伽利略所说的“伟大的事情”,是发现了无数颗以前从未见过的恒星,并且是迄今已知的“十几倍的数量”;是看到了月亮粗糙和不平整的表面,就像“地球的外表,有巨大的凸起、深深的凹陷和弯曲”;也是新的“行星”——木星的卫星,伽利略为致敬他的资助人称之为“美第奇星”。更多压倒性的发现接踵而来:土星环(最初伽利略以为它是卫星),还有金星变幻的形状。伽利略计算了金星和木星的直径,其精确度在很长时间里无人能及。望远镜让这个“宇宙的哥伦布”意识到,天空的物理学并不像古人所说的那样与地球的完全不同。他看到了月球表面的裂缝,他和同时代的哈里奥特及巴伐利亚耶稣会神父克里斯托弗·沙因纳(ChristophSer)都观察到太阳上的黑点。月亮上的斑点即便肉眼也很难忽视,这让中世纪又回归曾经的观点,即月亮是天空与地球之间的卫星。13世纪的英格兰的罗伯特[68]说,月球兼具两者的属性,所以同时展现出纯洁和黑暗。太阳黑子其实是最纯洁的精髓——伍斯特的约翰在1128年就观察并记载了下来,可惜被遗忘了——这一发现摧毁了古代自然哲学的另一个公理。“你让我们睁开眼睛,向我们展示了一个新的天空和新的地球!”康帕内拉从那不勒斯的地牢里这样赞美伽利略。毕竟在《星际使者》开头几页,伽利略就描述了一种可以让自己在天空“翱翔”的新仪器。
这是共生的标志,没有它们就没有科学革命:高度发达的工艺与学识相互作用。很多“细流”交汇起来,最终导致望远镜的发明。望远镜的史前史可以追溯到很久远的过去,包括眼镜的漫长诞生过程,没有对光学原理的认识就不会出现望远镜。最早是眼镜工匠学会了打磨向内向外弯曲的镜片,并致力于改善玻璃质量。人们注意到,在某些技术前提下可以放大远处的物体。第一个考虑伸缩系统的人可能是弗拉卡斯托罗,而决定性的想法可能来自米德尔堡的镜片制造商汉斯·利伯希(HansLipperhey,约1570—1619)。他得出的结论是,要想得到清晰的图片,遮光物不可或缺。同样重要的是屈光力——至少两到三个屈光度——以及玻璃的质量。实验表明,在可追溯到16世纪的57个镜片中,只有5个适合制作望远镜。难怪最后达到突破的是一个工匠,毕竟他的工坊拥有相当不错的镜片库存。
像之前的印刷术一样,欧洲对望远镜投入极大的热情。它的用途——如航海或战争——太显而易见了。伽利略本人继续致力于这项发明。他改进后的望远镜可以放大20倍,而前代模型只有3倍。当“施瓦本的西西弗斯”开普勒一遍又一遍地演算时,伽利略已经能够凭借望远镜“奇袭旧观点”。
望远镜是一项突破性的发明。几千年后,天文学终于进入历史的新阶段,至今尚未完结。望远镜带来的图景对人们接受日心观至关重要。它让迄今为止只能用数字解释的东西变得清晰可见。直到1603年,伽利略一直以托勒密为基础开展天文学讲座。而望远镜的质量很快就有了突飞猛进的提高,哥白尼的观察和运算得到了证实。木星及其卫星就像是太阳系的缩影,金星也加入了绕太阳运行的轨道运动。伽利略的观察被人质疑,他反驳说:如果太阳上能看到不纯净的斑点,那人们也只能实事求是地说明。不是事物的本质要符合名称,而是名称要符合本质。伽利略骄傲地说——他从不缺乏自信——自己的发现不啻对亚里士多德的“伪科学”的埋葬,或者说末日审判。开普勒在第一次通过望远镜观测后欢呼道:“哦,望远镜,多种知识的工具,比权杖更有价值!把你握在手中的人难道不就是上帝作品的国王和主人?”
