哥白尼革命

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哥白尼革命及其影响

绪论

目的：为了让更多的人了解什么是哥白尼革命，理解哥白尼的革命道路之艰辛和他在发

表“日心说”时的犹豫。让人们明白哥白尼革命对近代及现代科学和社会的影响尤其是

对牛顿思想的影响。研究现状：哥白尼革命已经离我们很遥远了，但是它对我们现在科

学以及思想的影响还是很大的，目前人们对它的研究基本很少，“日心说”在我们大脑

里已经根深蒂固了。本论文是在前人的基础之上总结并归纳了哥白尼革命的意义和它的

影响，在人们更好认识哥白尼革命的道路上提供了方便。

1哥白尼革命的必然性

哥白尼革命作为人类文明由蒙昧到光明的转折点早已深入人心，成为现代科学诞生的标

志与现代社会发展的起点。1543年哥白尼《天球运行论》一书的出版，揭开了天文学和

宇宙论思想上一场剧变的序幕，我们称之为哥白尼革命。哥白尼革命是一场观念上的革

命，是人的宇宙概念以及人与宇宙之关系的概念的一次转型。总的来说，哥白尼革命就

是以日心地动说为基础的新天文学取代了地心地静说的旧天文学，进而又引出以物理学

革命为主干的科学革命。在文艺复兴思想史上的这一幕，被一再的宣称为西方人思想发

展的划时代转向。但这场革命也揭开了天文学研究中许多最晦暗和最隐秘的细节。

哥白尼是为数不多的一群最早复兴整个希腊化技术性的数理天文学传统的欧洲人

之一。《天球运行论》不仅模仿《至大论》，而且它差不多只是针对当时一群有能力阅读

托勒密论著的天文学家。《天球运行论》正是为解决在哥白尼看来托勒密体系及其继承

者尚未解决的那些行星问题而著。在哥白尼的著作中，地球运动的革命性观念最初只不

过是这位熟练而又忠实的天文学家试图改良计算行星位置的技巧时一个反常的副产品。

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这是《天球运行论》中第一个重要的不协调之处：激发哥白尼之革新的目标同革新本身

之间的不相称。

哥白尼说，对当时天文学的坦率评价表明，靠地心说解决行星问题希望渺茫。托勒

密天文学的传统方法没有也不可能解决这些问题，相反还产生了一个怪物。他断定，在

传统行星天文学的传统思想中，一定存在一个根本性的错误。这是首次有一位在技术上

胜任的天文学家出于其研究的在理由而拒绝历史悠久的科学传统，正是对这个技术性错

误的行的了解启动了哥白尼革命。已经感觉到的那种必要性是哥白尼发明的来源。但是，

对这种必要性的感觉是一个新的东西。

2哥白尼革命的历史背景

中世纪的欧洲，以罗马教皇为首的天主教会的势力十分强大；神权胜过君权，成为

实际的统治者和反动势力的总代表。按照教义，自然界是上帝创造出来的，上帝按照自

己的形象创造了人，并把他们安置在地球上，地球在宇宙中应占有特殊地位.这样，托勒

密体系正好为基督教义提供了“科学根据”，它变成了与教义具有同等意义、同样神圣

不可侵犯的理论。

13世纪，天主教会在托马斯·阿奎按照神学面貌对亚里士多德-托勒密理论进行了改

造之后，把它定为信条，以致在御用天文学家甚至整个西方社会中奉若神明。“地心说”

就和人们由日常所见而积淀的根深蒂固的传统观念，教会神圣不可侵犯的权威连在一

起。科学在当时是神学的婢女，教会对新科学总是尽力压制，人们稍有科学探索的越轨

行为，便会招来教会以异端名义的迫害，因此新科学的微光很难闪亮。谁要是对教会表

示怀疑和反对，便被认为是亵渎神圣和大逆不道，就要受到制裁。13世纪时，一位通晓

天文学的西班牙卡斯提腊国王阿尔芳斯感到托勒密体系的结构太复杂，曾说了一句“上

帝创造世界的时候要是向我征求意见的话，上天的秩序可能安排得更好些”，便被指控

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为异教徒，连王位也被废除了。在这种历史背景下，哥白尼犹豫了。

