西方文化回顾（4）：科学兴起
蒋闻铭
古希腊文化的集大成者亚里士多德 （Aristotle），是千年一出的天才。他写了不少书，将五花八门的学问，哲学天文学逻辑学物理学，分门别类系统化。 天主教代表神说话，就拿亚里士多德的书来回答问题。不过代神说的话，就不容置疑不能改了。所以接下来，什么事都必须以亚里士多德的书为准。比如天文学家，每天把行星的位置记下来，看它们的运动，是否有轨迹可循，这个没问题。但是，不管你怎么看，地球必须被固定在世界的中心，所有天体，不但要围着地球转，而且还要做匀速圆周运动，这就是托勒密（Claudius Ptolemaeus）的地心体系。
下面就到了哥白尼和日心说。哥白尼是波兰的一个神父，虔诚的天主教徒。看行星算轨道，是他的业余爱好。算了好多年，有一天突发奇想，问自己如果第一个轮子，不以地球，而是以太阳为圆心画， 算行星轨道，是不是可以少用几个轮子。他一试，还真能少用不少。这就是他的日心说，不过他也知道，说地球绕太阳转，教会肯定不能同意，是要命的麻烦，所以他的《天体运行论》，临死前才敢发表。
不过让原本不动的地球转起来，不管是自转还是公转，不单天主教会不能同意，讲科学实际的人，也不同意。这些人不同意地球绕太阳转，最主要的一条理由，是如果地球绕太阳，从这边转到那边，人看星星的角度，就会有一个偏差。但是这个偏差，怎么测也测不出来。这个自然是因为恒星离地球太过遥远，要测出这个视角差，当年的观测手段能力，远远不够。 离得最近的恒星，到地球的距离大约是4.5光年。光从太阳走到地球，要八分钟，走到最近的恒星，要四年半。
这么遥远的距离，当时的人做梦都想不到。所以测不出视角差，结论只能是日心说不对。错了怎么办？就又搞折衷主义，让行星绕太阳，让太阳绕地球。这样既能少用不少轮子，又没有视角差的问题。这就是第谷 （Tycho）的折中体系。从数学模型看，这个体系比地心说更离谱。不过第谷不但有当时最好最全的观测数据，而且用他的模型算，理论和观测，吻合度最高。这些数据，他死后传到了开普勒 （Kepler）手上。
说起开普勒，也是奇葩。罗素在《西方哲学史》里，对开普勒的评价很有趣。他说一个人，没什么聪明才智，凭着勤奋努力一根筋，再加上好运气，能有什么样的成就，可以拿开普勒做参考。从古到今，大家想都不想，都认定了天体做匀速圆周运动。开普勒不知道为什么，不爱足球偏爱橄榄球，异想天开，拿着从第谷那儿得来的数据，用椭圆去描行星的轨道。不成想还真被他蒙对了，这一描，描出了行星运动的三大定律。第一大定律，是行星绕太阳转，轨道不是圆，是椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上；第二大定律，是行星和太阳的连线，单位时间内，扫过的面积，是常数；第三大定律，是不同的行星绕太阳一周的周期，与它的椭圆轨道的长轴的二分之三次方成正比。
第一大定律的意思，应该谁看了都能明白。第二大定律，是角动量守恒定律， 说的是地球绕太阳转的角速度，与地球和太阳的距离的平方成反比。这就是说，地球绕太阳转有快有慢，离太阳越近，走得越快，越远，走得越慢，而且这个快慢，应用第二定律，可以准确无误地算出来。第一定律和第二定律，开普勒是用火星的数据得来的。第三大定律，要对不同的行星的运动做比较，所以比第一第二定律，晚出来十年。
下面说伽利略 (Galileo Galilei)。哥白尼的书，是技术性很强的专业书。算行星轨道的人，本来就少，所以开始的时候，地心还日心，在意的人不多。但是说者无意，听者有心。伽利略知道怎么眼镜片。他别出心裁，把眼镜片磨成了天文望远镜。往天上一看，行星也有卫星，也跟月亮似的，有盈有亏。接下来大家就都磨望远镜往天上看，这件事可就闹大了。教会一看不对头，宗教裁判所请伽利略喝茶，让他认错。伽利略不想上火刑架，老老实实认错，可是已经晚了。会做天文望远镜，看过行星卫星盈亏的人，多了去了。
伽利略最著名第二件事，是从比萨斜塔上往下扔重量不同的球。他的结论，第一，地球对所有物体都有吸引力， 这个伽利略就知道，不用等苹果掉到牛顿头上；第二，地球对表面物体的吸引力产生的加速度，与物体的重量无关。有了这两条，能想到太阳对地球也有吸引力，用不着是天才。问题是这个吸引力有多大，这个再想想其实也容易，质量越大，引力越强，距离越远，吸引力就越小。 所以后来胡克 （Hook）说万有引力定律是牛顿从他那儿听去的，也不是没有可能。当年他是英国皇家科学院的院长，老资格，牛顿是他的后辈。
力和加速度成正比，又是从伽利略那儿来的。这时候已经有了微积分，加速度是二阶导数，牛顿就写了个方程式。 方程式写下来，解起来不难，但是解出来一看，了不得。地球的轨道，是椭圆，开普勒的三大定律，轻而易举都从这个方程式里溜了出来。一个人在纸上写了一行，倒来倒去，居然一点不差推出了行星运动的三大定律。关键是这几行，给学过微积分的大学生写出来，简简单单，大家都看得明白。
你要是说大学生都看得明白，没什么大不了，你就错了。一个人从幼儿园学数数开始，小学五年，加减乘除，分数小数；初中三年，几何代数，高中又是四年，直角坐标三角函数，才到微积分，一环扣一环，想想看是多大的一个工程。
科学的兴起，现代天文学是当仁不让的里程碑。虽然行星绕太阳转，地球降了格，不再是世界的中心。但是人非但没有感到失落，反而从新兴的科学理论中，找到了前所未有的自信。人在神面前不再卑微，在自然的力量面前感到的，不再是恐惧。人类能够应用自己的聪明才智，去理解驾驭自然。培根 （Francis Bacon）说知识就是力量的时候，他表达的，是人类从科学的兴起中取得的强大无比的自信。 知识就是力量，是人类对大自然的宣战书。人和动物不同，是因为人有智识，有能力对自然现象做理性的解读。人类智识的最高成就，是微积分，经典力学，万有引力定律。
现代文明，德先生赛先生，源头是赛先生，没有现代科学的兴起，就不会有现代文明的社会。我们现在的这个物资精神无比丰富多彩的世界，都是从是微积分，经典力学，万有引力定律这三样那里来的。