尽管有着字面意义上的新视角,哥白尼的世界观不乏反对者。切萨雷·克雷莫尼尼(Cesarei)是坚定的亚里士多德派,他甚至拒绝透过望远镜看一眼。克拉乌说,如果能证实本轮和偏心圆存在的方法现在被质疑,那么整个自然哲学都将衰亡。事实也确实如此。
我们曾经提到的一些圈子正在逐渐关闭。随着伽利略到美第奇宫廷任职,1610年又拿到比萨教席——他早期就曾在这里教授数学——托斯卡纳,这个古老宏大的理性和新事物的风景区,又一次成为改变世界的各类发现的舞台。
伽利略的新物理学
伽利略于1564年出生于比萨,科学很早就向他敞开了大门。他的父亲文森佐是个布商,祖上出身高贵,对音乐、科学和数学都有浓厚的兴趣。伽利略后来能够引发物理世界的革命,可能是文森佐的老师吉奥塞弗·查利诺(GioseffoZarlino,1517—1590)给他播下了第一颗种子。查利诺在自己领域从事的工作与伽利略在物理方面的类似:把理论和实践结合起来,又让两者互相校准。和谐音乐的数学之美并不能让查利诺满足,他想知道计算出来的东西是否也会听起来很美,而事实经常不如他所愿。因此,即使毕达哥拉斯的体系有高度一致性,还是被他抛弃,他开发出另一种替代品。
相反,伽利略一开始汲取知识时就研究亚历山大的数学。他在佛罗伦萨求学时的老师是奥西蒂利奥·利奇(OsitilioRicci),而利奇则师从伟大的数学家尼科洛·塔尔塔利亚(Nicclia,14991500—1557),塔尔塔利亚编辑出版了阿基米德的著作,而阿基米德的物理学又对伽利略研究有重要意义。阿基米德已经制定了一套方法:分析自然过程并从中推导出规则。他通过实验推导出一个后来以他为名的定理:将物体浸入静止流体,如水中的物体受到一个浮力,其大小等于该物体所排开的流体重量。伽利略在此基础上继续深入,用来处理比重的问题。
伽利略将数学家横溢的才华、观察者的才干与实践者的技能结合起来。实用价值从未离开过他的视线。他自己设计了指南针,每个叫卖35里拉,卖出了100多件。除了望远镜,他还开发了静力天平、温度计和泵。即使在晚年,他也致力于摆钟的制作。他早年在比萨时就曾探究钟摆定律,为摆钟提供了第一个先决条件。
伽利略的视野远远超出物理学家和发明家的界限,他对诗歌、绘画和雕塑都感兴趣。他为佛罗伦萨人举办关于《神曲》中地貌的讲座,用几何方法重建场景——现代科学与中世纪宇宙学于此交会。作为学者,伽利略是一名专家,因而绝不是杂而不精之人。他对阿里奥斯托倍加推崇,曾用一个比喻来抬高阿里奥斯托,贬损托尔夸托·塔索,从中也能看出他作为科学家的自我理解。他讽刺塔索的诗歌是“任何一个好奇的小男人”的珍奇室,收藏的都是大杂烩:螃蟹的化石、风干的变色龙、琥珀中的蚊子和苍蝇、埃及陶俑、巴乔·班迪内利和帕尔米贾尼诺(Parmigianino)的素描。相反,阿里奥斯托的博物馆则是一个皇家艺廊,有古代雕像、绘画和珍藏。与之对应,伽利略自己理性的科学风格就像是经典的文艺复兴全盛时期,远离一切神秘主义和矫饰主义。
这个比萨人令人惊讶的成就与同时代的开普勒一样,他们二人都摧毁了屹立两千年的范式。与克拉乌那些人不同,他们并不是一开始就明确地知道,自己生活和研究的世界是如何被创造的,他们必须去发现。他们就像是苏格拉底之前的人、雅典人和亚历山大人,入侵了一片未知领域。科学革命的两位英雄甫一现身,就预示着新的局面,最广阔的发展空间需要“伟大的个人”,他们能实现发展:二者都是激进的思想家,把“思潮”汇合起来并从中得出深远的结论。几个世纪以来,人们一直在思考行动所遵循的规则,但伽利略是第一个进行系统实验的人,并且尽可能地让实验接近理想的数学层面。例如,他尽量减少运动过程中的干扰力,以此验证观察与数学阐明的原理是否一致。他单纯想知道,当人们扔下一块石头或一根羽毛时发生了什么,为什么石头比羽毛更快落地。如他认识到的那样,这仅仅是因为空气阻力。1971年,宇航员大卫·斯科特(DavidScott)在几乎完美的条件下,在月球上重新演示了伽利略的实验:他让一根猎鹰羽毛和一个锤子掉落。在真空中,两者毫不受阻地同时落在他脚边的灰尘中。“伽利略先生的发现是正确的”,斯科特从太空中总结道。同时,这也惊人地证明了伽利略的假设,天上的物理学与地上的世界遵循同样法则。
