不再准备为第谷奢华的天文台提供资助，或者说不再容忍他的这种享乐
的生活方式。第谷不得不放弃天堡，带着家眷、助理、侏儒杰普和天文
设备离开丹麦。幸运的是，第谷的仪器在设计时就考虑到可移动性，因
为他清楚地意识到：“天文学家必须是世界性的，因为你不能指望无知
的政治家看重他们的服务。”
图12 第谷的模型犯了与托勒密同样的错误：将地球置于宇宙的中心，让月亮和太阳绕着地球
转。他的主要突破是认识到行星（和火热的彗星）是绕着太阳运行的。这幅图摘自第谷的《关
于天上世界的新现象》一书。
第谷·布拉赫移居布拉格。在那里，德皇鲁道夫二世任命他为皇家
数学家，批准他在贝纳特津城堡建立新的天文台。不想此举竟然是因祸
得福，因为正是在布拉格第谷招募到了一位新的助手——约翰内斯·开
普勒，他将在几个月后到达这个城市。路德教教徒开普勒因为天主教费
迪南大公威胁要处死他而被迫逃离他在格拉茨的家。起因是他坚持不放
弃他的宣言：他“宁愿做一个流亡者也不愿去统治异教徒”。
历史就有这么巧合，开普勒于1600年1月1日启程前往布拉格。这个
新世纪的开始也标志着一项再造宇宙的新的合作的开始。第谷与开普勒
的合作可谓珠联璧合。科学进步既需要观察也需要理论。第谷已经积累
了天文学史上最优质的观测结果，而开普勒将被证明是对这些观测资料
最出色的解释者。虽然开普勒患有近视和先天性散光的毛病，但历史最
终将表明，他比第谷看得远。
这种伙伴关系的结成还有机缘凑巧的因素。在开普勒到来几个月后
的一天，第谷参加了由罗森伯格男爵主持的晚宴。他喝得多了点，但又
不好意思破了礼仪在宴会结束前离开。开普勒是这么记述的：“在他喝
多了之后，他觉得膀胱涨得厉害，但他把礼节看得比健康重要。当他回
到家后，他几乎无法小便。”那天晚上他发了高烧，随后就一直处于昏
迷和谵妄的交替发作状态，10天后便去世了。
在弥留之际，第谷反复说着这样一句话：“但愿我没有白活。”其实
他没有必要担心，因为开普勒会确保第谷的细致观察记录结出硕果。事
实上，很可能第谷的去世要比他活着更有利于他的工作的蓬勃发展，因
为他活着时对笔记本的守护可小心了，从不让人分享他的观察记录，总
是梦想着有朝一日独自出版这份杰作。第谷肯定从来没有考虑过要以一
个平等的伙伴关系来对待开普勒——毕竟，他是丹麦的贵族，而开普勒
只是单纯的农民。然而，要想看清自己的观察记录所包含的更深层次的
意义，这无疑超出了第谷的能力，它要求具备训练有素的数学家的眼
光，而开普勒正是这样的人。
开普勒出生于底层家庭，从小就挣扎在战争和宗教纷争造成的动荡
之中。父亲因为任性成了罪犯，母亲因为魔咒被流放他乡。毫不奇怪，
他是在缺少自尊极度抑郁的环境中长大的。在他以第三人称的口吻为自
己写的自嘲的星象卦辞中，他形容自己是一只小狗：
他喜欢啃骨头和面包的干痂皮，而且是如此贪婪，无论什么东西，
只要被他看见，上去就是一通劫掠；然而也像狗一样，他喝得很少，满
足于简单的食物……他不断地寻求别人的好感，一切都仰仗他人，投他
人所好，当他们痛斥他时他从不生气，反而急着要博取他们的青睐……
他像狗一样，对浴缸、酊剂和乳液感到恐怖。他的无畏让他不知有终，
这无疑是由于火星与水星正交并与月亮构成三角。
他对天文学的热情似乎成为他摆脱自我厌恶的唯一的喘息机会。在
25岁时，他写了《宇宙的奥秘》一书，这是捍卫哥白尼的《天球运行
论》的第一本著作。此后，他坚信日心说是准确的，并投身到找出是什
么造成它不准确的原因的工作中。日心说预言得最不准的当属火星的确
切轨道，这个问题曾让哥白尼的助手雷蒂库斯困扰了很久。根据开普勒
的描述，雷蒂库斯因为未能解决火星轨道的问题一直很沮丧，以至
于“他最后不得不求助于他的守护天使的神谕。这个粗俗无礼的神灵随
之抓住雷蒂库斯的头发不断地将他的头撞到天花板上，然后让他的身体
