胡翌霖 | 数理天文学的兴起
作者 胡翌霖 (清华大学助理教授)
责编 许嘉芩 刘愈
作者 胡翌霖 (清华大学助理教授)
责编 许嘉芩 刘愈
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上一讲我们讲古希腊作为科学的发源，希腊学术的关键词是“自由”，这个自由有几层意思。就事物而言，自由的事物就是自然物——有别于人工物，自然物自己为自己提供原因，于是旨在从事物自身寻求原因的学问就是自然哲学；就人而言，自由与功利相对，自由人与奴隶相对，应该追求卓越而不是追逐现实的利益；就学术而言，自由的学术与模仿和权威相对，数学是自由学术的典范，知识自己显示自己，不依赖于权威的教条，也不是学舌、模仿而能获得的。
需要注意的是这些性格不好说是当时希腊人的主流，严格来说当时希腊人口的主流恐怕是奴隶，在知识阶层中更多的也是诡辩家而不是哲学家。但这样一小撮特立独行的哲学家，的确是希腊文化的特产，这一撮人在当时就受人尊敬，在现代更是被追溯为科学的源头，因此我们的“科学通史”势必要聚焦于此，所以我们会有意无意地忽略斯巴达等希腊文化中的其它面相。我们第一讲就说过，在历史研究中偏见是不可避免的，但我们需要保持自觉。
上一讲最后我们提到了几个悖论，巴门尼德说变化不可能，芝诺说运动不可能，柏拉图说学习不可能。这些悖论的提出并非只是异想天开或者玩文字游戏，它们都在强调一件事情，就是感官和理性的鸿沟，最后在柏拉图那里，更是把世界区分为感觉世界和理念世界，认为前者是变化的、有朽的、缺陷的，后者是不变的、永恒的、完美的。前者是可感世界，后者是可知世界。柏拉图把追求知识的目标放到理念世界，而迷惑人心的感官和肉体成了追求知识的妨碍。
柏拉图有一个著名的比喻，一般称之为“洞喻”（图4.1.1），讲山洞里有一群人被绑着，只能盯着眼前的洞壁看，洞壁上有许多影像动来动去很热闹，一些智慧的人甚至可以从中总结出许多“知识”，预判上面的影像会怎么运动。但有一个挣脱了枷锁的人回头一看，才知道那些影像全是背后的火光投射出来的虚影，他一步步走出洞穴，看到阳光下的万物，最后看到太阳本身，这才发现了真实的世界。他想回去解放他的同伴，但发现他很难做到，因为已经逐渐适应了阳光的双眼反而看不清洞壁上晦暗的影像了，比起那些熟知影像的囚徒而言他更像是个盲人，而那些囚徒即便被迫看到了一眼火光，也都被晃得眼冒金星，以为那才是幻象。柏拉图用这个故事比喻了哲学家王和普通民众的关系，也比喻了他对求知之路的理解。追求真知识需要摆脱幻象（感觉经验），解除枷锁（肉体），用自由的灵魂之眼去看真理。
图4.1.1 柏拉图洞喻
肉体和现实世界对于真理来说基本只是干扰，但也并不是说一定要等灵魂出窍后才有可能接近真理，现实世界中有一些活动是能够训练灵魂之眼的，比如几何学，也有某些事物是更接近永恒不朽的，那就是天空，所以几何学和天文学之类的学术就成为锻炼灵魂的必修课。
在这种背景下，柏拉图开辟了一种非常独特的天文学传统，我们不妨称之为“数理天文学”，或者准确地说，作为数学的天文学。柏拉图曾明确表示，应该像几何学那样研究天文，要“从问题出发”，也就是说不要从实际的星象出发来研究。柏拉图的天文学需要理论想象、逻辑推演，就是不怎么需要实际观测。
几大文明古国的天文学传统，主要的课题是历法问题，而历法问题首先就是如何调和太阳历和太阴历的关系问题，我们知道一个月指的是月球盈亏的一个周期，大致是30天不到一点，一年是太阳周年运转导致春夏秋冬的一个周期，是十二个月还要多出几天。那么具体多出几天呢？每年的春分秋分冬至夏至这几个点如何确定呢，这就是一个经验科学的问题了。在古希腊，默冬在公元前432年的奥林匹克运动会上宣布他发现了19 年大致等于235个月这一规律，也就是所谓19年7闰的“默冬周期”，当然这个周期恐怕不是希腊人最早发现的，巴比伦人早就在应用这一历法了。
图4.1.2
图4.1.3
1900年发现的安蒂基西拉机器（Antikythera mechanism），反映了希腊化时期的天文和机械成就。根据学者的复原，此机器至少可以推算多种阴历和阳历的历法（包含默冬周期），甚至能预测任意一天太阳和月亮在黄道中的位置（包括日月食）
除了历法之外，占星的需求也是天文学发展的主要动力，古巴比伦人就相信人出生时太阳和五大行星的方位对他的性格和命运都有影响，直到今天年轻人“研究”的星座还是继承了巴比伦人那一套，中国古代人则相信天象和王朝的气运相关。要研究这些占星问题，就要求有细致的天象记录，一些推演和预测也是必要的。
但是到了柏拉图那里，推动天文学的是一个全新的诉求，那就是“拯救现象”。
【本文摘自《过时的智慧——科学通史十五讲》第四讲 拯救现象：希腊天文学的发展，上海教育出版社，2016年7月出版。】