伽利略先生没有问为什么实验对象总是落下,什么力量把它向下牵引。他一直未能解答。伽利略记录、演算并重复他的实验,直到达到满意的结果。他的新物理的宣言是《试金者》,1623年出版的一本论战小书,内容是关于五年前的一颗彗星。伽利略攻击耶稣会的天文学家的观点,他们以奥拉齐奥·格拉西(rassi)为代表。伽利略认为彗星是地球大气层阴霾的映射,而格拉西的看法更接近真理,这只是一个讽刺的注脚,而这场争论则是欧洲伟大对话的一个亮点。伽利略和开普勒及哥白尼一样都认为宇宙是按照数学原理构建的。他写道,科学(filosofia)不像《伊利亚特》或《疯狂的罗兰》那样是人类的幻想。为了读懂这本名叫宇宙的书,人们要学习它的语言。“它是用数学语言写的,字母是三角形、圆形和其他几何形状。不学会这些,人们可能一个字也读不懂。没有这些,人们只能在黑暗的迷宫里徒劳打转。”这些句子让人联想到哥白尼,他曾禁止那些不懂几何学的人进入他的天文学。
数学定律绝不是伽利略心中那个可感知世界的理想构成。对他来说,它们更像是事物的本质。伽利略和开普勒的开创性成就在于,他们让数学在现实世界的构造中获得了中心地位〔弗洛里斯·科恩(Floris)语〕。精于运算的知识分子可以发现那些通过感知无法获得的信息,并纠正感知的错误。这就是为什么伽利略对哥白尼的成就钦佩不已。“我的崇拜之情滔滔不绝,”他评判道,“就像理性为阿利斯塔克和哥白尼带来源源不断的力量,它对感官造成极大的冲击并取而代之,成为观点的统治者。”在伽利略的宇宙中,唤起磁性并让行星吸附在夜空的智慧变得多余。与开普勒不同,伽利略的宇宙不再是人类中心主义,但他的模型仍然是根据数学定律设计的并且同样优雅。
亚里士多德的理论湮灭于尘土,天空的物理规则和地面上的世界现在没有什么不同。在这个明确的基础上,伽利略研究下落和运动规则,并最终建立一个新的世界模型。热或冷不再存在于物质中。在伽利略看来,它们和味道、气味或颜色一样都只是人类赋予事物的名称。恒星从他的宇宙中被驱逐,因为它们与观测和计算结果不相容。宇宙对他来说是一个独特、真正和实际的存在,它就是显现出的这样。至于是否无限,伽利略也认为无法判断。
深入了解现实——对伽利略来说,这意味着追问且继续追问,意味着质疑、确定概率、探索可能性。如果你想知道什么是云,并得出蒸汽组成云的结论,那么就必须知道什么是蒸汽。事实证明蒸汽是通过加热水而产生的,那么什么是水呢?通过提问和观察,遥远的物体如行星和最微小的组织单位(corpiimi)的特性都能够为人所知。《试金者》以此为基础提出了一个令人注目的假设:作者认为“可以相信”,我们感受到的“温暖”只是移动的小火苗。他在论文的最后一章提出,“真正不可分割的原子”是物质的最小组成部分。伽利略以这一定论结束了他的文章,他不再试图理解物理现象的最后核心。尽管如此,他也承认自己按捺不住对答案的好奇。现代粒子物理学仍在为此付出巨大的努力。
伽利略对古代物理学的正面攻击绝不是没有威慑力。对于当时的人来说,他关于原子的论述听起来像是无神论的卢克莱修在发言。布鲁诺的火刑架的焦味还弥漫在罗马的鲜花广场上;1619年,蓬波纳齐哲学的追随者朱利奥·切萨雷·瓦尼尼(Giulioini)在图卢兹被处决。刽子手一刀割下他的舌头,这样他永远也不能再大放异端厥词,当时他咆哮大叫,就像一头屠宰架上的公牛。据说瓦尼尼异想天开,大不敬地回答了让人们痛苦不已的问题,为什么有“苦难与不幸”——“我为什么要受苦?”——因为根本没有上帝。
