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。

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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。

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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 Claudius Balbillus」碑文知道它確實存在過。亞歷山大圖書館創建當時大約是中國的竹簡流行,老子、孔子等諸子百家思想開始流傳的年代。

傳說亞歷山大圖書館是希臘的文化知識中心,藏書達七十萬卷,當年托勒密一世更不惜以利誘、欺騙、賠償等方法在世界各地收集書本,可見當時社會對文化知識的重視程度。

亞歷山大圖書館興盛達數百年之久,托勒密時代是它的全盛時期。然而亞歷山大圖書館的消亡卻充滿了神秘。根據為數不多的史料記載,現今人們只知道它先後毀於兩場大火。於公元前47年,凱撒 (Julius Caesar,約公元前100—44年 ) 在征服埃及亞歷山大一戰中,焚燬了位於布魯卻姆 (Brucheium) 的總館,館內珍藏過半被毀。其後安東尼 (Mark Antony,約公元前83—30年 ) 曾將由柏加曼城 (Pergamum) 圖書館掠奪之書籍20萬卷贈予埃及女王克莉歐佩特拉 (Cleopatra,公元前69—30年 ),以賠償凱撒所焚燬之損失,但不久後又再次被毀。

在公元紀元後,亞歷山大圖書館日漸式微,其藏書中的一部分被運至羅馬,以充實羅馬圖書館的館藏。然而,在後來亦毀於三世紀末葉羅馬皇帝奧勒利安 (Aurelian) 統治時期發生的內戰。至公元391年,位於六翼天使神廟的分館也毀於基督教徒之手,亞歷山大圖書館的藏書和建築至今無一倖存。

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隨著西里爾主教 (Cyril,375—444年 ) 指使暴民摧毀亞歷山大圖書館,殘忍地殺死古希臘文明的最後一位捍衛者海芭夏 (Hypatia,350—415年 ) 之後,歷史正式進入代表著人類科學智慧空白時期的「黑暗時代」。隨之而來的是宗教控制人民的思想,由那時起,人們失去了思想、言論、宗教自由。公元415年,西里爾指使暴民把海芭夏從馬車上拖下來,撕掉她的衣服,用鮑魚殼把她的肌肉削下來,並燒毀她的屍體。海芭夏的名字漸漸被世人遺忘,而後來西里爾卻受封為聖徒。這個世界從來就是如此的荒謬,不堪入目。

由海芭夏之死,到哥白尼、伽利略及牛頓的時代,足足有千多年的空白。我們能夠追回這些已經錯失的時間嗎?抑或在此之前,人類就已經自我毀滅了,消失於這個浩瀚無邊的宇宙之中?歷史是我們的鏡子,我們在鏡子裡頭看見自己。

阻礙科學進步的並不是理論本身,而是自我封閉、死守教條的傾向。現代科學的發展步伐,比過去任何一個時代都要來得急促。我寫這篇文章的目的,一方面希望令讀者明白西方文明的源頭;另一方面,我更希望現在的學生,特別是香港的學生,能夠向這些巨人們學習,學習他們的科學精神。

並不是人類的未來靠下一代,而是人類有沒有未來,全看我們如何把知識薪火相傳。

—— 《古希臘的科學》全文完 ——

*本文的封面圖片為拉斐爾 (Raffaello Sanzio) 在1509年所畫的作品《雅典學院》(The School of Athens)。畫裡正中間的兩個人,左邊的是柏拉圖 (Plato),右邊的是阿里士多德。柏拉圖手指向天,認為智慧來自理想形式的世界;阿里士多德手指向地,認為知識應來自觀察及經驗。兩師徒對世界的看法各異,但他們互相尊重。在畫中還畫有畢達哥拉斯、亞歷山大、色諾芬、海芭夏、蘇格拉底 (Socrates)、赫拉克利特、第歐根尼、亞基米德、托勒密和拉斐爾自己等等。

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One thought on “古希臘的科學 (六) 科學的最後守護者

  1. […] 大家都知道光線的基本特性就是以直線前進和會反射。歷史記載第一個以數學歸納出光線的反射定律的人,就是公元前 3 世紀的古希臘數學家歐幾里德。公元 2 世紀,托勒密亦歸納出光線的折射定律。古希臘人對視覺的本質分為兩派。一派認為眼睛會發射觸手出去,接觸到物件就看得見了(有點毛骨悚然);另一派認為光線是由細小的微粒所構成,視覺是因為這些微粒進入眼睛。今天我們知道後者是正確的,然而在古希臘時期大部分人都不相信光的微粒理論。 […]

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