倒悬过来坠落到地板上。”
最后终于拿到了第谷的观察记录后，开普勒起初认为他只要8天时
间就能解决火星问题，去除日心说的不准确之处。但事实上，他花了8
年时间。而值得强调的正是开普勒为完善日心说花去的这8年时间，因
为接下来的简短的归纳很容易淡化他的这一巨大成就。开普勒通过艰难
曲折的计算最终得到了正确的解，这些计算用了九百页对开的纸张。
开普勒取得重要突破的法宝是他抛弃了一项古老的信条，即行星的
所有运动轨道是圆形或圆形的组合。甚至连哥白尼都曾忠实地坚守着这
个圆形的教条。而开普勒指出，这正是哥白尼的一条有缺陷的假设。事
实上，开普勒认为他的这位前辈错误地假设了以下三点：
1.行星按完美的圆形轨道运动；
2.行星以恒定的速度运动；
3.太阳处于这些轨道的中心。
虽然哥白尼在指出行星是围绕太阳而不是地球转这一点上是正确
的，但他对这三条错误的假设的信念使他根本没希望能够准确预言火星
和其他行星的运动。而开普勒之所以能够在哥白尼的失败之处取得成
功，正是因为他放弃了这些假设。他相信，只有当所有的意识形态、偏
见和教条被抛在一边，真理才能够浮现。他不但睁眼看，更是敞开了心
灵，他将第谷的观察记录作为自己的垫脚石，在第谷的数据基础上建立
起自己的模型。渐渐地，无偏的宇宙模式开始显现。果然，开普勒的新
的轨道公式与观测数据匹配得十分完美，太阳系终于成型。开普勒揭示
了哥白尼的错误，并表明：
1.行星沿椭圆轨道，而不是完美的圆形轨道运动；
2.行星的速度是不断变化的；
3.太阳不是处在这些轨道的中心。
当他意识到他得到了行星轨道奥秘的解决办法之后，开普勒不禁失
声大叫：“噢，万能的上帝，我想到了你的想法。”
事实上，在开普勒新的太阳系模型里，第二点和第三点是由第一
点，即行星轨道是椭圆形的，推导出来的。为此我们先简要叙述一下椭
圆轨道是怎么形成以及为什么会这样。绘制椭圆的一种方法是先在画板
上固定两点定一弦长，如图13所示。用铅笔拉紧一根线使线到两定点的
距离之和为定长，然后铅笔一边保持线处于张紧状态，一边在画板上移
动，由此描绘出一个半椭圆形。切换到弦的另一侧，并使铅笔在移动时
仍保持线的张紧状态，即可绘出另一半椭圆。弦长恒定，两定点固定，
所以椭圆的一种可能的定义是一动点到两定点的距离之和为常数的点的
集合。
图13 一种绘制椭圆的简单方法是用一根两端固定在两个定点上的线，如图（a）所示。如果两
定点间距离为8厘米，那么线长可取10厘米，画板上所有到这两定点的距离之和等于10厘米的点
的集合即构成一个椭圆。例如，在图（b）中，10厘米的线构成一个三角形的两边，每边长5厘
米。从勾股定理知，从椭圆的中心到顶端的距离必为3厘米。这意味着，椭圆的总高度（或短
轴）为6厘米。在图（c）中，10厘米长的线被拉到一侧。这表明，椭圆的总宽度（或长轴）为
10厘米，因为两定点间8厘米加上每个定点到各自顶端的1厘米正好是10厘米。
图中的椭圆较扁，因为短轴为6厘米而长轴为10厘米。如果两个定点靠得更近一些，椭圆的长轴
和短轴之间的差距就将减小，椭圆将变得不是很扁。如果两个定点合并成一个点，则这根线便
成为5厘米长的恒定半径，所得的形状将是一个圆。
定点的位置称为椭圆的焦点。行星走过的是这样的椭圆路径：太阳
坐落在其中一个焦点上，而不是处在行星轨道的中心。因此有很多时候
行星会比其他时刻更接近太阳，就像是行星要落向太阳似的。这种落向
太阳的过程导致行星运动加快，反之，行星在远离太阳时会减慢。
图14 这个图显示了一个非常夸张的行星轨道。椭圆的高度大约是其宽度的75%，而太阳系里
的大多数行星轨道的这一比值通常在99%和100%之间。类似地，太阳位于偏离中心很远的一个
焦点上，而实际行星轨道的焦点仅稍微偏离中心一点。这个图展示了开普勒的第二条行星运动
