1500年前后，正在意大利求学的尼古拉·哥白尼接触到了天文学。他受到毕达哥拉斯和柏拉图的影响，相信天体的运动是简单和完美的，但是托勒密体系显然不够简洁。他还发现，早已有人提出过不同于亚里士多德和托勒密的宇宙观，比如毕达哥拉斯学派认为宇宙绕着一团“中心火”转动，公元前3世纪的阿里斯塔克提出太阳是宇宙的中心。因此，当哥白尼在波兰弗龙堡担任教士期间，他思考如果以太阳为中心，是否就能更合理地描述宇宙的结构。1530年前后，他的新理论开始在学者之间流传，但碍于不符合教义而迟迟没有发表。直到1543年他去世前夕，《天球运行论》才得以问世。

《天球运行论》提出了被称为“日心说”或“地动说”的哥白尼体系。据此，太阳居于中央，水星、金星、地球（带着月球自转）、火星、木星和土星从内到外绕日转动，恒星位于最外侧。就认识论而言，“哥白尼的变革”——摆脱自我中心主义的视角当然是划时代的创举，但在天文学史上，“地动说”取代“地静说”并非如后人所想象的那般轻巧。哥白尼没有能力也没有意愿推翻旧秩序，他只是迈出了第一步。

从很多方面来看，哥白尼更像是托勒密的继承者，而非颠覆者。他既延续了亚里士多德物理学，坚持球体和匀速圆周运动，又沿用了托勒密的天文概念、数学方法和几何表述，包括本轮、均轮和偏心圆，唯独省去了偏心匀速点。尽管他的模型能更好地解释行星的逆行运动和亮度变化，却仍旧以34个彼此啮合的圆周为基础，其复杂程度和预报能力较托勒密体系并无优势。“哥白尼的思想飞跃是如此伟大，但他其余的观念和想象却仍然那么传统。”

由于观测不到恒星的周年视差，且无法解释地球运动可能带来的混乱，哥白尼体系尽管受到了学界的广泛关注，却只是被当作一种便于使用的数学假说，而不是宇宙真实情况的反映。取代托勒密体系的新理论首先来自丹麦天文学家第谷·布拉赫。

第谷·布拉赫

与哥白尼不同，第谷是职业天文学家。他发现过去的星表预报天象已经有很大误差，于是立志加以改进。1572年，仙后座爆发了一颗超新星，第谷的计算结果是它位于恒星天球，挑战了月上世界永恒不变的观点。1576年，丹麦国王克里斯蒂安四世把汶岛赐给第谷做研究，他便在岛上筑起了当时规模最大、设备最齐全的观象台——天堡，在那里一直观测至1597年。

经过20年的坚守，第谷将裸眼观测技术推向极致，积累了有史以来最精确、最完整的持续观测记录。依靠强大的数据支撑，他提出了非常符合观测结果的宇宙结构，即地球静止在宇宙中央，太阳和月亮围绕地球转动，其他行星围绕太阳转动。第谷体系是托勒密和哥白尼体系之间的折中方案，兼顾了两者的优势，也顺应了传统的神学和物理学观点。它取代了托勒密体系，成为主流学界和天主教会一度认可的宇宙模型。

可惜，第谷体系尽管是最完善的地心说模型，最终还是难免落伍的命运。但是，第谷的功绩不可磨灭，特别是他给后世留下了前无古人的观测数据库。同样重要的是，他选择了一位卓越的继承人——约翰内斯·开普勒。

约翰内斯·开普勒

1577年，当一颗彗星出现，第谷认为其位于月上世界，从而能够打破想象的水晶天球之时，开普勒年仅6岁。他出生在德意志南部的符腾堡公国，那里的经济生活不算太发达，还没有摆脱宗教改革带来的信仰冲突。开普勒的祖父和外祖父都是商人，在各自的城镇当过市长，但他的父亲不务正业，后来参加雇佣军而客死他乡，给他的家庭带来了不小的负担。

开普勒是早产儿，从小体弱多病，高度近视，幸亏他天资聪颖，被图宾根神学院录取，在那里树立了成为新教牧师的志向。没想到，就在毕业前夕，他被派往施泰尔马克公国的格拉茨担任数学教师。