在公元2世纪，古希腊天文学家托勒密创立了地心宇宙体系——托勒密体系。其核

心是地球处于宇宙中心，静止不动。托勒密学说能较好地说明当时观测到的天体运动，

并已沿用一千多年，在欧洲天文学中一直处于统治地位。

地心说居于统治地位的原因，首先是托勒密高超地运用欧几里德几何学的严密性，

对亚里士多德、阿波罗尼和希帕克等前人的学说进行系统地整理。其次是它与当时推崇

的亚里士多德物理学十分融合，亚里士多德为地心说给予了充分论证。那时这个体系在

预言恒星和行星的位置变化方面取得了值得赞美的成功，任何一种其他古代理论都做不

到这么好。由此可见，地心就是整个宇宙的重心。由于难以设想宇宙中存在足以推动地

球转动的力，亚里士多德选择了没有重量的天体围绕地球做匀速圆周运动，整个宇宙的

动因则来自宇宙之上的“第一推动者”.尤其值得说明的是，地心说同亚里士多德物理学

的核是完全一致的。

在当时的观察所要求的精确度围，这样解释事实是相当成功的。相对于那种面对上

天茫然无知是一种莫大的进步，它在人类历史上应该是有一定地位的，在推动古代天文

学的发展中曾起过重要的历史作用。哥白尼也曾承认他得益于“地心说”不浅。凯德洛

夫指出，科学上的革命从一种世界图像到另一种世界图像的过渡并非谬误到真理，而是

从比较不完备的相对真理到另一比较完备的相对真理.哥白尼“日心说”的提出必然会受

到在当时比较完善的“地心说”的攻击，这也是哥白尼顾虑之一。

查阅国的科普材料或科学史著作中关于哥白尼革命的描写，很容易见到对科学战胜的赞

扬之辞，例如：“哥白尼的日心说，否定了上帝把地球置于宇宙中心的教义，建立了科

学的宇宙观，从此，自然科学就从神学中解放了出来。《圣经》的一贯正确和绝对真理

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的画皮被撕碎了，人们的精神枷锁也随之被打碎了”[1]。“我们承认哥白尼日心说是天

文学的革命，是因为它吹响了科学背叛神学并起来反抗的号角，它号召人们为砸碎神学

的枷锁，为科学的生存权利而战。《天体运行论》是对教义的公开审判，它判决地球不

是宇宙的中心，上帝也没有特殊的宝座。更重要的是，既然传统的宇宙观不是亘古不变

的真理，那末没有什么信条不可怀疑，不可改变的了。所以日心说的创立标志着科学从

神学束缚中的解放，从此自然科学走上了一条崭新的道路”[2]。“在这部划时代的著作

（《天体运行论》）中，哥白尼提出了新的宇宙结构理论——日心体系。他把天文学从神

学中解放出来，成为近代天文学诞生的标志，是人类思想史上的一个伟大的里程碑”[3]。

“哥白尼太阳中心说的提出是天文学上的革命，又是自然科学向教会权威的挑战，从此

以后，自然科学就冲破了神学的桎梏，开始独立地大踏步地前进了”[4]。凡此种种。

将哥白尼革命意义的焦点定在科学反抗的斗争上，一般是基于这样的历史考虑：哥白尼

所处时代是中世纪的后期，虽然文艺复兴已在艺术领域广泛开展，教会在当时的知识环

境中还是占据着主导地位，哲学作为神学的婢女局限在经院哲学的围，自然科学的开展

受到教义信条的严格监视与控制。哥白尼学说因其具有与《圣经》明显抵触之处，自然

会引起基督教文化权威的压制，而其学说最终的完善壮大与广泛传播确实从教义理论部

与大众心理层面动摇了教会基于两球体系的神学正统解释。其实，认为哥白尼革命是科

学反抗的革命只是其表象，若深究下去，从历史角度来讲，哥白尼革命，包括哥白尼在

的许多重要科学家，如开普勒、伽利略、牛顿等不仅均无明显的反动机，而且大多都有

较强的观念。哥白尼学习过神学，终身的正式职业是弗洛恩堡教堂典事。哥白尼的工作

针对的并不是信仰的荒谬性，在他的《天球运行论》序言给当时教皇保罗三世的信中，

可以看出哥白尼本人对自己的学说存有很多上的考虑。哥白尼并不是反的科学斗士，他

曾意识到自己的学说可能与教会产生冲突，并明确地试图得到教会的谅解：“教皇陛下，

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我完全可以设想，某些人在听到我在此书中将苍穹的旋转归因于地球的运动之后，就会