定律。他解释说，太阳与行星之间的一条假想直线（矢径）在相同的时间内扫过相同的面积，
这是行星在接近太阳时其速度增大的结果。图中的三个阴影部分具有相等的面积。当行星接近
太阳时，其径矢较短，但这时它有更大的速度来补偿，这意味着在固定的时间里它沿椭圆周长
走过较长的距离。当行星远离太阳时，其径矢要长得多，但它的速度较慢，因此在同一时间里
走过的周长较短。
开普勒表明，由于行星绕日运行遵循的是一条椭圆路径，有时快有
时慢，对此我们不妨假想在行星与太阳之间拉一条线，开普勒断定，在
相同的时间里行星拉着的线所扫过的面积相同。这句有点抽象的陈述可
以用图14来表示，这一判断很重要，因为它精确给出了行星在作轨道运
动的过程中速度的变化。相反，哥白尼信仰的是行星的速度是不变的。
自古希腊时期以来，椭圆的几何性质已得到充分研究，但为什么以
前从来就没有人提出过椭圆形状的行星轨道？其中一个原因，正如我们
所看到的，就是圆所具有的神圣的完美性质，这个持久的信念让天文学
家根本不去想其他所有的可能性。而另一个原因是大多数行星轨道的椭
圆只是略呈椭圆形，因此除非是做严格审查，否则粗略地看，它们似乎
都是圆形的。例如，短轴与长轴（见图13）之比是一个椭圆与圆的接近
程度的良好示性指标，对于地球，这个比值是0.99986；而对于成为雷
蒂库斯噩梦的火星，这就有问题了，因为它的轨道虽较地球扁，但两个
轴的比值仍非常接近于1，为0.99566。简言之，火星轨道仅略呈椭圆
形。正是这一点让天文学家误以为它是圆形的，但轨道的一点点椭圆度
就足以让任何试图用圆来建模的人遇到实际问题。
开普勒的椭圆提供了完整和准确的太阳系图像。他的结论是科学和
科学方法的一大胜利，是观察、理论和数学方法相结合的结果。1609
年，他首次以名为《新天文学》的专著形式发表了他的突破，书中详细
记录了这8年中的细致工作，包括众多导向死胡同的研究路径。他要求
读者多多包涵：“如果你对这种枯燥无味的计算方法感到厌烦，请原谅
我，我可是花了大量时间，对这些计算至少反复计算过70遍。”
开普勒的太阳系模型不仅简单、优美，而且在预言行星的路径方面
无疑是准确的，但在当时却几乎没有人相信它代表了实在。绝大多数哲
学家、天文学家和教会领袖承认它是一种很好的计算模型，但他们坚持
认为地球处在宇宙的中心。他们之所以偏爱地心宇宙主要是因为开普勒
未能解决前面表2中的一些问题，例如重力——当我们看到周边的一切
都被吸引落向地球时，到底是什么让地球和其他行星围绕着太阳做轨道
运动？
此外，开普勒诉诸椭圆也违背了圆的教义，这被认为是可笑的。荷
兰牧师暨天文学家戴维·法布里修斯在致开普勒的一封信中就表达了这
一点：“因为您的椭圆，您废除了运动的圆的性质和均匀性，我越想越
觉得它荒唐……如果你能保持完美的圆形轨道，用另一个小的本轮来证
明你的椭圆轨道，这将会好很多。”但是，一个椭圆不可能由圆和本轮
来构建，所以这种妥协是不可能的。
看到《新天文学》在社会上的接受度如此低迷，开普勒大失所望。
他将注意力移到他处，开始在其他地方运用自己的技能。他对周围的世
界永远充满好奇。对于这种不懈的科学探索，他这么写道：“我们不要
去问鸟儿唱歌有什么用处，既然歌曲创作出来是为了歌唱，那么歌声就
代表了它们的快乐。同样，我们不应问为什么人的心里总装着想要参透
天地秘密的烦恼……自然现象的多样性是如此广博，而上天隐藏的宝藏
又如此丰富，正是为了给人类的大脑以永远不会缺少的新鲜养料。”
开普勒除了研究行星的椭圆轨道，又沉溺于性质各不相同的工作。
他误导性地复活了毕达哥拉斯的理论，认为行星与“天球的音乐”有共
鸣。根据开普勒的观点，每个行星的速度产生特定的音符（例如哆、
来、咪、发、唆、拉、希）。地球发出的音符是“发”和“咪”，由此产生
了拉丁词“fames”，意为“饥荒”，明确表征了我们这个星球的本质。他还
