从托勒密天文学看希腊化科学的基本特征.doc

MMC的日记MMC的主页广播相册推荐喜欢二手活动发豆邮讀書托勒密和希腊化2009-03-17 14:08:47这几天因为各种任务的堆积，写了快万字的东西。托勒密原来是吴国盛老师之“科学通史”课的论文，要求在一周之内做完的。读的书比较少，论文多一些，引用也做得更好。不过不得不说，正是因为这样才觉得不够深入，思考的快乐不算太多（但亦非完全没有）。贴上来，大概只是为了延续每个周二在豆瓣上写读书笔记的习惯吧从托勒密天文学看希腊化科学的基本特征一 托勒密及其天文学托勒密拉丁文全名Claudius Ptolemaeus（更常用的写法是Ptolemy）。根据考证，他的姓氏Ptolemaeus表明他出生于埃及，祖上是希腊人或希腊化了的异族人；而他的名字Cladius则表明他具有罗马公民权1。自公元127至151年他一直在罗马帝国治下的埃及亚历山大城（Alexanderia）从事他的观测和研究，甚至直到今天，人们也没有能够发现证据以证明他曾离开过亚历山大城2。正如古典时期几乎所有的学者一样，托勒密亦属于那种“一专多能”的科学家。他的著作颇丰，较为著名的著作包括巨著至大论（Almagest，原名应为Mathematical Syntaxis），实用天文表，地理学指南，光学等3。他明确提出了大气折射（蒙气差）现象，而我们所熟知的圆内接四边形的定理亦是由他发现并以他的名字命名的。但托勒密始终是以一个天文学家的身份出现在科学的历史中。若尝试把握托氏天文体系的核心，只需把宇宙理解为一个本轮-均轮模型、偏心圆模型和Equant点（偏心匀速点）叠加之后的“三位一体”。简单的说，就是行星在其本轮上做匀速圆周运动，这个本轮的中心又围绕着一个偏心圆（均轮）做匀速圆周运动，而这个偏心圆的中心又在它自己的一个本轮上做反向的、速度较慢的匀速圆周运动。作为宇宙中心的地球并不在这个均轮的中心保持上，而且在这个均轮内另有异于均轮中心和地球的一个Equant点，只有从这一“假想的”点看过去，行星才是在做匀角速度速圆周运动。4甚至不需要圣阿奎那把那种不能令人信服的结合了亚里士多德和托勒密而形成的“水晶球体系”上升为经院哲学的教条，托勒密就已经可以因为他的伟大成就在整个世界的天文学史中留下浓墨重彩的一笔了。JE麦克莱伦第三认为，“古代天文学在公元二世纪因托勒密的工作而达到其巅峰”5，而著名的数理天文史学家Otto Neugebauer更是直接指出，“（托勒密的）那些巨著，特别是至大论，导致了对前托勒密时期天文学的几乎完全的无视(caused an almost total obliteration of the prehistory of Ptolematic Astronomy)。”6我以为Neugebauer之所以这样说，当是因为他把托勒密之天文体系看成对希腊化时期的天文学的最后总结。首先这一理论展现了对前人创立体系的利用和高度融合。本轮-均轮、偏心圆和偏心匀速点这三个模型中，“前两个装置是由阿波罗尼（Appolonius of Perga）发明的，经希帕克斯（Hipparchus）传给托勒密；（只有）后一装置是托勒密的独创。”7而在至大论中，托勒密借鉴了希帕克斯的大量观测研究，把各种用偏心圆或小轮体系解释天体运动的地心学说给予了系统化的论证8。同时被托勒密综合和总结的还有天文学的方法。“西方天文学发展的根本思路是：在已有的实测资料基础上，以数学方法构造模型，再用演绎方法从模型中语言的新的天象。这个思路，就是最基本的科学方法。正是托勒密的至大论第一次完整、全面、成功地展示了这种思路的结构和应用。”9自然，这一方法亦非托勒密之独创，而应追溯到希帕克斯，这位罗德岛上建立的天文台，并且通过观察和精确测量确定了一年的时间、绘制了千余恒星的星表并发现了岁差的“天文学之父”10。而如果我们参考托勒密对后世的影响，则可发现这位巨擘的体系神话虽然被哥白尼用（继承了阿里斯塔克的）日心说击碎，但“观测-解释-预测”的天文学模式却一直流传了下来。崇祯历书所谓“西洋至于天学，要不越多禄某范围也”，而更引人注目的是该书“对至大论的内容的大量引用，突出表现在观测记录和示意图两个方面。至大论中载有托勒密本人在公园124-141年间所作的各种观测记录，还有许多前人的观测记录也赖次数得以保存。共计27次。”11这从一个侧面证明了自希帕恰斯、托勒密以降的天文学，已完全遵循了他们实践的方法了。当代著名天文学家当容（A.Danjon）对此说的非常透彻：“自古希腊的希帕克斯以来两千多年，天文学的方法并没有什么改变。”12二 托勒密天文学之希腊化特征所谓希腊化时期是指“在公元前323年亚历山大大帝去世后的三个世纪里，希腊文明和小亚细亚、叙利亚、美索不达米亚以及埃及的古老文明相融合的特征。”13JE麦克莱伦第三简单而又明快地将希腊化时代科学看成“希腊自然哲学传统与源自东方王国得到国家支持的科学模式的历史性融合或杂交”14。希腊化科学家大致具有五个特点：从笼统的哲学学说和知识综述转向对自然界分门别类的研究；实用主义倾向；受到政府的支持；职业化；将知识体系化15。这些特征当推阿基米德为最典型，但在托勒密身上亦可窥见一二。正如研究所指出的那样，托勒密的研究生涯几乎没有离开过亚历山大；而亚历山大城既为当时之学术中心，受到罗马帝国的赞助，应可说托勒密的研究亦得到了政府的支持。