哥白尼革命
每當史學家們著書立說論述科學中那些富有戲劇性的變化時，首先躍入他們心頭的便是宇宙中心問題的根本性轉變，這一轉變，一改那種把地球看作是宇宙的靜止不動的中心的觀點，而認為太陽是宇宙的中心。這一變革，亦即眾所周知的哥白尼革命，常常被描述為我們參考係的一次全麵的變更，它在許多層次都引起了反響。宇宙學上的這一轉變被看作是富有革命性的轉變；所以，哥白尼就是一位“反叛的宇宙設計師”，他導致了一場“宇宙概念結構中的革命”（愛德華·羅森1971，pref．）。托馬斯·庫恩（1957）看來，作為一場“思想中的革命、一場人類宇宙觀及人類自身與宇宙的關係的觀念等的轉變”，哥白尼革命並不是一個單一的事件（盡管用的是“單數”名詞）。據說，這一“西方思想發展中劃時代的轉折點”需要從不同意義的層次上來考慮，這是因為，首先，它是一次“天文學基本概念的革新”；其次，它是“人類對大自然的理解的”一次“根本性”的變更（它最後以“一個半世紀以後”“牛頓的宇宙概念”這一“出乎意料的副產品”的產生而告結束）；再次，它是“西方人價值觀轉變的一部分”（pp．Vii，1，2）。所以，按照庫恩的觀點，人們所說的哥白尼革命並非僅僅是科學中的一場革命，它是人的思想發展和價值體係中的一場革命。然而其他人［例如，克龍比（1969，2：176—177）〕卻僅僅認為，“哥白尼革命隻不過把天體看上去的周日運動歸因於地球圍繞其軸線的那種自轉，把它們的周年運動歸因於地球圍繞太陽的那種公轉。”
從對科學革命概念的批判性分析的角度講，哥白尼革命有著特別的意義，因為在當時，哥白尼的著作和學說並未在已被人們所承認的天文學理論的基本體係中造成任何直接的根本性的變化，它隻是對實驗天文學家的實踐活動有些輕微的影響。那些承認有過哥白尼革命的史學家和哲學家們，並沒有去關注哥白尼行星理論的原理或細節，他們也沒有去關注月球理論或實驗天文學家日複一日的工作——如計算行星和月球的位置，製定星曆表等實際工作，所有這些都是用占星術算命所必須的。如果他們首先注意到天文學是一門艱辛的科學，並且把他們的研究集中在倘若哥白尼思想真的影響了天文學家的工作，其可能的影響方式是什麼這一問題上，那麼，這些史學家和哲學家就不會再斷言16世紀曾有過一場天文學革命，更不會斷言有過一場普遍的哥白尼革命了。對於科學來講，哥白尼天文學的影響直到他的論文發表（1543）大約半個世紀到四分之三個世紀之後才開始出現，當時，亦即問世紀初，通過對地球運動物理學的思考，人們提出了一些運動學的問題。這些問題直到一種全新的慣性物理學出現後才得以解決，而這種物理學絕非哥白尼物理學，它的產生是與伽利略、笛卡爾、伽桑狄和牛頓等人的工作聯係在一起的。此外，到了17世紀，哥白尼的天文學體係已經完全過時，它被開普勒體係取而代之了。簡而言之，認為科學中有過哥白尼革命的思想受到了反駁，它是以後的史學家虛構出來的。（我發現最早提及哥白尼革命的是J．S．巴伊和J．－E．蒙塔克勒，他們的這些論述將在補充材料7．4中予以分析。）顯然，伴隨著所謂17世紀中葉的英國革命也有類似的情況，正如我們所知道的那樣，這場所謂的革命，在一個半世紀以後的法國大革命爆發之前，並沒有被普遍地認為是一場革命。
哥白尼體係
哲學家。史學家（以及科學史家）對哥白尼的介紹實在太多了，而所有這些介紹都局限於哥白尼的專著《天體運行論》開篇的數頁上。在這裏，哥白尼描述了通常所謂的“哥白尼體係”，並用一幅畫有同心圓的常常被轉載的圖作了生動的說明。這幅圖看起來很簡單，但對它的解釋遠非一件容易之事。原稿上展示了一組共八個同心圓，但並沒有充分說明它們所表示的含義。位於中心的圓中有一個詞“Sol”，意為太陽，它是靜止不動的。從最外麵的圓向內看，圓與圓的間隔處依次從1到7編了號：第1條環狀帶上所標的是恒星，以後每一條環狀帶都標看一種行星的名字：2，土星；3，木星；4，火星；5，地球；6，金星；7，水星。每條行星的環狀帶上不僅標有一個行星的名字，而巨還有該行星公轉的恒星周期。例如，從外麵數第三條環狀帶上標著：“3Iovisxiiannorumrevolutio”（3，木星，12年一轉）。標有地球的那條環狀帶上寫著：“5．TelluriscuLunaan，re．”（TelluriscumLunaannuarevolutio：地球帶著月球，一年一轉）。