花了不少时间撰写《梦与月亮天文学》一书，使他成为科幻小说的先驱
者之一。这部小说讲述了一个月球探险之旅的故事。在《新天文学》出
版两年后，开普勒写了一篇他的最具原创意义的研究论文之一，“论六
角雪花”。在其中他探索了雪花的对称性问题，并提出了物质的原子论
观点。
“论六角雪花”是献给开普勒的资助者约翰内斯·马特乌斯·瓦克赫·冯
·瓦肯费尔斯的，后者还向开普勒传递了最令人兴奋的消息：一项将彻
底改变天文学尤其是日心说的技术突破。这一消息是如此令人吃惊，以
至于开普勒对1610年3月瓦克赫先生的来访专门做了记述：“在我听到了
这个神奇的故事后，我经历了一场美妙的情感体验。我觉得我被彻底打
动了。”
这是开普勒第一次听到关于望远镜的故事——伽利略正利用它来探
索天空，并完全揭示了夜空的新景象。由于这一新的发明，伽利略将会
发现能够证明阿里斯塔克斯、哥白尼和开普勒所坚持的日心说的证据。
眼见为实
伽利略于1564年2月15日出生在比萨。他经常被后世称为科学之
父。事实上，他之所以能赢得这项荣誉凭借的是一系列惊人的研究上的
成就。他不是第一个制定出科学理论的人，也不是第一个进行实验的
人，不是第一个观察自然的人，甚至不是第一个向世人证明发明的力量
的人，但他是第一个擅长所有这些门类的人，他是一个杰出的理论家，
一位实验大师，一位细致的观察者和娴熟的发明家。
他在学生时代就展现出多方面的才能。在教堂做礼拜时，他的大脑
一刻都没闲着。他注意到一盏摇摆的吊灯。他用自己的脉搏来度量每次
摆动的时间，注意到这种往复摆动的时间周期是不变的，即使开始时摆
动的幅度很大，到最后摆幅变得很小。到家后，他将这一观察现象转换
成一项实验：他用各种不同长度和重量的摆来复现这一现象。然后，他
用自己的实验数据提出一个理论，解释了为什么摆动周期与摆动的角度
和摆锤的重量无关，而只取决于摆的长度。在这项纯粹的研究之后，伽
利略没有止步，而是从实验模式切换到发明模式，由此发明了脉搏计，
一种简单的摆，其规则的摆动使得它被用作计时装置。
特别是，这个装置可以被用来测量患者的脉搏速率，从而使他最初
的观察对象的角色掉了个个儿。当初他是用他的脉搏来测量摆动的灯的
周期。那时他正在医学院学习，这项发明是他对医学的唯一贡献。随
后，他说服了父亲允许他放弃医学，投身科学。
除了不容置疑的智慧，伽利略作为一个科学家的成功还取决于他对
世界、对一切所抱有的巨大的好奇心。他很清楚他的好奇本性，有一次
他惊呼道：“我什么时候才能不感到惊奇？”
这种好奇心与叛逆性格结合在一起。他反对任何权威，因此他不会
仅仅因为一件事情是老师、神学家和古希腊人说是对的就认为是对的。
例如，亚里士多德用理念推断出重物下落得要比轻的物体快，但伽利略
通过实验证明，亚里士多德在这一点上是错的。他甚至敢说，亚里士多
德这位历史上最负盛名的智者“写的是真理的反面”。
当开普勒第一次听说伽利略用望远镜来探索宇宙时，他可能认为伽
利略发明了望远镜。今天很多人也确实都是这么认为的。但事实上，是
汉斯·利普西——佛兰芒的眼镜制造商——在1608年10月注册了望远镜
的专利。在利普西取得突破的几个月里，伽利略这样记述道：“有谣传
说某个荷兰人制作了一架望远镜”，于是他立即着手建造他自己的望远
镜。
伽利略的伟大成就在于将利普西的初步设计变成一架真正的了不起
的仪器。1609年8月，伽利略向威尼斯总督展示了这架当时世界上最强
大的望远镜。他们一起爬上圣马可钟楼，架设了这台望远镜并用它来观
测泻湖。一个星期后，在一封写给他内弟的信中，伽利略报告说，这台
望远镜的表现“令所有人感到无限惊愕”。别人的望远镜的放大倍数大约
是10倍，而伽利略的望远镜因为有一套更完美的光学系统，能够实现60
倍的放大。望远镜不仅给威尼斯人带来战争中的优势，因为他们能在敌
