原载《自然辩证法通讯》111期,1989

 

第谷(Tycho)天文体系的先进性问题
——三方面的考察及有关讨论

江晓原

 


一、问题的提出及其意义

16世纪末耶稣会传教士接踵来华,以传播西方科学技术知识作为打人中国上层社会的主要手段之一,获得很大成功。在他们传播的科学知识中,以天文学最为重要。这是因为,天文历法在中国封建社会中一直占有特殊的政治地位。①正是通过参与修撰历法和主持皇家天文机构钦天监,才使耶稣会士打通了进入北京宫廷的“通天捷径”。
  对于耶稣会士在中国传播西方天文学的动机,已有许多论述。认为这是一种帮助传教的手段,基本上可成定论。但动机和效果并不是一回事。对于耶稣会士在华传播西方天文学的客观效果,学者们意见很不一致。这一问题近来逐渐受到重视,有两种对立的意见。一种主张“由于他们的活动形成了中国与西方近代科学文化的早期接触”②,因而应该肯定他们的功绩。另一种则是流行已久的观点,认为“正是由于耶稣会传教士的阻挠,直到19世纪初中国学者(阮元)还在托勒密体系与哥白尼体系之间徘徊”③,并进而论定:“近代科学在中国当时未能正式出现,那阻力并不来自中国科学家这方面,而来自西方神学家那方面。”④
  然而,评价一种活动的客观效果,不应该只从这种活动的动机出发,更不应该从某些现成的、未经深入考察过的观念出发,想当然地作出结论。
  由于耶稣会士恃以打通“通天捷径”的西方天文学是以第谷天文体系为基础的,在清代成为中国“钦定”官方天文学的也正是第谷天文体系,因此我们不得不对第谷天文体系予以较多的注意。这一体系在国内近几十年来一直被视为“陈旧落后”的,是对哥白尼日心体系的“反动”和“倒退”。这种说法流传甚广,被许多人视为定论,并且由此论断第谷天文体系在中国的客观效果——“阻挠”了中国人及早地接受哥白尼学说,乃至“阻挠”了中国天文学走上现代化之路。对于这种“阻挠”说,笔者已有另文论证其难以成立⑤,但第谷天文体系的先进性问题仍然尚待解决。本文打算从三个方面入手来考察这一问题。
  此外,在评价一个历史事物是“先进”还是“落后”时,哪怕只是稍微进行一下较为深入的推敲,我们就会发现自己脚下的台阶是多么不稳。因此本文的尝试对一般的史学研究或许也不无些微参考价值。

 

