彗星的科学与政治

作者: 陈方正

来源: 赛先生

发布日期: 2017-03-27

本文探讨了彗星从古代被视为灾异动乱的凶兆,到近代被科学解释为自然现象的过程,以及这一过程中涉及的科学和政治因素。文章详细介绍了彗星在不同历史时期的文化和科学意义,以及它如何影响科学理论的发展和启蒙运动的兴起。

彗星向来被认为是灾异动乱的凶兆,因为常见的天象要么像恒星,是固定不变的,或者像日月行星,是遵循规律运行的。彗星不然,它出没无常,不能预测,又巨大光耀,持续相当时日,和一闪即逝的流星不同。因此,把它和无从预测、破坏社会秩序的灾难动乱联系起来,是很自然的。例如,凯撒大帝被暗杀,威廉公爵渡海征服英格兰之前,据说都曾经有彗星出现。

在中国,从明代发现的唐代著作《开元占经》可知,早在战国时代,彗星就有拂星、扫星、天棒、天枪、天钩等形状的描述,它被揣测为行星逆行过度、“逆气所生”、“君为祸”所致,又认为是谋反、天子驾崩、天下大乱、饥荒、改朝换代等的凶兆。长沙马王堆帛书上也有大量彗星图像,旁边注明了灌、蒲、房、蚩尤旗、翟等象形名称,说明那时的观察是非常丰富和仔细的。

希腊早期自然哲学家对彗星的说法却不一样,例如,有人认为,它其实是行星的一种,只不过周期极长,运行面接近地平面而已。亚里士多德在他的《天象学》中反驳这种说法,指出彗星和我们熟知的行星规律不同,因为它是在空中逐渐隐没,而不是像行星那样,落到地平线下。所以他认为彗星并不比月球更遥远,只是地球大气上层的干燥和炎热物质受了(携带月球和行星运转的)急速旋转天球摩擦,因此燃烧起来所产生的现象。

无论如何,他是通过观察和思辨来探讨彗星性质,全不理会它对人世的影响。

此后近两千年间,亚里士多德对彗星的看法一直占主导地位。但16世纪的第谷(Tycho Brahe)经过大量精密观测后指出,1577年的明亮大彗星的视差(即处于不同地点观测同一彗星,所得方位之差别)极小,这证明它的距离远远超过月球,因此不可能如亚里士多德所猜测,是地球大气上层的现象。

换而言之,即使在月球以外的“天界”,宇宙也并非如古人所想的恒久不变,也同样会有生灭变化。这是个很大胆的新观念,也是首次基于实测证据对亚里士多德权威的挑战。然而,第谷有守旧的一面,仍然接受占星学的原理,又不相信哥白尼的地动说。

在1618年,天空出现三颗彗星,梵蒂冈的天文学教授格拉西(Orazio Grassi)引用上述第谷新学说,指出彗星是处于月球与太阳之间,即属“天界”的事物——很不幸,这就被一些人用来反对哥白尼。伽利略是支持哥白尼的,此时他名声如日中天,但身体不好,脾气很坏,听到这消息之后就按捺不住,派弟子马里奥·古迪西(Mario Guiducci)去攻击格拉西。

其后笔战越闹越大,伽利略与梵蒂冈的耶稣会士变成死敌,那就是他十年后受教廷审判,又被严厉谴责的导火线。其实,他反对第谷的彗星理论压根就是武断错误的。所以,彗星真是为伽利略带来了噩运!

到17世纪末,彗星却在某种意义上触发了启蒙运动。当时路易十四对新教施行高压,法国一位新教徒贝尔(Pierre Bayle)被迫到处流亡,最后在荷兰安顿下来。

1680年彗星出现,他两年后发表第一部著作《彗星随想》,宣称彗星只不过是自然现象,民众视为灾难预兆,那是迷信,教士和君主为了操控群众,不惜助长愚昧观念。然后,贝尔进一步发挥说:无人能够判断宗教真理,而且道德、社会稳定等问题与宗教信仰毫不相干,因此人人都有权凭良心来选择宗教信仰,宗教迫害是邪恶的,只有全面宽容方才合理。这书立论大胆,锋芒直指连绵不断的宗教战争与残酷迫害,所以大受欢迎。

此后他的自由、宽容观念和大量著作深深影响了伏尔泰,其晚年编纂的《哲学辞典》更成为百科全书派的典范,他也被尊为“启蒙运动之父”。

牛顿和贝尔同时代,1680年的彗星也引起了他的强烈兴趣。

他在巨作《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》)的第三卷“宇宙系统”中认定,彗星的运动基本也是由太阳的万有引力决定,它的轨迹和行星一样,也是以太阳为焦点的椭圆,只不过周期长达数十以至数百年,因此大部分时间难以观察,所以显得和行星截然不同而已。这样,经过两千年探索,人类终于发现,亚里士多德之前那些古希腊哲人的猜测,毕竟还是正确的!不过,彗星与牛顿的关系还有两个令人惊讶的转折。

首先,牛顿发现了宇宙(在当时太阳系就是宇宙)运行规律,认为这足以彰显上帝的智慧与大能,但他是虔诚的教徒,所以又想到,倘若世界只是依照规律运行,上帝岂非多余?于是,牛顿又在《原理》第三卷指出:1680年的彗星在近日点离日球极近,有可能受微小扰动而撞入日球,由此引起的巨大爆炸就很可能导致世界末日,因此要施行最后审判的话,上帝并不需要改变自然规律,只要对彗星轨道作极轻微、不为人察觉的扰动就够了!

第二个转折更重要,它关乎牛顿学说的命运。《原理》出版之后英国衷心接受,欧陆学界却极度怀疑万有引力观念,因为它的作用超越空间,这在当时显得匪夷所思。最终,形势的逆转是靠两个实测证据。

首先,是1738-1749年间地球形状被测定为略带扁平,这和《原理》从计算所得吻合。

更富戏剧性的,则是哈雷(Edmond Halley)经过详细研究,判断分别在1531、1607和1682年(也就是牛顿所感兴趣的那颗彗星)出现的三颗彗星其实是同一颗彗星,其公转周期为75-76年,因此预言它将在1758-1759年间回归——这正是我们今天所熟悉的哈雷彗星。克拉欧(Alexis Clairaut)更在1758年11月向法国科学院宣布,哈雷彗星将于翌年4月中重现。

果然,经过77年之后,它终于依时出现,比预测时间只早一个月!这样,牛顿学说在发表之后七十多年终于成为科学“正统”;同时,由牛顿这一学说激发的启蒙运动也进入高潮。

自此以后,彗星就从绚烂归于平淡,归位为可以测度、计算、理解的自然现象,它的神秘、传奇色彩也一去不返了。

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