這些圓和環狀帶是什麼呢？在那些未受過訓練的讀者們看來，它們似乎是圓形的軌道，但是，研究哥白尼的學者愛德華·羅森（1971，11-21）已經使我們轉過來麵對這樣一個事實：這些並非是行星的軌道。它們是那種物理學家所謂的天球。哥白尼返回到嵌有行星的天球這一概念上了，這一概念可以追溯到古代的歐多克索斯、亞裏上多德、卡立普斯等人的學說，這些人認為（環繞著地球的）那些行星處在一個巨大的旋轉著的球體之中，由此看來，從（歐多克索斯引入宇宙論中並被亞裏上多德加以推廣的）天球這種概念的意義上講，哥白尼著作的標題《大體運行論》應當改為《大球運行論》。不過我們也注意到，哥白尼已經把古希臘的那種以地球為中心的天球思想轉變成新的以太陽為中心的天球思想。這本書的標題很難說是富有革命性的，相反，它暗示著該書與古代有關宇宙的思想是一脈相承的。哥白尼使用天球學說還暗示著、哥白尼也許以為，他的工作是對古代天文學的一種改良，而不是富有革命性的替代。哥白尼所采用的描述順序和描述方式嚴格地遵循托勒密的《天文學大成》的方針，則更進一步地證明了這一點（參見下文）。
近年來，人們對哥白尼天球的真正本質已經有了愈加激烈的爭論。諾埃爾·斯韋德羅（1976，127—129）業已整理出了一些相當令人信服的證據，它們說明，哥白尼可能已經構想出了一係列相鄰的天球。斯韋德羅指出，在其手稿中，哥白尼給七個圓標出了插圖說明，而所畫的圓卻有八個，所以很明顯，這些插圖說明肯定指的是圓與圓之間的七處空間。他得出結論說，這幾處空間大概是對應於“那些大球自身的，每一處都表示某一空間層（具體範圍並未劃定），每一處都是與其上麵或下麵的天球相鄰的。”木刻版印製的書（紐裏姆伯格，1543）使我們的問題複雜化了，哥白尼沒有核對出也沒有更正印刷中的問題。在這裏，算上附加的表示圍繞地球運動的月球軌道的小圓，一共有九個圓。木刻者也許隻是愚蠢地把插圖說明標在了這些圓錯誤的那一側，但這樣一來圓的數目就過多了，因為這兩個未標說明的國位於標著地球及月球的那個圓周的兩側。關於這些大球的真計一本質以及它們的完整性和連續性的程度存在著爭論，對這種爭論若無非常深入的了解，我們可能仍然會認為，哥白尼手稿中所畫的圖比那位千裏之外的木刻者所製的圖具有更高的權威性，並己會得出結論說，這些圖中所麵的的確是天球，而不是更是現代特點的概念所指的那種位於虛空的空間之中的自由循環軌道。
最外麵的天球是“1.Stellarumfixarumsphaeraimmobilis（靜止的恒星天球）；這裏又使用了一個古老的概念：恒星天球。不過哥白尼又做了一下改動，因為傳統的恒星天球必須有每日一次的自轉。這樣才能說明日夜的變化，而在哥白尼的格式中，天球是不動的。在哥白尼體係中，日夜變化現象是地球每日圍繞地軸旋轉所產生的結果。說這些星星是“恒定的”，是因為它們在其天球中，彼此之間沒有位移活動———行星（或移動的星星）則與此相反，它們不僅彼此之間會有相對的運動，而且還會進行相對於恒星的運動。
哥白尼設想，恒星是非常遙遠的，因為人的肉眼觀察不到它們的周年視差。但它們也不可能是無限遠的，因為太陽被假定是它們的中心——這對於一個天球來講是完全正確的，但對於一個無限的恒星天字來講則是不可能的，這樣的恒星天空不和能有什麼幾何學意義上的中心。哥白尼寫道；“Stellarumfixarumsphaera，seipsametomniacontinens,ideoqueimmobilis,nempeuniversilocus”。（既然是宇宙的寓所，那麼，包羅它自身及萬物的恒星天球肯定是靜止不動的。）不過，正如J.T．克拉克（1959,125）已經指出的那樣，這與他在前幾頁中所說的一段話是矛盾的：“Mobilitsa…sphaeraeestincirculumvolvi，ipsoactuformamsuamexprinmentis”（自轉是天球的屬性，天球的形狀正是通過這種自轉來表現出來的）。