二、先进的时间性

哥白尼的日心说正式发表于1543(De Revolutionibus),今天我们从历史的角度来评价它,断定它先进是没有问题的(我们依据什么判据断定它先进,这是另外一个问题,详见本文第三节),但当时的欧洲学术?界却并不作如是观。而且,当时学者们怀疑日心说不是没有理由的。
  日心地动之说,早在古希腊时阿里斯塔克(Aristarchus)就已提出,但始终存在着两条重大反对理由。哥白尼本人也未能驳倒这两条理由。第一条:如果地球绕日公转,为什么观测不到恒星周年视差?而这是地球公转的必然结果。哥白尼本人也只是用强调恒星遥远来回避这一困难。⑥但要驳倒这条理由,只有把恒星周年视差观测出来,而这要到十九世纪才办到(FWBessel1838)。布拉德雷(JBradley)发现了恒星周年光行差,作为地球公转的证据,它和周年视差同样有力,但那也是1728年的事了。第二条:如果地球自转,为什么垂直上抛物体仍是落回原处,而不是落到稍偏西的某一点上?这也要到十七世纪伽利略阐明运动相对性原理及速度的合成之后才被驳倒。可见,当耶稣会士们在中国参与修撰《崇祯历书》时(1629--1634),哥白尼的日心说并未在理论上获得胜利。当时欧洲天文学界的许多人士对这一学说抱怀疑态度是不奇怪的。
  对于当时的欧洲天文学界,这里有必要稍述其历史背景。多年来一些非学术的宣传读物给人们造成这样的错觉:似乎当时的欧洲,除了哥白尼、伽利略、开普勒等几人之外,就没有其他值得一提的天文学家了。又因为罗马教廷烧死了布鲁诺、审判了伽利略(这两件事本身就有极为复杂的内情,西方学者近来有许多深入的探讨),就把当时的情况简单化地描述成“科学与宗教斗争”、“罗马教廷迫害科学家”,并进而把许多当时的学术之争都附会到这种想当然的“斗争”模式里去。而事实上,当时欧洲天文学家很多,名声大、地位高的还大有人在。正是这些天文学家、天文学教授组成了当时的欧洲天文学界。其中有不少人物是教会人士。比如哥白尼本人就是神职人员,而且地位颇高。后来在华参与修撰《崇祯历书》的耶稣会士汤若望(Adam Schall von Bell)、邓玉函(Joannes Terrenz)二人也在天文学上有很高造诣,邓玉函且与伽利略、开普勒都私交甚好,邓玉函、伽利略、开普勒三人又同为猞猁学院院士,这是当时第一流科学家方能得到的殊荣。
  在当时欧洲天文学界中,伽利略、开普勒等人出类拔萃,率先接受哥白尼学说,并为该学说的胜利做出了巨大贡献,这是伽利略、开普勒的伟大之处,但并不能说明怀疑哥白尼学说的人就是“反动”或者“腐朽”。
  第谷正是日心说的怀疑者之一。他提出自己的新体系(De Mundi1588),试图折衷日心说和地心说。尽管伽利略、开普勒等人不赞成,但第谷体系在当时和此后一段时期内还是获得了相当一部分天文学家的支持。例如NReymers的著作(Ursi Dithmarsi Fundamentum astronomicum,1588),其中的宇宙体系几乎与第谷的完全一样,第谷还为此和他产生了体系的发明权之争。又如丹麦宫廷的“首席数学教授”、哥本哈根大学教授KSLongomontanus的天文学著作(Astronomia Danica1622),也完全采用第谷体系。直到JBRiccioli雄心勃勃的著作(NeWAlmagest1651),仍然明确主张第谷学说优于哥白尼学说。该书封面图案因生动地反映了作者的观点而流传甚广:司天女神正手执天秤衡量第谷体系和哥白尼体系,天秤表明第谷体系更重,至于托勒密体系则已被弃于地下。
  当时学者们认为第谷体系优于托勒密体系,同时也足以与哥白尼体系一争长短,这是有客观依据的(详见本文第三节)。在修撰《崇祯历书》前后相当长的时期内,在当时欧洲天文学界人士看来,哥白尼学说并没有今天看来这样先进,第谷学说也没有今天看来这样落后。这是当时的客观情况。我们不应该把后人从历史高度得出的认识作为标尺去苛求前人,前人如未能达到这样的认识水平,即以“反动落后”斥之。

 