又因为他作为埃及人但具有罗马公民权，似乎亦可以看出他与帝国的联系。而前文亦已叙及，托勒密对本轮-均轮、偏心圆模型做出高度的综合和创新，“把阿波隆尼以来的天文学发展到了尽头”16，充分体现了希腊化时期此种“博学时代”或者“博物馆科学”的特征。我们虽没有直接的证据说明托勒密曾直接受到东方科学的影响，但Neugebauer却已经指出，“对我们来说，巴比伦数据和六十进制的影响，首见于希帕恰斯（For us the Influence of Babylonian data, accompanied of course by the sexagesimal number system, is first visible with Hipparchus）。于是天文学成为一门真正的科学，那些可观测的数据成为判断各种试图解释天文现象的理论之正误的决定性标准。”17我们既已确证托勒密之受希帕恰斯深远影响，似乎也理应承认他的体系也有巴比伦的影响。至少我们可以这样说，托勒密从体系结构上看是希腊的，从方法上看是东方（巴比伦）的。而这一特征在我看来亦是托勒密或曰希腊化科学家最大之特征，即希腊古典时期自由学术精神与东方实用主义科学传统相结合18。托勒密建构他的天文体系的出发点，还是按照柏拉图的指示去“拯救现象”（Save the Phenomena）。但柏拉图之所以要拯救现象，是因为他创立的天文体系，特别是匀速圆周运动的模型无法解释所有的天文现象。吴国盛指出，希腊数理天文学“有六大要点：宇宙是一个球形（是层层相套的诸天球的组合）、诸天体均镶嵌在各自的天球上随天球运动、天球的运动是均匀的圆周运动、大地是一个球形、地球绝对静止、地球居于宇宙的几何中心19”。但这一些观念只来源于主观的想象，而非来源于观察。或者更为直接地说，来源于“希腊人特有的审美直觉”20。这正是古典希腊那种纯粹思辨哲学的体现，其目的是为世界的存在提供一个解释，而不去考虑这个解释体系是否能够被证明。因此我认为，某种程度上来说，柏拉图对匀速圆周运动的热爱与古代中国人“天圆地方”的观念没有什么本质差别，只不过是与真实的距离问题罢了。所以当柏拉图发现他的匀速圆周运动模型与行星的“留和逆行”不能一致的时候，他会本能地认为是现象需要拯救，而非他的模型；我以为，柏拉图实际上已经确信，他的圆周是不可能出错的，所以他会“向他的学生提出了这样的问题：“通过假定何种匀速而有序的运动，就能够解释行星的表观运动呢？”21因此JE麦克莱伦第三写到，“柏拉图在自然哲学中为一个难题的解决作出了界定，也就是说，那个模型必须用匀速圆周运动来产生出表观的非均衡运动。除此之外，其他答案都不能算解决了这个难题。”22而托勒密则不一样，如果我们假设他还是在“拯救”而非“解释”现象的话，我们也应看到，他更多地采用了观测的方法来实现他的目标。更重要的是，偏心圆和偏心匀速点的引入，特别是这个匀速点保证的是均匀的角速度而非均匀的线速度，实际上已经说明了纯粹的匀速圆周运动已不足以“拯救现象”。我认为，这完全可以看成托勒密与古典意义上的希腊式的思辨的自然哲学已分道扬镳，转而融入了东方的经验主义和实用主义因素。哥白尼曾写到：“托勒密和其他大多数天文学家的行星理论，尽管与数据一致，但（因为这个理论必须采用Equant）这样一来，一个行星就不再它的均轮上做匀速圆周运动，也不围绕他的本轮中心做匀速运动。所以，这样一种体系既不足够绝对，也不足够让人满意。”23这可以说是一个强有力的论据。因此JE麦克莱伦第三精辟地指出：“托勒密的均衡点（Equant）虽然在表面上没有违背柏拉图要用匀速圆周运动拯救这些现象的指示，却违背了这一指示的精神实质。”24三 总结托勒密之天文体系可以说是希腊化科学之最高峰。一方面，他秉承柏拉图“拯救现象”的指示，总结了之前天文学家，特别是阿波隆尼和希帕恰斯的本轮-均轮体系和偏心圆体系，并创造了偏心匀速点的概念来解释行星运动，成为古典时期天文学的集大成者；另一方面，他继承了古代东方（巴比伦）对观测和数据的重视，在希腊古典哲思的基础上融入了具有经验主义和实用主义色彩的方法，最大程度地体现了希腊化科学的特征。他的理论体系虽非完全正确，但亦展现了现代天文学之雏形，特别是他的理论方法，对后世哥白尼、开普勒等天文学家产生了重要的影响。注释1 江晓原，托勒密评传，/030504/Ptolemy.htm#2 读取于2009年3月14日2 Wikipedia，/wiki/托勒密，读取于2009年3月14日3 同上4 美 JE麦克莱伦第三，H多恩，世界科学技术通史P116 图4.8之注释，上海世纪出版集团2007年。5 同上，P1146 Otto Neugebauer, A History of Ancient Mathmatical Astronomy, P5/books?id=vO5FCVIxz2YC&printsec=frontcover&dq=Neugebauer&hl=zh-CN#PPA5,M1读取于2009年3月13日7 吴国盛，Equant译名刍议，载于自然辩证法通讯2007年第1期，P928 同注29 江晓原，科学一定等于正确的吗？，载于社会观察2005年第10期，P4710 陈恒，希腊化研究P379-380，商务印书馆2006年11 江晓原，明末来华耶稣会士所介绍之托勒密天文学，载于自然科学史研究第8卷第