人看见他们之前发现敌人，而且它也使精明的商家发现海上正在驶近的
载满香料或布匹等新货的船舶，这意味着他们可以在股票的市场价格暴
跌之前抛售其股票。
伽利略不仅从望远镜的商机中获利，而且他意识到它还具有科学价
值。当他将他的望远镜指向夜空后，这使他能够比以往任何时候看得更
远、更清晰，看到更深的空间。当瓦克赫先生告诉开普勒关于伽利略的
望远镜的消息后，这位天文学家立即意识到它的潜力，并写了一篇颂
文：“噢，望远镜，饱含知识的仪器，你要比任何权杖更珍贵！谁拥有
你，谁可不就成为国王和拥有上帝的作品的主人？”伽利略就将成为这
样的国王和主人。
伽利略首先研究了月球（如图15），指出它“充满了巨大的隆起、
深深的沟壑和起伏的丘陵”，这与托勒密认为的天体是完美的球体的观
点直接相矛盾。随后，伽利略又将他的望远镜对准太阳，发现那上面有
斑点和瑕疵，即太阳黑子，现在我们知道它们是太阳表面温度较低的斑
块，跨度可达10万千米。天上的缺陷由此得到强化。
随后，在1610年1月期间，伽利略做出了更为重要的观察，他发现
木星附近有东西在动，最初他以为是4颗恒星。但不久他就明白，它们
不是恒星，因为它们绕着木星运动，这意味着它们是木星的卫星（图
16）。此前还从未有人看到除了我们自己的星球有月亮外，其他行星也
有其自身的月亮。托勒密认为，地球是宇宙的中心，但这里的证据无可
争辩地表明，并非一切都围绕着地球旋转。
图15 伽利略绘制的月面图案
在与开普勒的通信中，伽利略充分了解了开普勒给出的哥白尼模型
的最新版本。他意识到自己发现的木星的卫星为宇宙的太阳中心说提供
了进一步的支持。他毫不怀疑，哥白尼和开普勒是正确的，但他继续寻
找支持这种模式的证据，希望彻底改变成见，那种坚持地心说的传统的
宇宙观。打破僵局的唯一办法是找到一种能够对这两种竞争性模型做出
区分的明确的预言。如果这样的预言可以得到检验，那么就将确认一个
模型并驳倒对方。良性科学将发展出那种可检验的理论，正是通过这种
检验，科学得以进步（如图18）。
事实上，哥白尼已经做出了这样的预言，其中一项一直在等待检
验，只是进行适当的观察的工具一直阙如。在《天球运行论》中他曾表
示，水星和金星应表现出一系列类似于月相的星相（例如全金星相，半
金星相，新月金星相等），这些相的具体模式取决于地球是否在做绕日
轨道运动，反之亦然。在15世纪，没有人可以检验这些星相的模式，因
为望远镜还没有发明出来，但哥白尼相信这只是时间早晚的问题，他终
将被证明是正确的：“如果视觉能足够强大，我们就可以看到水星和金
星的各种相。”
图16 伽利略绘制的木星的卫星的位置变化的草图。圆圈代表木星，两侧的几个小点表示卫星
的位置变化。每一行代表在特定的日期和时间里采集的观察数据，每晚观测一次或多次。
撇开水星不谈，我们集中考虑金星。相的意义见图17。金星总是有
一面被太阳照亮，而从我们地球的视角看，这个被照亮的一面并不总是
对着我们，因此我们看到的金星会显示出一系列的相。在托勒密的地心
模型里，相出现的顺序由金星围绕地球的路径及其奴隶般顺从的本轮确
定。然而，在日心模式中，相的顺序是不同的，因为它由金星的绕日路
径确定，而不存在本轮。如果有人能识别金星的相的实际消长顺序，那
么这将消除一切合理的怀疑，证明哪一种模型是正确的。
1610年秋天，伽利略成为有史以来见证并绘出金星的相的第一人。
如他所料，他的观察结果与日心说的预言完全一致，这为支持哥白尼革
命提供了进一步的弹药。他用神秘的拉丁文注记报告了他的结
果：“Haec immatura a me iam frustra Ieguntur oy”（我还太嫩还看不懂这
些）。后来他透露，这是一段编码字谜，如果我们拆开来读Cynthi
figuras muIatur Mater Amorum（“辛西娅的角色被爱情之母模仿”）的