审判
当时的局势差点让伽利略也成了异教徒,尽管不会把他送上断头台。罗马一直对他关注有加。1616年,第一次审判主要是讨论他的做法,试图让释经与对自然的认识达到一致。切萨雷·巴罗尼奥曾经提出,圣灵是要教导人们“怎么去天堂”——而不是“天堂里面什么样”,这种区别现在也变得模糊。伽利略大胆的一致性让特伦托宗教会议上刚刚确立的释经专家的垄断地位受到威胁。难道数学家或天文学家有权根据他们的发现解释《圣经》?这次审判有惊无险地结束。根据1277年设定的传统,伽利略被允许假设太阳位于中心,涉及数学模型也没问题。但如果认为这种思想游戏是物理现实,那就是异端学说。这场审判能够完结,主要归功于枢机主教圣罗伯托·贝拉明(RobertoBellarmin,1542—1621),他同时也是那个时代最有争议的神学家之一,以对托马斯·阿奎那的评述而著称,并且参与编写了耶稣会的教义。
直到1632年,宗教裁判所才开始严肃看待伽利略。可能是眼见德国宗教战争不断升级,且当时优势逐渐倒向新教徒一方,罗马教廷的态度越来越强硬。此外,多明我会和耶稣会之间的竞争也为伽利略带来不利的影响,这两个修会在涉及宗教热情时僵持不下。触发新一轮审判的,正是我们这本书开头提到的《关于两大世界体系的对话》,它也许是有史以来最重要的科普著作。书中的傻瓜辛普利西奥很容易就被认出是以教皇乌尔班八世为原型,他原本是伽利略的资助人,伽利略这样写并没有多少恶意。
即使是现在,这个物理学家的对手也不是一队晕头转向的傻瓜,而是一群博学多识的人。他的法官根本不愿放弃现有的科学风格,它已经在共识中被接受,而且与普遍被人认可的宗教教条和谐共存。所以,伽利略的粒子理论令人厌恶,因为这与圣餐礼的天主教观点不兼容。假如所有的事物都是由不变的微粒组成,那么面包就是面包粒子的组合,葡萄酒就是葡萄酒粒子的组合,怎么变成基督的血肉呢?这样的物理学使得神圣的转变成为不可能,如果不把它看成是奇迹,这就中了新教徒的计了。
然而,这次审判也安然结束,至关重要的是伽利略对哥白尼的看法。法庭认为他对异端学说的态度很可疑,因为他把一个与《圣经》相矛盾的虚假学说看作有效的,“太阳才是世界的中心而且不会从东向西移动,而地球要自己转动并且不再是世界的中心”。判决书不仅仅是针对伽利略,这是对现代化的时代精神的示警信号。罗马利用他的学说来规范罗马的知识界,对哥白尼的追随在这里已经成为一种态度;更糟糕的是,他们的斧头已经砍向亚里士多德体系,从而危及以亚氏为基础的经院哲学。最重要的代表人物托马斯·阿奎那——特伦托反抗精神的代表——于1567年正式被宣布为教会导师。
密涅瓦圣母堂的悔改行为意味着这个朝臣的坠落,他本已经上升为一颗智慧明星。这个比萨人曾在宫廷任职,他举止亲切又很有幽默感,曾经如鱼得水。现在,他想逃脱死亡的厄运。圣公会将他逮捕并禁止他进行“公开或秘密的谈话”,流亡的地点是佛罗伦萨附近的阿切特里。学生围绕着他,访客也接踵而来——包括托马斯·霍布斯(ThomasHobbes,1588—1679)和约翰·弥尔顿。他的女儿弗吉尼亚在附近的修道院找到出路。在生命中剩下的十余年里,他写出了物理学的扛鼎之作——《关于力学和位置运动的两门新科学的对话》。
1630年,开普勒在雷根斯堡逗留期间——他想向皇帝斐迪南二世申请丰厚薪俸——去世。他最重要的追随者伽利略从来没有对他做出过公正的评价。伽利略自己在《关于两大世界体系的对话》中捍卫的错误论点,认为地球的运动可以通过潮汐变化证实,但他把开普勒的精确猜测贬低为“幼稚的童言”,其实开普勒认为的月球引力是潮汐起源才是正确的。尽管对开普勒的行星椭圆轨道学说还不甚了解,但伽利略拒绝接受这种观点。鲁道夫二世去世后,开普勒辗转来到天主教的林茨。1626年,皇帝斐迪南的将军阿尔布雷希特·冯·华伦斯坦(AlbreWallenstein)成为他的庇护人。开普勒为自己写的墓志铭是:“我曾测量天空,现在测量幽冥。灵魂飞向天国,肉体安息土中。”