哥白尼的天球圖被（例如A．沃爾夫1935，16）錯誤地解釋成是哥白尼天文學宇宙體係的一種表述，困為這些圓周上分別標著“II.土星軌道，”“III.木星軌道，”等等。當然，哥白尼充分地認識到，沒有哪一組簡單的循環運動能對太空世界作出準確的描述。因此，他開始著手構造一個複雜的體係，他先完成了一本題為《短論》的小冊子（此書寫於154年，但17世紀前並未出版），隨後他又在《大體運行論》中進行了充分的闡述。任何一位熟悉天文學的人大概都會意識到，《大體運行論》第1冊上的那幅圖，至多不過是一個圖解式的、高度簡化了的係統的模型，為了說明多種多樣的現象，哥白尼不僅引入了一定數量的本輪（這種本輪與托勒密體係中的本輪的作用截然不同），而且甚至還引入了本輪的本輪（或者說，第二級本輪，亦即epicyclets）。我們將在後麵看到，有人認為，哥白尼體係極為簡明，與之相反，托勒密體係卻十分複雜，這種看法，就業已涉及到的圓周的數目而言，值得懷疑，事實上，情況決非如此。甚至哥白尼本人在《短論》中也承認，需要有“34個圓”以便“描述天空的全部結構和所有行星協調一致的活動”（斯韋德羅1973，510）。
在考慮《天體運行論》可能的革命影響時，我們必須重視作為開篇的第1冊與其餘5冊之間存在的差別。對於這種差別，E．J．迪埃克斯特休斯（1961，289）已經作了明確的概述，他提醒我們注意，“《天體運行論》是由兩部分組成的，這兩部分在目的、性質以及重要性方麵是大相徑庭的。”
整個這部書共分為6冊，書的第1冊單獨構成了書的第一部分。它……對這個新的世界體係作了極為簡明易懂的說明。
第二部分由第2－6冊構成，它……以嚴格的科學方式……對這個體係作了複雜而詳盡的敘述，從而構成了一部與《天文學大成》難度相同的教科書。書的第三冊闡述了已發現的地球在運動而太陽靜止不動的論據。
哥白尼與托勒密的區別
在《天體運行論》和《短論》這兩部著作中，哥白尼對托勒密天文學進行了抨擊。哥白尼這樣做並非是因為在托勒密天文學中，太陽是運動的地球卻是靜止的，而是因為，托勒密沒有嚴格地堅持這樣一個規則即：所有天體的運動肯定隻能用勻速圓周運動或圓周運動的組合來解釋。托勒密認識到了，要想對行星的運動作出準確的說明，就必須放棄這種勻速圓周運動的想法，並且，他大膽引入了以後所謂的“等分點”，這樣沿某段弧線的非勻速運動相對於這一點而言，看上去就像是勻速的運動了。從準確性觀點的角度講，這是向前邁進了一大步，而且它的確是開普勒以前對行星運動最完備的解釋。然而，哥白尼卻認為，等分點的使用違背了基本的原則，他把自己最初的研究集中在設計一個由太陽、行星、月球以及恒星等組成的係統上，在這個係統中，行星和月球以勻速運動的方式沿著一個圓周滑行，或者以這種運動的某種組合的方式運動著。
哥白尼為他的天文學提出了兩個目標。他要與已知的托勒密模型所展示的（並非是實際觀察到的）那些運動取得一致；同時他還要堅持所有天體的運動肯定都是勻速的圓周運動這一物理學原則。哥白尼在《短論》和《天體運行論》中都提到並且讚同古代的卡立普斯和歐多克索斯承認的學說，在他們的學說中，圓周運動的組合（或天球的自轉）已經被用來說明各種現象了；不過哥白尼認識到，這個特殊的體係還有不少缺陷。從所涉及的數字結果方麵看，哥白尼在《短論》中相當大的部分所寫的都是托勒密和“大多數其他的”天文學家的行星理論，這些理論都使用了本輪；然而正像哥白尼（在《短論》的引言中）痛心地指出的那樣，引入“等分點”這一事實意味著，“任何一個行星，無論是在它所依附的天球之中，或者相對於它的特定的圓。已而言，從來都沒有進行過勻速的運動。”正如諾埃爾·斯韋德羅（1973，434）業已指出的那樣，哥白尼“在其對托勒密模型所作的評論中……承認，從計算的角度看，對行星運動的這種描述是準確的，”但是，他“根據原則，反對那種違背勻速圓周運動思想的做法。”人們普遍認為，哥白尼堅持勻速圓周運動，乃是哲學的或形而上學的教條向柏拉圖倒退的一個組成部分，然而斯韋德羅（p．435）卻為哥白尼的立場（至少是為他在《短論》中的立場）提供了一個物理學基礎，而且他得出結論說：“對於（諸如有關天體特有的運動的哲學的或形而上學的原則）這類事物的思索，不屬於數學天文學的領域。”