前不久,世界最大的天文望远镜——500米口径球面射电望远镜(英文简称fast)在贵州省平塘县克度镇大窝凼村正式落成启用。这只“天眼”是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜,将主要用于实现巡视宇宙中的中性氢、观测脉冲星等科学目标和空间飞行器测量与通信等应用目标。
望远镜的发明为我们掀开了洞察宇宙大舞台的幕布。但望远镜出现之前,祖先们凭借着肉眼和丰富的想象力进行的思索,总让我们心生敬畏。
发源于古希腊
如果说今天的科学乃至天文学,区别于其他文化,这些差别就发源于古希腊。天文学提供给我们的不仅是数据、方法、技术,更是一种思维路径,一种讲人与世界相互连接的总习惯。这个地中海边的古老民族,最伟大之处在于,他们异想天开地发明了一个概念,这个概念在其后的几千年的人类历史上,从未在别的民族的文化中出现过。这个概念就是“自然”。
中国古代也提出了自然的概念,道家说“人法地,地法天,天法道,道法自然”,这里的自然与古希腊的自然概念很不一样。我们今天说自然,指的是包括动物、植物、大气、水、土地在内的一个生态系统,俗称大自然。古希腊人提出的自然概念,其深层次的内涵,指的是抽象的事物本质。古希腊人认为什么才是自然呢?事物内部隐含着的内在的本质原因才是自然,抽象的,脱离事物本来面容的特质才是自然。
抛开哲学和科学史不谈,通俗地说,古希腊人心中的自然,就是本质。古希腊语言中这个词与后来的“物理学”是一回事。在古希腊人心中,这样的东西是规律,是原因,是自然。
后来,古希腊人谈论的知识内容逐渐地固定下来,系统化地发展成七门基本学科:文法、修辞、逻辑、算术、几何、天文、音乐。前三门是为了让人在辩论和演讲的时候有更好的口才,后面四门更多的是在养成人的道德。音乐的本质是数量的和谐,天文的本质是天地观测,几何的本质是空间关系,算术的本质不是计算数字,而是领悟万事万物都有客观的规律表达。
古希腊先后诞生了多个著名的学派。毕达哥拉斯学派,最早认识到地球是圆的。柏拉图学派,提倡讨论要从实际问题出发,坚持用数理逻辑指导精神世界。柏拉图学派集大成地提出了天文学的统一观念:我们生活在地球上,地球之外,笼罩着一个天球,地球位于中心。更多的细节和修饰都围绕着地球和天球展开,这就是著名的“两球模型”。
古希腊人相信,距离地球最近的月亮是区分天上和人间的界限。月亮以下的空间是人间,有四种基本元素构成,沉重,不稳定,混乱,多变。月亮以上的空间,是天界。所有的天体,不会横冲直撞。它们各自安放在所属的水晶天球上做着机械运动:旋转。
没过多久,细心的人们发现了这个体系的害群之马。第一,有几颗行星(举例来说是行星)总不按照规律运动,时不时地会停着不动甚至逆行几天。第二,四季的分布并不均匀。要解释这些问题,无非两种选择。要么,放弃天界完美的信仰,接受上述的不完美;要么,坚持天界完美永恒不变,但必须给出充分的解释。古希腊人选择了后者,这项工作并不容易,从古希腊人开始,延绵一千多年的这项天文学史上最重大的工作,史称“拯救现象”。
古希腊晚期的天文学集大成者托勒密,在拯救现象的工作上成果显著。托勒密自己的工作加上他对前人工作的总结,写成了巨著《天文学大成》。他的成就千年来都没人能突破。托勒密创造性提出本轮+均轮的办法解决了拯救现象的大课题。火星并不是直接围绕地球转的。火星围绕一个中心转,这个中心再围绕着地球转。火星自己围绕中心旋转的小球就是本轮,整个本轮带着火星一起围绕地球运动的天球就是均轮。其他行星类似,通过增加本轮,可以获得与实际观测完全一致的水晶球模型。这一切都依赖托勒密高深的数学技巧和惊人的想象力。一整套宇宙体系就此诞生,而且经得起观测的检验。
古希腊天文学,与其他学科一道,成为今天科学的奠基石。它们或许有着不成熟的思维模式,却造就了今日科学的内在性格。将科学,视作对本质规律的探寻,视作个人之外的存在,视作高尚的情怀。