世界一定是非常简单完美，一定是最优解，这样复杂的宇宙体系不会是自然的本质，这使得坚持简洁的哥白尼对托勒密的系统产生了怀疑。为了简化理论，更好的符合实际观测的结果。哥白尼将不动点从地球移动到了太阳上，提倡日心说。他指出地球不是宇宙的中心，而是同五大行星一样围绕太阳这个不变的中心运行的普通行星，其自身又以地轴为中心自转。在当时这个理论实在是太过惊世骇俗，哥白尼一直都只敢说这是一个理论，也不敢公开出版，只给最亲近的朋友看。

换言之，哥白尼的理论突破绝非是“科学研究”的结果，因为即使以地心说来判断宇宙体系的运动也是成立，也能符合数据观测结果，不过是因为体系太复杂了，让人觉得有些不合常理。这个原则就是著名的奥卡姆剃刀原则。这个原则在后来牛顿爱因斯坦构建宇宙运动模型和相对论的时候也起到了非常重要的作用，爱因斯坦就曾经说过，美是宇宙的终极主题，宇宙永远是简洁的美。

约在1515年前，哥白尼为阐述自己关于天体运动学说的基本思想撰写了篇题为《浅说》的论文，他认为天体运动必须满足以下七点： 不存在一个所有天体轨道或天体的共同的中心;地球只是引力中心和月球轨道的中心，并不是宇宙的中心;所有天体都绕太阳运转，宇宙的中心在太阳附近;地球到太阳的距离同天穹高度之比是微不足道的;在天空中看到的任何运动，都是地球运动引起的;在空中看到的太阳运动的一切现象，都不是它本身运动产生的，而是地球运动引起的，地球同时进行着几种运动;人们看到的行星向前和向后运动，是由于地球运动引起的。地球的运动足以解释人们在空中见到的各种现象了。

到了1533年，在罗马举行了一些关于哥白尼理论的讲座，教宗克莱孟七世和一些主教出席了讲座并表示出兴趣。讲座过后，其中一位主教写信给哥白尼，希望他尽早正式出版他的作品。虽然朋友们也催促哥白尼尽早出版他的理论，但可能是害怕受到批评，哥白尼本人一直不愿意这么作。学者对于哥白尼到底是担心受到天文学界的批评还是教会的反对是有争议的。在他生命的最后几年，哥白尼终于同意出版他的《天体运行论》。

书中哥白尼还描述了太阳、月球、三颗外行星(土星、木星和火星)和两颗内行星(金星、水星)的视运动。哥白尼批判了托勒密的理论。科学地阐明了天体运行的现象，推翻了长期以来居于统治地位的地心说，并从根本上否定了基督教关于上帝创造一切的谬论，从而实现了天文学中的根本变革。 他正确地论述了地球绕其轴心运转、月亮绕地球运转、地球和其他所有行星都绕太阳运转的事实。但是他也和前人一样严重低估了太阳系的规模。他认为星体运行的轨道是一系列的同心圆，这当然是错误的。他的学说里的数学运算很复杂也很不准确。他的书立即引起了极大的关注，驱使一些其他天文学家对行星运动作更为准确的观察，其中最著名的是丹麦伟大的天文学家第谷·布拉赫，开普勒就是根据第谷·布拉赫积累的观察资料，最终推导出了星体运行的正确规律。

今天我们视为理所当然的东西，在当时受到了巨大的非议，因为当时还没有望远镜，坚实的大地是运动的这一点在古代是令人非常难以接受的，而另一方面托勒密的地心说体系能与当时的观测数据相当吻合，因此即使在《天体运行论》出版以后的半个多世纪里，日心说仍然很少受到的关注，支持者更是非常稀少。

当时有许多反对的观点，但是哥白尼只能用当时的知识进行了反驳（不少可用现今物理学的惯性解释），故某些观点在现在看来未免错谬。

反对理由：如果地球在转动，空气就会落在后面，而形成一股持久的东风。

哥白尼答复：空气含有土微粒，和土地是同一性质，因此逼得空气要跟着地球转动。（现今解释：此错误的根本原因在于认为空气应该保持绝对静止状态，而事实是不存在绝对静止，空气会由于同地面的摩擦而保持相对静止，正如密封火车内无风。）