三、先进与否因判据而异

这一点对我们讨论的问题至关重要。许多讨论都因忽略了这一点而误入歧途。
  我们今天认为哥白尼学说先进,主要是用了“接近宇宙真实情况”这一判据,但是,这一判据显然只有我们后人能用。因为现在我们对宇宙,特别是太阳系的了解已经大大超越了那个时代,我们把今天所知的情况定义为真实,回头看前人的足迹,谁更接近些,方可谈论谁先进。而当时的人们尚在到底是地心还是日心争论不休,还没有一个公认的“标准模型”,因而不可能使用这一判据。
  另一个判据,是当时人们和我们今天都不时使用的,即“简洁”。但是这个判据对哥白尼学说并不十分有利。多年来大量中外普及性宣传读物给人们造成这样的印象:托勒密体系要使用本轮、均轮数十个之多,而哥白尼日心体系则非常简洁。许多读物上转载了哥白尼那张表示日心体系的图。⑦那张图确实非常简洁,但那只是一张示意图,并不能用它来计算任何具体天象。类似的示意图托勒密体系也有⑧,一套十来个同心圆,岂不与哥白尼的同样简洁?实际情况是,哥白尼为了计算具体的天体位置,仍不得不使用本轮和偏心圆。为了描述地球运动需要用3个,月球4个,水星7个,金星、火星、木星和土星各5个,共计34个之多。(P121)这虽比同时代的地心体系少了一些,但也没有什么数量级上的差别。
  还应该指出,“简洁”并不是一个科学的判据,因为它暗含着“自然规律是简洁的”这样一个前提,而这在很大程度上是一个先验的观念。事实上我们根本无法排除自然规律不简洁的可能性。
  这里要讨论的第三个判据,则是古今中外的天文学家几乎一致接受、并且最为重视的,这就是:“由理论推算出来的天象与实际观测之间的吻合”。这个判据中国古代天文学家习惯于用一个字来表述:“密”,即理论推算与实际两者间吻合的密切程度。其反义词则用“疏”。正是这个最重要的判据,对哥白尼体系大为不利,却对第谷体系极为有利。
  那时欧洲的天文学家通常都根据自己所采用的理论体系推算出星历表并出版刊行。这种表给出日、月和五大行星在任意时刻的位置(或者据表作一些计算后可以得到这些位置),以及其他一些天象的时刻和方位。天文学界的同行们可以根据自己的实测来检验这些星历表的准确程度,从而评论其所据体系的优劣。哥白尼的原始星历表在他逝世后由EReinhold加以修订和增补之后发表(Tabulae Prutenicae1551),较前人之表有所改进,但精确度还达不到角分的数量级。事实上哥白尼本人对“密”的要求可以说是很低的,他曾对弟子Rheticus表示:若理论与实测之间的误差不大于10',他即满意。(P128)不管怎么说,与1588年问世的第谷体系相比,哥白尼体系的精确程度确实是大为逊色的。第谷生前即以擅长观测享有国际盛誉,其精度前无古人。例如,他推算火星位置,黄经误差小于2';他给出的太阳运动表误差不超过20”,而在此之前的各种太阳运动表,包括哥白尼的在内,误差都有15'-20'之多!⑨行星方面的对比也极为强烈,直到1600年左右,根据哥白尼理论编算的行星运动表仍有4°—5°的巨大误差。显然,从“密”这一判据来看,第谷体系明显地优于哥白尼体系,这正是当时不少学者赞成第谷体系的主要客观依据。
  与我们所论问题有关的还有第四个判据,这是一个从古希腊天文学开始一脉相传,直到今天仍然有效的判据,即“对新观测到的天象的解释能力”。一种理论体系(或模型)能解释其自身形成之前已知的观测天象是很自然的,因为模型的构造者正是根据当时已知的各种天象来构造模型的;但在模型诞生之后才被发现的新天象,则能对此前的各种模型构成严峻的考验,对这些新天象的解释能力越强,该模型的生命力也就越持久。
  1610年,伽利略发表他用望远镜观测天象所获得的新发现(Sidereus Nuntius),造成巨大轰动。这些新天象对当时各家天文体系形成了天文学史上少有的严峻考验。当时的天文体系主要是如下四家:
  1. 1543年问世的哥白尼日心体系。
  2. 1588年问世的第谷准地心体系。
  3. 尚未退出历史舞台的托勒密地心体系。
  4. 仍然维持着罗马教会官方哲学中“标准天文学”地位的亚里士多德水晶球体系。⑩

  伽利略的新发现则可归纳为六点:
  1.木星有卫星;2.金星有位相;3.太阳黑子;4.银河由众星组成;5.月面有山峰;6.土星为三体(实际上是由光环造成的视觉形象)
  后面四点与日心地心之争没有直接关系(但三、五两点对亚里士多德水晶球体系是沉重打击),木卫的发现虽然为哥白尼体系中把地球作为行星这一点提供了一个旁证,因为按哥白尼学说,地球也有一颗卫星——月亮,但这毕竟只是出于联想和类比,并无逻辑上的力量。最重要的一点是金星位相。
  金星位相的发现对托勒密地心体系是一个致命打击,因为地心体系不可能解释这一天象。但它对哥白尼日心体系却是一曲响亮的凯歌,因为金星位相正是哥白尼体系的演绎结论之一。然而,这曲凯歌却同样也属于第谷的准地心体系,第谷体系也能够圆满地解释金星位相。换言之,第谷体系也同样能演绎出金星有位相这一结论。
  所以在这第四个判据之前,第谷体系也能够与哥白尼体系平分秋色。

 