大叫大嚷，说既然我主这样的观点，就应当立即被哄下台来。我对自己的著作还没有偏

爱到这种程度，以至于不顾别人的看法；而且尽管我知道哲学家的深思与俗众的看法相

去甚远，因为他的目的就是在上帝所允许的人类理性所及的围探寻万物的真理，但我还

是主那些相当错误的意见应当予以摆脱。”[5]哥白尼在这封信中还透露出他有意无意地

在维护上帝的地位：“用来确定天球体系运动的数学传统如此不可靠，我对此深思了很

久。最后我开始恼火，因为哲学家们并不能为至高无上的造物主为我们建造的有秩序的

宇宙提出正确的理论，因为他们在别的方面对同宇宙相比极为渺小的事物都细心地做了

研究。”[6]

由此可以看出，身为神职人员的哥白尼对是亲和的，造物主的观念在某种程度上促进了

他的科学研究，至少可以说与科学在哥白尼的工作中是不冲突的。

哥白尼之后的杰出天文学家第谷以其卓越的天文观测工作与详尽的观测资料为哥白尼

日心说的发展开辟了道路，可以算作是哥白尼革命的重要推动者之一。然而，第谷倾向

于维护教会赞同的地心说体系，在理论上反对日心说：“按照古人的说法和《圣经》的

启示，我认为只能把地球安置在世界的中心。”[7]第谷本人也同意哥白尼体系具有多种

优点，他最终建立起一套与日心说在数学上等价的地心说体系，维护了教会的传统。第

谷通过对新星与彗星的观测在实际上打击了传统解释，但他并未对此做出过多的阐发。

3哥白尼的顾虑及思想斗争

日心说还面临来自理论的诘难——亚里士多德学派的攻击。日心说直接否定了地心

说，这就注定了日心说在许多原理上同旧物理学相冲突。例如，按照自然位置说，地球

只能保持静止，不能转动，否则会导致地球崩溃。哥白尼则设想由于重力使地球保持球

形，而且“太阳、月球和行星可能也有这种性质”。这样，哥白尼就用重力取代了自然

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位置说，推翻了地球是宇宙中心的论点。在论及地球为何会旋转时，哥白尼认为这是球