欧洲之凤
开普勒和伽利略的真正成就不仅在于他们将数学和可观察的现实联系起来,事实上,先于他们的大师,包括托勒密,都曾有过尝试。然而具有决定性意义的是,在1600年前后,这些尝试成功了。直到今天,物理学还依赖于这些由他们奠定的基础:经验、实验和计算。话语革命继续升级。耶稣会士保鲁斯·霍法厄斯(PaulusHoffaeus)评论说:“这些问题和这些伟大思想家的天性就在于,他们不会别的,只会一直讨论新的事物。”一个向另一个学习,第三个人又从这两人身上找到灵感。人们互相通信,争论一切事物,世纪末甚至在墨西哥也出现这种潮流。只有这样,思想才成为工具,猜想成为方法。一些发现几乎重复或者同时发生。人们在以撒·贝克曼(Isaa)的日记中发现了笔记,可见他于1613年前后发展出和伽利略的理论非常相似的动力学,他是笛卡儿的好友和鼓动者。10世纪的波斯学者伊本·萨尔(IbnSahl)发现了光的折射定律,后来被笛卡儿、威里布里德·斯涅耳(WillebrordSnell)和托马斯·哈里奥特三人同时重新发现。到底谁对一个新发现拥有“长子权”,争议越来越多。德拉·波尔塔声称自己最先制造出望远镜,而荷兰人扎哈里亚斯·扬森(ZachariasJanssen)毫不让步。出版物要求拥有版权保护,表明人们意识到知识产权的重要性,但这种做法并没有特别见效。维萨里就曾抱怨说,写书的纸和书的内容没有同样的价值。
数学也可以回应宗教冲突和哲学怀疑主义,且变得越来越重要。几何形状成为时尚,防御工事、外立面或巴洛克公园都呈现出显而易见的几何美学,波玛索公园的模糊和神秘、超现实的镜子世界和苍白的忧郁都消失无踪。大自然被切割成圆形和直线,几何精神在仔细排列的舞蹈和绘画中都留下痕迹。在卡拉瓦乔奏响罗马巴洛克全盛时期的序曲后,英国建筑师伊尼戈·琼斯(InigoJones,1573—1652)和法国画家尼古拉·普桑(NicolasPoussin,1594—1664)也表达了他们对经典思潮的偏爱。普桑认为颜色可以与音色的情感价值进行比较,他引用了文森佐·伽利略的老师查利诺的“和谐说”。这样,数学甚至与绘画的色调联系起来。康帕内拉在《太阳城》中想象的圆形布局出现在意大利的理想城市和符腾堡的弗罗伊登施塔特中,这个正方形规划的小城于1599年开始建造。神学家约翰·瓦伦丁·安德烈埃(JohainAndreae)的国家乌托邦“基督城”(opolis)也借鉴了这种布局,而琼斯的经典建筑不仅受到帕拉第奥艺术的影响,也与勒内·笛卡儿(1596—1650)的几何哲学相呼应。
与开普勒和伽利略一样,笛卡儿的宇宙也是完美的几何结构。他认为自然的第一推动者和立法者是造物主上帝,他相信用自己的方法可以证明上帝存在。上帝肯定不会撒谎,所以他以上帝为担保,认为通过人类的理性,的确可以获得真理。但上帝不再出现在他的被创造物中,最多只有天使降临,他们是上帝的使者。
笛卡儿的物理学总是提到相互碰撞的粒子和相互作用的旋涡,他的观点从流派上来看与伊壁鸠鲁的思想最为接近,相似度超过所有其他自然科学模型。只还差一步,它就可以让这个完美构建的世界钟自己运行,从而质疑上帝的存在。加尔文主义者和天主教的狂热分子已经开始对此产生怀疑。真是世事多变!亚里士多德的学说在1277年被教会谴责,现在教会为了对抗笛卡儿这样的“现代思想家”又把亚里士多德奉若神明。笛卡儿已经预知到这样的情形。他费尽心机想证明,圣餐礼的奇迹与他的物理并不违和。可惜笛卡儿最重要的几部著作还是都被列入禁书目录。当他听说伽利略被审判时,他不敢再出版自己的《世界》一书,这本是他的哲学思想的集大成之作。因为加尔文宗的正统派一直与他激烈争辩,1649年他迁居瑞典。一年后,他溘然长逝。