在图宾根期间，开普勒开始对数学和天文学感兴趣，并在老师迈斯特林的引导下接受了哥白尼的观点。他在格拉茨继续坚持这项研究。之所以如此执着，主要是因为他受到毕达哥拉斯和柏拉图的影响，相信“上帝参照几何模型创造了世界，以及人的理性有能力认识这一模型”。他决心用一生寻找和证明宇宙神圣而完美的秩序。

开普勒发现，正多面体只有5种，它们的内切球和外接球的比例与6颗行星的轨道大致吻合。他于是认为，上帝就是按照几何学原理创造宇宙的，太阳则通过“灵”的作用把行星束缚在轨道上。据此，他在1596年发表了以哥白尼体系为基础的处女作《宇宙的奥秘》。

他把作品寄给专家同行，引起了已经成为神圣罗马帝国皇帝御用数学家的第谷的注意。后者邀请由于信仰原因被逐出格拉茨的开普勒来到布拉格，最终让他接过了御用数学家的衣钵。据说，第谷生前叮嘱开普勒必须按照第谷体系，而不得按照哥白尼体系构建新的行星理论。

1597年夏天，比开普勒年长8岁的帕多瓦大学教授伽利略·伽利雷也收到了《宇宙的奥秘》。伽利略回信致谢，他透露了自己赞成哥白尼的秘密立场，称开普勒是“探索真理的伙伴”。开普勒对觅得知音激动不已，提议共同支持哥白尼体系，甚至准备公开伽利略的来信。可是，他的热情似乎吓退了伽利略，两人的初次通信就这样戛然而止了。

伽利略生于比萨一个没落的城市贵族家庭，父亲文琴佐是琉特琴师和音乐理论家。作为文艺复兴的摇篮，此时的北意大利虽然受到新航路开辟带来的冲击，但依然是欧洲商业最发达、文化最繁荣的地区。伽利略年少时曾在修道院学习，差点做了教士，后来又想成为画家。家里则希望他成为一名医生，但他由于经济原因未能完成学业。不过，在父亲的影响下，伽利略不仅熟悉了贵族社会的生活方式，也掌握了实证主义的研究方法。他展现出数学和物理学方面的非凡天赋，19岁就发现了摆的等时性，又发明了流体静力学天平，在知识界崭露头角。

伽利略·伽利雷

1589年，伽利略成为比萨大学的数学教师，1592年又前往帕多瓦大学任教。威尼斯共和国提供了宽松的学术氛围和发达的工商业网络，使他迎来了一段在理论和实践方面都非常高产的时期。他在自建的工坊里发明了比例规、水泵、测温仪和军用罗盘，并将科学成果转化成商业利益和政治资源。正当他在物理学和工程学道路上迈进的时候，一件新事物彻底改变了他的人生轨迹。

1608年，尼德兰眼镜匠利普希用两枚透镜制作出能够放大远处物体的仪器。次年，消息传到意大利，伽利略立刻意识到这项发明的军事和商业价值，于是利用威尼斯的便利条件，很快就在工匠的配合下制作出倍数更高、成像更清晰的望远镜，并向威尼斯及各国权贵进行了推销。不过，伽利略没有料到望远镜的真正潜力，直到秋冬之交的某个夜晚，他有意无意地将放大20倍的镜筒对准星空，才发现了一片未知的天地。

伽利略关于月球处在不同相位的著名黑白绘图，其中一幅草图上画着一座典型的月球环形山。

伽利略不是天文学家，但新仪器为他带来了无与伦比的优势。几个月间，他通宵达旦地守在望远镜前，先后发现了月球表面的凹凸不平和木星的四颗卫星，颠覆了人们对宇宙的认知。为了保住发现权，他迫不及待地出版了《星际信使》，一开始却遭到同行的质疑和嘲讽；为了实现回归宫廷、跻身上流社会的抱负，他又将木星的卫星献给美第奇大公，但还缺少一位专家的鉴定。关键时刻，开普勒伸出了援手。