话。辛西娅指的是月球，人们对月相已非常熟悉，爱情之母指的是金
星，金星的相就这样被伽利略发现了。
随着每一项新的发现，日心说宇宙观变得日益强大。表2比较了基
于哥白尼观测之前的地心说和日心说模型，说明了为什么地心说模型在
中世纪更讲得通。表3（见下页）展示了伽利略的观测结果如何使得日
心说模型变得更具说服力。一旦科学家对引力有了正确的理解，并能够
明白为什么我们感觉不到地球的绕日运动，日心模型的其余弱点就会在
以后被消除。虽然日心说模型不符合常理（表中的判据之一），但这不
是真正的弱点，因为常识对科学不起作用，如前所述。
图17 伽利略对金星的相的精确观测证明了哥白尼是对的，托勒密错了。在宇宙的日心模型
下，如图（a）所示，地球和金星都绕太阳作轨道运动。尽管金星总是半张脸被太阳照亮，但从
地球的角度来看，它似乎会经历一个相变周期，从新月到满月。金星在每个位置上显示的相如
旁边的图案所示。在宇宙的地心模型下[图（b）]，太阳和金星都绕着地球转动，此外金星还绕
着自己的本轮转动。该阶段的金星是在它的轨道上和它的本轮上。因此金星的轨道大致总是在
地球和太阳之间，由此给出一系列相。通过识别一系列实际的相，伽利略就能够知道哪一种模
型是正确的。
表3
该表列出了用以判断地心说和日心说的各种判据，这些判据是基于
1610年伽利略观测之后的已知知识。“√”和“×”给出的是该理论得到相应
判据的认可性，问号“？”表明该项判据缺乏数据。与基于哥白尼之前可
获得的证据的判据（表2）相比较可知，日心说模型现在要更可信。这
部分是由于有了新的观察结果（8，9，10），而这些只有在出现了望远
镜之后才有可能。
在这一历史时刻，每一个天文学家本该转向支持日心模型，但这种
重大转变并没有发生。大多数天文学家终其一生都深信宇宙是围绕着静
态地球在转动，无论在理智上还是从感情上他们都无法飞跃到太阳中心
的宇宙。当天文学家弗朗西斯科·西兹听说了伽利略对木星的卫星的观
测结果，它似乎表明地球不是一切的中心，他想出了一个奇怪的反驳理
由：“这些卫星是肉眼不可见的，因此对地球没有任何影响，因此是无
用的，因此也就不存在。”哲学家朱利奥·利布里采取的也是类似的不合
逻辑的态度，甚至基于某项原则拒绝通过望远镜来观察天空。当利布里
去世时，伽利略暗示道，他可能会在去往天堂的途中最终看到太阳黑
子、木星的卫星和金星的相。
天主教会同样也不愿放弃地心说，甚至当耶稣会的数学家以更高的
精度证实了新的日心说模型后依然如故。此后，神学家承认，日心模型
能够对行星轨道做出出色的预言，但同时他们仍然拒绝接受这个模型是
对实在的有效表达。换句话说，梵蒂冈看待日心模型就如同我们如何看
下面这句话：“How I need a drink, aIcohoIic of course, after the heavy
Iectures invoIving quantum mechanics.（上完一节量子力学大课之后，我
多么想喝一口，当然是酒。）”，这句话是π的一种密码。如果你注意到
句子中的每个单词的字母个数，你便得到3.14159265358979，它是π精
确到小数点后第14位时的值。这句话确实是对π的一种高精度的表示，
但同时我们知道，π与酒精无关。教会认为，宇宙的日心模式也类似
——准确和有用，但不代表实在。
然而，哥白尼的支持者仍然坚持认为，日心模式有充分理由表明太
阳就是处在宇宙的中心。毫不奇怪，这激起了教会的强烈反应。1616年
2月，宗教裁判所的评审委员会正式宣布，日心说的观点为异端邪说。
作为这一法令的结果，哥白尼的《天球运行论》于1616年3月——它出
版的63年后——被禁止。
图18 哥白尼（左上）、第谷（右上）、开普勒（左下）和伽利略（右下）对推动从地心宇宙
