古希臘的科學 (六) 科學的最後守護者

托勒密:地心說的典範 托勒密 (Claudius Ptolemaeus,90年—168年 ) 生於上埃及 (Ptolemais Hermiou)。他總結了古希臘天文學的成就,寫成了《天文學大成》(Almagest) 十三卷。他是地心說 (geocentrism) 的提倡者,以嚴謹的數學體系說明太陽、月亮、行星在天空中的運動軌跡。後世一直把托勒密的宇宙體系奉為圭臬,直到哥白尼 (Nicolaus Copernicus,1473年2月19日—1543年5月24日 ) 的《天體運行論》(De Revolutionibus Orbium Coelestium) 出版後,阿里斯塔克斯的日心說才漸漸重新回到人們的腦袋之中。 托勒密為了以地心說去解釋行星複雜的運動,引入了均輪和本輪 (deferent and epicycle) 的概念。我們現在知道,地球和其他七大行星一起繞著太陽轉動。因為各行星的軌道速率不同,當地球與其他行星運行至某些相對位置時就會出現所謂的「行星逆行現象」(retrograde motion)。托勒密知道如果地球是宇宙的中心,而且各行星以簡單完美的圓形軌道繞地球運行的話,是不會出現這種逆行現象的。因此,他提出,行星是在附在稱為均輪的主要繞地圓形軌道之上的本輪上,繞這個本輪的圓心運行的,而這一圓心就在均輪上繞地球運行。他以加入不同數量的本輪的方法,成功解釋了當時已知的五顆行星 ( 水星、金星、火星、木星、土星 ) 的運動。 後來,隨著天文觀測數據積累得愈來愈多,也愈來愈準確,人們發現只憑幾個本輪不足描述這些數據。於是,人們就開始加入更加多的本輪。可惜的是,他們始終未能擺脫「天體是完美的,圓形也是完美的,因此天體的運行軌跡必定是圓形的」這一思想,死守愈來愈複雜,偏差也愈來愈明顯的地心說。就這個問題,我與同學曾經研究過均輪和本輪的幾何特性,發現在某些條件下,均輪加上本輪的軌跡根本就是個橢圓形!而橢圓形的幾何學結構,古希臘人早在托勒密之前就已經掌握了。難道他們思考行星的運行軌跡時,沒有一刻閃過「噢!這不就是橢圓形!難道行星的軌跡會是個橢圓形?」這個念頭嗎? 托勒密的體系一直被羅馬天主教延沿用至十七世紀,甚至更近代的時間。所有違反地心說 ( 正確來說應該是「違反聖經教義」) 的理論都會被視為「異端邪說」,提倡者的書會被列為禁書,提倡者及其支持者會被送到宗教法庭審判、處刑。伽利略就是因為證實了地球環繞太陽運行 ( 對,是證實,不只是提倡 ) 而被判為有罪,軟禁至死。幸好克卜勒所在的德國遠離羅馬教廷的影響範圍,他可以自由地發表他的「行星運動三定律」(Kepler’s Laws of Planetary Motions)。後來英國的牛頓在1687年出版他的著作《自然哲學之數學原理》(Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica),證明了太陽與行星之間萬有引力作用的必然結果就是橢圓形軌道。圓形只是橢圓的一個特例而已。 不過,這些都不是托勒密的錯。我們不可以把這個錯誤歸咎於托勒密所提出的地心說。要知道,在托勒密的時代,天文觀測數據不足,而且精確度也很低。想像你是生活在那個時代的人,有兩個理論供你選擇,而且兩個理論解釋觀測結果的準確程度也大致相同。兩個理論的假設也同樣簡單,可是有一個與你的日常經驗一致:每天你都看見日月星辰環繞地球轉動。儘管發現了行星逆行現象,老實說你選擇地心說的機會也不會比日心說的為低吧。所以,雖然托勒密是錯誤的,但他嘗試以合理的數學方法去解釋宇宙這一舉動,卻是值得我們學習的。而且以現代天文學的角度,也不見得哥白尼的日心說正確到哪裡去啊。 愛奧尼亞:古希臘文明之都 我在這幾篇文章中介紹的學者大都生活於地中海的愛琴海地區,稱為愛奧尼亞文明。當然,我所介紹的只是許多巨人們之中比較著名的,而他們提出的理論對後世的科學發展影響都比較深刻。 當時於埃及的亞歷山卓 (Alexandria) 建了一座曾經是世界上最大的圖書館,叫做亞歷山大圖書館。它由埃及托勒密王朝的國王托勒密一世 (Ptolemy I,約公元前367—283年,注意並非上述的天文學家托勒密 ) 在公元前3世紀所建造,後來慘遭火災,因而被摧毀。兩千多年前它到底是什麼模樣,現在已經無人知曉,現代人們只能從歷史文獻的零星記載中了解,只能從羅馬的「Tiberius…… Continue reading 古希臘的科學 (六) 科學的最後守護者