反对理由：一块石子向上抛去，就会被地球的转动抛在后面，而落在抛掷点的西面。

哥白尼答复：由于受到本身重量压力的物体主要属于泥土性质，所以各个部分毫无疑问和它们的整体保持同样的性质。（现今解释：在石子向上前具有向西的角速度，依照惯性在空中也会有，而地球也一样有这样的角速度，所以看起来就像没有角速度一样，仅仅会产生难以觉察的科里奥利力。这也是相对静止的问题，和密封火车中抛石一样。）

反对理由：如果地球转动，它就会因离心力的作用变得土崩瓦解。

哥白尼答复：如果地球不转动，那么恒星的那些更庞大的球就必须以极大的速度转动，这一来恒星就很容易被离心力拉得粉碎。（现今解释：以Rω²方式求出地表附近离心加速度约是：0.0337 ms^-2，而GM/R²得到的向心万有引力是9.817 ms^-2，两个数值的巨大差异使得来自地心的万有引力能轻松克服来自恒星的拉力，后者仅能在地球造成潮汐现象）

事实上，直到1609年伽利略听闻且自己制作了天文望远镜，并以此发现了一些可以支持日心说的新的天文现象后，日心说才开始真正引起人们关注。这些天文现象主要是指：木卫体系的发现直接说明了地球不是宇宙的唯一中心，金星满盈的发现也暴露了托勒密体系的错误。

然而，由于哥白尼的日心说所得的数据和托勒密体系的数据都不能与当时伽利略和第谷的观测相吻合，因此日心说此时仍不具优势。直至开普勒以椭圆轨道取代圆形轨道修正了日心说之后，日心说在与地心说的竞争中才取得了真正的胜利，这个过程花费了几乎百年的时间。

从哥白尼发现日心说的过程我们可以看到很多很多的启发：

1，不是科班出身能做出成就大有人在，最核心的基础是数学功底，哥白尼数学功底过关了，研究其他的顺手牵来，这就是“民科”本质。

2，哥白尼在中世纪欧洲的时代，他提出了完全挑战权威的理论，也没有被迫害，更没有人攻击他什么民科啊，外行啊，教皇更是亲自来听他的理论演说，而是就事论事的讨论的问题，这点来说，欧洲中世纪末期的科学精神也比今天的中国要好很多了。

3，在旧有的理论下，是和旧时代的生产力水平有密切关系的，也完全能解释旧的情况下的各种情况，要不然也不会在旧的时代被接受为共识，而进入新时代，各种新技术新发现的过程，旧理论其实也能解释一切问题，不过就是越来越复杂了，或者说人们本着这个出发点，用各种稀奇古怪的复杂解释来完善这个旧理论，在“科学精神”指引下，也找不到任何破绽来，地心说就是标准的一个例子。

4，哥白尼的一切从简原则，从直觉上判断日心说，没有严格的科学论证，也很难服众，当时的总体观测数据也不支持这个，但是他凭着队自然的直觉，得出了正确的结论，这种划时代的眼光是非常难得的。

5，有个故事，两个印第安部落打猎，一个靠有经验的猎人指引，另外一个靠占卜，结果占卜的活下来了，而靠猎人的消亡了，从根子来说就是因为靠过去的旧理论来指导新时代是不能长远的在世界发展下去的，反而不如占卜来的准确。

今天我们的科学研究也是一样的，我们很多根本理论，都是百年前的东西，是百年前的认知水平，就像中世纪看重的也是托勒密千年前的认识一样，今天我们已经进入大数据人工智能时代了，随着数据的大量积累，是时候我们来质疑旧理论的问题创建新理论了。今天很多理论，都陷入了各种复杂问题的修正，导致越来越复杂，越来越摸不着头脑，让人觉得无所适从。从地震理论，到石油理论，到人体的理论，到板块理论等等，都是一团乱麻，各种层出不穷的无法解释的怪现象，都被归类于油气运移，板块内地震，副作用，抗体反应等等，而具体的东西也扯不清楚，很多时候真的需要从根本上颠覆旧的理论，让我们的研究更加简单明了，这才是我们应该做到的事情。