到日心模型的转变做出了巨大贡献。他们的成就共同表明了科学进步的关键特征，即理论和模
型是如何随着时间的推移被几位科学家彼此的工作所发展和细化的。
哥白尼为把地球降级为仅仅是一颗卫星，同时将太阳提升到中心角色这一理论飞跃做了准备。
第谷·布拉赫，借助于他的铜鼻子，提供了观测证据，这些证据后来帮助开普勒识别出哥白尼模
型的明显缺陷所在，即行星轨道是略呈椭圆形，而不是完美的圆形。最后，伽利略用望远镜发
现了用于说服持怀疑态度者的关键证据。他指出，地球不是一切事物的中心，因为木星就拥有
自己的卫星。此外，他还表明，金星的相只有日心说的宇宙图像才能兼容。
伽利略无法接受教会对他的科学观点的谴责。虽然他是一个虔诚的
天主教徒，但他也是一个狂热的理性主义者，并能够协调好这两种信仰
体系。他得出结论：科学家们最有资格对物质世界进行评论，而神学家
最有资格对精神世界和应如何生活在物质世界发表评论。伽利略认
为：“圣经是为了教导人们如何去天堂，而不是教人了解天堂如何运
转。”
假如教会批评日心说是认为它缺少证据或数据不佳，那么伽利略及
其同事是愿意听取的，但他们的批评是出于纯粹的意识形态。伽利略选
择忽略枢机主教的意见，年复一年，他继续宣扬新的宇宙观。最后，在
1623年，当他的朋友枢机主教马费奥·巴贝里尼当选为教皇成为乌尔班
八世后，他看到了一个推翻保守势力的机会。
伽利略和新教皇都出生在佛罗伦萨并在那里长大，两人上的是比萨
的同一所大学。乌尔班八世继位不久，就6次恩准伽利略冗长的谒见。
在一次进见中，伽利略提到想写一本比较两种对立的宇宙观的书。当他
离开梵蒂冈时，他形成了这样一个坚定的印象：他已得到教皇的祝福。
他回去继续他的研究，并开始写作后来被证明为科学史上最有争议之一
的一本书。
在他的《关于两大世界体系的对话》里，伽利略用了三个人物来探
索日心说与地心说各自的优点。萨尔维阿蒂代表伽利略的偏爱日心说的
观点，他显然是个聪明、博学和雄辩的人。辛普利邱——小丑的角色
——试图捍卫地心说。而萨格利多则充当调解员的角色，引导这两人之
间的对话，虽然他的偏见在他顺便戏弄辛普利邱时时有出现。这是一部
学术性很强的著作，但它采用人物角色来解释正反双方的论点和反驳为
它赢得了更多的读者。此外，它是用意大利语写的，不是拉丁语，这清
楚地表明伽利略的目的就是要赢得广泛的民意来支持日心说。
《对话》最终于1632年出版，即伽利略明确获得教宗批准的近十年
后。从批准到出版之间的这种时间上的严重滞后显然带来严重后果，因
为正在进行的“三十年战争”改变了政治和宗教格局，教皇乌尔班八世现
在准备推翻伽利略及其论点。三十年战争始于1618年。当时，一群新教
徒闯入位于布拉格的皇宫，将国王费迪南的两名顾问从楼上的窗口扔了
出去，这个事件被称为“布拉格扔出窗外”事件。当地人已经被天主教国
王对新教徒的持续迫害激怒了，这一行动引发了匈牙利、特兰西瓦尼
亚、波希米亚和欧洲其他地区的新教教区的暴动。
《对话》发表时，战争已经肆虐了14年，天主教会对日益增长的新
教的威胁感到越来越震惊。教皇必须让信仰天主教的信徒们看到他的铁
腕能力，因此他决定对他新施行的某些强硬的民粹主义策略来个灵巧的
掉头，转而谴责胆敢质疑传统的地心说观点的任何异端科学家的有亵渎
嫌疑的作品。
对于教皇的想法为什么会有这么大的转变的一种颇具个性化的解释
是，天文学家们嫉妒伽利略的名气，加上比较保守的枢机主教纠合在一
起兴风作浪。他们将教皇早年的一些关于天文学的较幼稚的言论与《对
话》中小丑辛普利邱的言论加以比较并放大。例如，乌尔班曾辩称，就
像辛普利邱辩称的那样，万能的上帝创造宇宙时完全不考虑物理定律，
因此当教皇看到《对话》中萨尔维阿蒂对辛普利邱的讽刺性回应时必然
感到被羞辱：“当然，神能够让鸟飞起来，即便它们的骨骼是由实心的