此前，开普勒利用第谷留下的观测记录，不断完善自己关于宇宙秩序的构想，其间还研究了一颗以他的名字命名的超新星。在计算火星轨道的过程中，他意识到托勒密、哥白尼和第谷体系都存在缺陷，于是毅然摒弃了长期被奉为真理的匀速运动和圆周运动。虽然他仍离不开亚里士多德的物理学，但他通过大胆推论，误打误撞地获得了正确的结果。同时，在吉尔伯特《论磁》的启发下，开普勒将行星运动的原因从“灵”修改为太阳的吸引力，尽管他无法解释力的来源。

1610年，伽利略夜复一夜地记录下他观测木星卫星的情况。

1609年，就在伽利略赶制望远镜的时候，开普勒发表了《新天文学》。他提出了行星运动第一定律（行星沿椭圆轨道绕太阳运动，太阳位于椭圆的一个焦点上）和第二定律（太阳和行星的连线在相等时间内扫过相等的面积），用一种圆锥曲线——椭圆就取消了所有的本轮、均轮和偏心圆，使天空一下子变得不那么完美，却极为简洁与合理。然而，开普勒体系如此具有颠覆性，使得它在接下来的动荡年代未能引起足够的反响。

1610年4月，开普勒收到了期盼已久的伽利略的消息。在无法用望远镜验证的情况下，他果断为阔别13年的伽利略出具了鉴定，甚至公开发表了赞扬后者的评论。开普勒之所以甘冒风险做出担保，既是基于他自己的天文学和光学素养，也是出于对伽利略作为志同道合者的高度信任。

得益于开普勒的力挺，伽利略如愿成为托斯卡纳大公的数学家和哲学家，两人开始了一段频繁通信的时期。伽利略遮遮掩掩地通报了他对金星相位、土星的“跟班”和太阳黑子的观测情况，时刻不忘保护自己的发现权，也没有对开普勒的工作给予足够的重视。更可惜的是，这番互动是如此短暂。随着开普勒1612年离开布拉格，两人的联系很快又中断了。

此时，欧洲已经处在三十年战争的前夜，各地的政治和宗教冲突愈演愈烈。哈布斯堡家族内部矛盾激化，战火一直烧到了布拉格。由于遭遇长期欠薪，开普勒本不宽裕的生活更加艰难，正考虑赴林茨担任数学教师。谁料，在这兵荒马乱之际，他的家庭也横遭打击。到了林茨，他被排除在信仰活动之外，还得设法解救被指控为女巫的母亲。然而，在这远离学术圈的孤独之境，他也没有放弃单枪匹马式的研究。

1619年，开普勒写出了《世界的和谐》，把宇宙的结构解读为一曲气势恢宏的永恒交响，并在书中提出了行星运动第三定律（行星公转周期的平方与轨道半长径的立方成正比）。1627年，开普勒又以违背第谷遗愿的方式完成了第谷的遗志，《鲁道夫星表》最终将确立开普勒体系的主流地位。此时，他已被逐出林茨，之后短暂地为瓦伦斯坦效力。1631年，开普勒在讨薪途中病故，结束了颠沛流离的一生。

在一封落款为1610年8月9日的信中，开普勒请求伽利略说明，哪些人能够证明对木星卫星的观测。

相比之下，伽利略要幸运得多。他的观测成果很快获得了包括教会学术权威克拉维乌斯在内的广泛承认，他的声望也在1612年春季的罗马之行中达到顶点。但是，望远镜尚不能判定日心说和地心说孰是孰非，而哥白尼的学说不再被视作假说的风险却引起了天主教会的警觉。1616年和1619年，《天球运行论》和开普勒的著作相继被列入了禁书目录，伽利略也受到了警告。

1623年，随着友人当选为教宗（乌尔班八世），伽利略认为主张哥白尼观点的时机已经到来。他忘记了自己身处教会的势力范围，其咄咄逼人的态度也为自己树敌甚多。在1632年出版的《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中，他没有按要求将哥白尼体系表述为假说。不巧的是，教宗正由于权威受损而变得敏感，他对伽利略的新作大发雷霆。结果，年届七旬的伽利略被召至罗马受审。他没有为科学殉道，而是在发誓放弃日心说之后被判处终身软禁。