四、与“中法”的比较

在以第谷体系为基础的巨著《崇祯历书》修撰前后,除了汤若望等耶稣会天文学家能够运用“西法”之外,徐光启、李天经等中国学者也接受并很好地掌握了“西法”——以第谷天文学为代表的西方古典天文学方法。徐光启作为“西法”的“护法神将”,奇迹般地击退了保守派一次又一次的攻势,终于使《崇祯历书》得以修成。徐光启的成功,在很大程度上应该归因于保守派与西方天文学在优劣判据上的共同语言。
  保守派们对于“西法”将要取代中国传统的天文学方法这一点,是痛心疾首的。但是,无论他们对“西法”如何反感、排拒,他们却始终如一地同意采用本文上一节所讨论的第三项判据,即以“密”与“疏”来定优劣。因此他们一次又一次地和对手一起去作实测检验,以此来较量“西法”与“中法”之间的胜负。这个传统一直持续到清代,南怀仁(FVerbiest)与保守派最后一名斗士杨光先之间的公案,仍是在观象台上定下了胜负的。保守派们似乎从未想到采取“釜底抽薪”之术——提出要用另外一种判据来定优劣。从纯科学的角度来说,这样做并不是绝对不可以,并不算违反了自然科学争论中的“比赛规则”。而由于判据上与对手一致同意以“密”与“疏”定优劣,保守派在这场“中西之战”中就不得不以己之短去击敌之长了。
  笔者在《明史·历志》中发现了八条当时两派较量优劣的具体记录。双方各自根据自己的理论预先推算出天象的时刻、方位等,然后通过实测看谁“疏”谁“密”。据笔者见闻所及,这八条记载是考察这一问题的惟一现存的直接材料。内容涉及日食、月食和行星运动三方面。兹按年代先后考述如次:
  1629年日食。“崇祯二年五月乙酉朔日食,礼部侍郎徐光启依西法预推,顺天府见食二分有奇,……大统、回回所推顺天食分时刻与光启互异。已而光启法验,余皆疏。帝切责监官”。当时钦天监官员继续使用中国传统历法《大统历》,钦天监中又设有“回回科”,使用伊斯兰历法推算天象,与《大统历》参照使用。由于用传统方法预报不准,钦天监官员受到皇帝的申斥。
  1631年月食。“夏四月戊午夜望月食,光启预推分秒时刻方位。……已而四川报冷守中所推月食实差二时,而新法密合。”当时巡按四川御史马如蛟“荐资县诸生冷守中精历学,以所呈历书送局,光启力驳其谬”。
  1634年木星运动。“天经预推五星凌犯会合行度,言闰八月二十四,木犯积尸气。……而文魁则言天经所报木星犯积尸不合。……天经又推木星退行、顺行,两经鬼宿,其度分晷刻,已而皆验。于是文魁说绌。”李天经于1633年徐光启去世后接替其领导历局之职,也无形中继承了徐光启作为“西法”代表人物的身份。魏文魁本是布衣,他全力攻击“西法”,一时也颇有影响。“是时言历者四家,大统、回回外,别立西洋为西局,文魁为东局。言人人殊,纷若聚讼焉。”其时外有满清叩关,内有李白成、张献忠辈问鼎,当此内外交困、大厦将倾之际,却能有如此一番天文学说的争鸣繁荣,很值得玩味。
  1635年水星、木星运动。“天经推水星伏见及木星所在之度,皆与大统各殊,而新法为合。”
  1635年木星、火星、月亮位置。李天经“又推八月二十七日寅正立刻,木、火、月三曜同在张六度;而大统推木在张四度,火、月张三度。至期,果同在张六度”。
  1636年月食。“九年正月十五日辛酉晓望月食。天经及大统、回回、东局各预推亏圆食甚分秒时刻。天经恐至期云掩难见,乃按里差推河南、山西所见时刻,奏遣官分行测验。其日,天经与罗雅谷(Jacobus Rho)、汤若望、大理评事王应遴、礼臣李焻及监局守登、文魁等赴台测验,帷天经所推独合。已而河南报尽合原推。”不难看出,这是当时“言历四家”的一次重要较量,规模很大,事先准备也很周密。
  1637年日食。“十年正月辛丑朔日食,天经等预推京师见食一分一十秒,……大统推食一分六十三秒,回回推食三分七十秒,东局所推止游气侵光三十余秒。而食时推验,惟天经为密”。
  1643年日食。“迨十六年三月乙丑朔日食,测又独验。”这里“测又独验”者仍是李天经。
  一眼就可以看出,这八次较量的结果是八比零——“中法”全军覆没。第谷天文体系通过这些较量确立了对“中法”的无可争议的优越地位。
  会不会由于《明史·历志》的作者出于对“西法”的偏爱,将结果对“西法”不利的较量及其记录刊落了呢?基本上可以排除这种可能性。《明史》成于1679--1739年间,正是“西学中源”说甚嚣尘上的时候,整个氛围倒是对“中法”十分偏爱,如果有对“中法”有利的记载,一般来说至少不会被有意刊落。
  第谷体系所代表的“西法”对“中法”的优越地位,虽然使许多中国人士在感情上难以坦然接受,却也使一些中国天文学家心悦诚服。这很可能是由于天文学家的职业训练,使他们更容易被“西法”的证据所说服。有一个不太为人注意的历史文件可以为我们提供生动的例证。在“言历四家”辩论的热潮中,有“钦天监在局习学官生”周胤等十人联名发表一篇与魏文魁论战的文章⑩,其中谈到他们自己如何逐步被“西法”折服的过程:
  “向者己已之岁(1629年——引者案),部议兼用西法,余辈亦心疑之。迨成书数百万言,读之井井,各有条理,然犹疑信半也。久之,与测日食者一、月食者再,见其方位时刻分秒无不吻合,乃始中心折服。”最终使他们折服的仍是“西法”之“密”。最后他们对“西法”作出的评价是:“语语皆真诠,事事有实证,即使尽起古之作者共聚一堂,度无以难也。”