黄金制成的，它们的静脉里全是水银，它们的肉比铅重，它们的翅膀非
常小。他没有这么做，他不需要证明什么。而你动不动就把主抬出来仅
仅是为了掩盖你的无知。”
《对话》出版后不久，宗教裁判所便以“强烈的异端嫌疑”而要求伽
利略前来接受审讯。当伽利略抗议说，他病得厉害无法前往时，宗教裁
判所威胁要逮捕他，并将他拷上手铐用囚笼押往罗马。于是他只好屈
从，准备行程。在等待伽利略到来的同时，教皇便开始采取措施将《对
话》封杀，并下令印刷所上缴所有成书到罗马，但为时已晚——所有成
书都已售罄。
1633年4月，庭审开始。关于异端的指控主要集中在伽利略的观点
与《圣经》上的陈述——“神固定地球在其基础上，永远不动。”——之
间的冲突上。宗教裁判所的大部分成员主张枢机主教贝拉明所表达的观
点：“断言地球围绕太阳运动就像宣称耶稣不是处女所生一样的谬
误。”然而，在主持审判的10位枢机主教中，有部分人属于抱有同情心
的理性派，为首的是教皇乌尔班八世的侄子弗朗切斯科·巴贝里尼。在
庭审的两周里，证据全都对伽利略不利，有人甚至以酷刑相威胁，但巴
贝里尼不断呼吁宽大和容忍。在一定程度上，他是成功的。在被认定有
罪后，伽利略既没有受到肉体折磨，也没有投入大牢，而是被判无限期
软禁。《对话》则被列入禁书。巴贝里尼是3名没有签字的主审法官之
一。
对伽利略的审判和随后的处罚是科学史上最黑暗的事件之一，是非
理性压倒逻辑的一段屈辱。在庭审结束时，伽利略被迫放弃信仰，否认
他的说法的真实性。不过，他还是设法以科学的名义赢得了些许自尊。
据说宣判后，当他站起来时他喃喃自语道：“Eppur SI muove！”（“然而
它还是在动呀！”）。换言之，真相是由实在决定的，不是由裁判所审
定的。无论教会怎样声称，宇宙仍然按照自己的不可改变的科学规律运
行，地球还在围绕太阳做轨道运行。
伽利略陷入孤立，被禁闭在他的住所里。他继续思考支配宇宙的规
律，但当他于1637年失明后他的研究变得非常有限。他患上青光眼也许
是因为长期盯着望远镜受到阳光的强烈刺激所致。伟大的观察者再也不
能观察了。1642年1月8日，伽利略与世长辞。作为最后的惩罚，教会拒
绝让他安葬在圣十字教堂墓地。
终极问题
太阳中心模型在接下来的世纪里逐渐被天文学家们广泛接受，一方
面是因为借助于更好的望远镜，有更多的观测证据被收集到，另一方面
是因为对模型背后的物理过程的解释在理论上有了突破。还有一个重要
因素是，老一代天文学家已经去世。死亡在科学进步中是一个重要因
素，因为它眷顾上一代保守派科学家，他们不愿意抛弃旧的、荒谬的理
论而去拥抱新的、更准确的理论。他们的顽抗是可以理解的，因为他们
终其一生都是围绕一个模型在工作，让他们放弃这个模型而去适应新模
型是他们不愿面对的。正如马克斯·普朗克——20世纪最伟大的物理学
家之一——评论的那样：“重要的科学变革很少是通过逐步争取其竞争
对手并让其转变立场来实现的：扫罗几乎不可能成为保罗。所发生的只
能是它的对手逐渐消亡，成长起来的一代从一开始就熟悉新概念。”
在天文学界接受宇宙的太阳中心说的同时，教会的态度也在转变。
神学家们开始认识到，如果他们继续否认有识之士视为真理的那些理
论，他们在大众眼里就显得太傻了。教会软化了其对待天文学和其他诸
多科学领域的立场，由此形成一个知识自由的新时期。在整个18世纪，
科学家们运用他们的技能去研究他们周围世界的各种各样的问题，他们
用准确、合理、可检验的、自然的解释和答案替代了超自然的神话、哲
学谬误和宗教教条。科学家们研究一切：从光的本性到生殖过程，从物
质的组成到火山的喷发机理，不一而足。
然而，一个特定的问题显然是被忽略了，因为科学家们一致认为这
超出了他们的职权范围，任何理性的思考确实无法触及这个问题。似乎
没有人热衷于去着手解决宇宙是如何产生的这一终极问题。科学家将自