因祸得福的是，伽利略渐渐从打击中恢复过来，重新拾起了搁置已久的力学研究。1638年，已经双目失明的他发表了《关于两门新科学的对谈》，依靠几何学和实证方法阐述了惯性定律、落体运动和抛体运动，彻底摧毁了亚里士多德物理学的大厦。这是他为后世留下的最重要的遗产。

四年后，伽利略和开普勒一样在孤独中离世。不同的是，伽利略生前和身后始终备受景仰，他被迁葬至有“意大利先贤祠”之称的佛罗伦萨圣十字教堂，1992年终获天主教会平反。反观开普勒，他生前穷困潦倒，死后就连坟墓也在战乱中不知所终。

佛罗伦萨圣十字教堂

伽利略和开普勒——这两个熠熠生辉的名字常常被当作日心说的共同推动者相提并论。他们都怀着解读“自然之书”的崇高理想，都拥有十年一日、百折不挠的强大意志，也都属于支持哥白尼的少数派——后人有理由想象，假如两人能够携起手来，日心说的胜利是否就能更早到来？

令人遗憾的是，伽利略和开普勒尽管有许多共同的朋友，后者也希望两人直接对话，但他们终究未曾谋面，更没有并肩作战。托马斯·德·帕多瓦的故事显示，他们的风格截然不同，他们的关系也要比乍看起来微妙得多。通过分析两人的通信，作者得出结论说，他们代表着两种至今可见的学者类型，“他们的交往之所以不成功，是因为他们不同的性格、各自的抱负和提问的方法”。

后世虽然将两人并称为天文学家，但严格来说，伽利略主要是物理学家。相比之下，他在天文学领域的成就大多是可复制的。在那个“平行发现的时代”，他既不是望远镜的发明者，也不是用望远镜观察星空的首创者。他不追求用观测数据佐证他的观点，也不重视开普勒的椭圆和《鲁道夫星表》。他的不凡之处在于，通过与手工匠和艺术家密切合作，将研究结果精确和系统地呈现出来，使人耳目一新。

开普勒主要是数学家。他依靠深厚的算术和几何功底，先后就宇宙的构造提出了20多条具有独创性的定律。它们大多艰涩难懂，远不如望远镜观测那样直观和动人。可是，就算其中只有三条是正确的，也足以推翻不容置疑的匀速圆周运动。它们不仅否定了托勒密体系和第谷体系，实际上也重构了哥白尼体系。考虑到他的发现历程太不寻常，“如果没有开普勒的发现，天文学的后续发展也许会延迟整整一个世纪”。

科学是一个追求真理的动态体系，但它既不等于真理，恐怕也不能获得绝对真理。它只是一种建立在不确定性之上的方法，依赖于独立思考和价值引导。伽利略和开普勒能提出许多反驳地心说的论据，却无法证明日心说的绝对正确。他们之所以认定地球围绕太阳运动，是因为他们受到新柏拉图主义哲学的影响，笃信上帝的至善、宇宙的秩序和太阳的特殊。卡尔·波普尔说：“每一个科学发现都包含‘非理性因素’，或者在柏格森意义上的‘创造性直觉’。”

所以，科学革命不是经验取代超验或者理性战胜迷信的简单过程。众所周知，1600年的火刑和1633年的审判塑造了科学史上的最大反派。但事实上，宗教不是科学的反义词，天主教会也不是科学的死敌。它一度保护和推动了科学的发展，此时却在宗教改革与反宗教改革的背景下陷入了教条主义和保护主义，对异端的打击波及了整个思想界。不应忘记，早期的科学家——哥白尼、伽利略和开普勒都是虔诚的基督徒，耶稣会士甚至将不少最新成果带到了东方。

（节选自《宇宙的奥秘：开普勒、伽利略与度量天空》，托马斯·德·帕多瓦 著，盛世同 译。部分图片来源于网络，侵删。）