 

五、余论

综上所述,我们有如下结论:
  直到17世纪初,第谷天文体系在欧洲仍被认为足以与哥白尼体系一争长短。
  在“简洁”、“密”、“解释新天象”这三个有效判据面前,第谷体系在“简洁”上逊于哥白尼体系,在“解释新天象”上与后者平分秋色,而在“密”方面大大超过后者。
  第谷天文体系也明显由于当时中国的传统天文学,当时的中国天文家几乎一致同意以“密”作判据来定优劣。
  现在可以回到本文开头所提及的问题上来了。耶稣会士向中国人传播天文学的动机,主要是为了帮助传教,这一点是没有问题的,但从这一点出发,并不能逻辑地推断出耶稣会士必定要“阻挠”中国人接收哥白尼体系、必定要把“陈旧落后”的东西塞给中国人这样的结论。耶稣会士既想通过传播西方天文学来帮助传教,他们当然必须向中国人显示西方天文学的优越性,这样才能获得中国人的钦敬和好感。那么,他们只能、而且必须拿出在中国人也同意使用的判据之下为优的东西,才能取得成功。这种东西在当时不是别的,只能是第谷天文体系。这同时也有助于说明耶稣会士们为何不采用哥白尼体系。如果他们真的采用哥白尼体系,“西法”就不会有八比零的大获全胜,就很难得到周胤这类中国天文学家的“中心折服”。如果在精度问题上败于“中法”,那西法就几乎不可能在最终取代“中法”,耶稣会士的“通天捷径”也就走不通了。当然,耶稣会士在当时不采用哥白尼体系,还有包括宗教神学等方面的其他一些原因,笔者将在另文中详加探讨。

 

 

参考文献

(1) 江晓原:《中国古代历法与星占术——兼论如何认识中国古代天文学》,《大自然探索》1988(3)
(2) 林健:《西方近代科学传来中国后的一场斗争》,《历史研究)1980(2)
(3)《利玛窦中国札记》中译者序言,20页,中华书局,1983
(4) 何兆武:《略论徐光启在中国思想史上的地位》,《哲学研究》1983(7)
(5) 江晓原:《第谷天文学说的历史作用:<西方与东方>》,《大自然探索》1987(4)
(6) CopernicusCommentariolussee ERosen3 Copernican TreatisesDover1959P58
(7) 该图的手稿影印件可见NMSwerdlowONeugebauerMathematical Astronomy in Copernicuss De RevolutionibusSpringer-Verlag1984P·572
(8) 一个典型的例子可见ABerryA Short History of AstronomyNew York1961P·89
(9) J.LEDreyerTycho BraheEdinburgh1890P·346P334
(10)
关于亚里士多德水晶球体系及其与托勒密天文学之关系,历来误解甚多,参见江晓原:天文学史上的水晶球体系,《天文学报》1987(4)
(11)《明史·历志一》,收入《历代天文律历等志汇编》第十册,中华书局,1975。以下引文皆出此。
(12) 江晓原:《试论清代“西学中源”说》,《自然科学史研究》1988(2)。

 

 

 

2003年7月26日加入