本身所具有的倾向，这种形状决定运动的观点同物体运动必受推动的旧动力学直接相

悖。种种对立使哥白尼深知，如果日心说一旦公开，必然招致亚里士多德学派的攻击。

哥白尼对自己的理论不能与观测结果完全取得一致而不满，总想作进一步改进。当哥白

尼见到他的《天体运行论》出版的书籍时，已处于弥留之际。

日心说虽然说明了许多现象，但它也带来了一些需要予以说明的问题。即如果地球

转动，则应观察到恒星视差(地球如确实在绕日公转，则从其椭圆轨道之此端运行至彼

端，在此两端观测远处恒星，方位应有所改变)，从旧物理学来看，还应存在落体偏斜

等现象；但人们却并未观察到这些现象。哥白尼给出的解释是，前者因恒星离地球太遥

远，因而周年视差非常微小，所以难以观察到；后者则是地球转动时，附近的物体也随

着转动(这也要等到17世纪伽利略阐明运动相对性原理以及有了速度的矢量合成之后才

被驳倒)。这些解释对于那些深受旧物理学影响的人来说，是不能信服的。另外，由于

日心说在行星运动上采取了正圆轨道，使得它在说明观察现象时也存在某些偏差。哥白

尼曾力图消除这些偏差，但却徒劳。有的学者认为这是哥白尼踌躇多年的关键，是有道

理的。

“日心说”体系还带有浓厚的神秘色彩，其理论依据源出“毕达哥拉斯-柏拉图”的

宇宙先定简单和谐论.贝尔纳曾指出：“对于这项革命性的改变，他所提出的理由基本上

是哲学的，是审美性的。”而相对于“地心说”在当时其准确度的提高很有限，从更广

大的围来说，缺少了亚里士多德学说那种宏伟的广阔性和严密的完整性。就当时来说，

库恩认为“即使是哥白尼更为精致的学说，比托勒密系统既不更简单，也不更精确”，“没

有导致日历上任何改进”。

4哥白尼革命对社会的影响

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4.1哥白尼革命对天文学的贡献

对于哥白尼那一代的欧洲人来说，行星天文学几乎是一个新的领域，并且它所处

的思想和社会环境与以往天文学所经历的非常不同。哥白尼生于1473年，卒于1543年，

占据了文艺复兴和改革的核心时期，这个时代新颖的特征对于发起和形成他的工作也有

影响。由于老套的东西很容易在普遍骚乱的时期被抛弃，所以文艺复兴和改革时期欧洲

的动荡本身就有利于哥白尼的天文学革新。这个时代的独特特征对天文学有着更为具体

的影响。哥白尼19岁那年哥伦布首次登上了美洲大陆，成功的航行要求改进了的制图和

航海技术。而这些又在一定程度上取决于增加对天的了解，这样也部分地改变了天文学

家对他们领域的态度。每一次新的航行都会发现新的疆域、新的成果和新的民族。人类

很快意识到古代对地球的描述是多么错误。

历法改革的鼓动对文艺复兴时期的天文学实践有着更为直接和戏剧化的影响，因为

历法研究使得天文学家直接面对现有计算技术的不足。16世纪早期，哥白尼被要求向教

皇提供有关历法改革的意见。他倾向并极力主历法改革应推迟，因为他感到现有的天文

观察和理论还不能允许设计一个真正合适的历法。当哥白尼开例当时的天文学中那些导

致他考虑他的激进理论的诸方面时，他这样开始，“首先，那些数学家们对日月的运行

很不了解，他们甚至连季节年的恒定长度都无法加以解释和观测。”哥白尼说，历法改

革要求天文学中的改革。哥白尼革命得以完成，源自《天球运行论》的新的天文学传统

被建立起来。最重要的是，哥白尼对天际运动的奉献造就了那些无微不至的细节，他靠

这些细节探究对地球运动的数学结果，并使这些结果适合于已有的关于天体的知识。这

一详细的技术性研究是哥白尼真正的贡献。

4.2哥白尼革命对西方社会的科学、思想发展和世界观的影响

科学的转型哥白尼革命发生在古希腊科学传统部。严格地讲，除古希腊之外，其

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他各民族并未自发地产生科学。现代科学与技术联系紧密，而“技术是人类世界的构成

方式”，[8]技术而不是科学才是每个民族不同文化人群所天然共有的。以中国为例，汉语

中的“科学”一词来自于对日语“科学”的直接借用。从西方直接意译到中国来的“science”

其实往往指称“naturalscience”，其词源是拉丁文scientia，与德文中的“科学”一词—

—wisnschaft相近，指系统化的知识，包括自然科学、社会科学及人文科学。[9]在古希

腊，科学作为爱智之学——哲学而存在，即philosophia，毕达哥拉斯造出这一名称以区

别于智者的一般智慧，使其具有特定的容。在古希腊时代，科学是包含在哲学体系之中

的。

胡塞尔的理想是把哲学建设成严格的科学，而黑格尔则称哲学为哲学科学。厘清

了科学的定义，我们可以较清晰地看出哥白尼革命中科学转型的意义所在。哥白尼革命

使古希腊理性科学转型为数理实验科学，而作为理性科学的另一传统的博物学逐渐丧失

了地位。近现代数理实验科学背离了古代理性科学的沉思的一面，只注重实验与数学方

法的运用。在古希腊科学部，数理传统与博物传统协调在以目的论为背景的自然哲学体

系中。博物学是对自然现象进行收集、整理、分类的知识。这种知识是知识的最原始形

态，从人类开始有意识地分辨自然环境中动植物性质以进行农耕生产维持生存时起，博

物学就开始了。古希腊自然哲学，从爱奥尼亚学派经原子论再到亚里士多德集其大成，

形成了一条完整的博物学传统，其理论特征是重视经验现象，定性地解释世界；古希腊

科学另一种传统即数理主义，其成熟形态为数学，以毕达哥拉斯派发端到柏拉图进行系

统的综合。古希腊科学本质上是一种对象性的思维方式，而目的论、生机论的框架保障

了对象性思维与主体价值思考之间的协调，使科学与人文融为一体。在近代科学之中，

定量的研究取代定性的研究占据主导地位，机械论将传统目的论因素排除出自然界。在

哥白尼革命的推动下，形成以“数理实验”为主干的科学。

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哥白尼革命改变了人们的宇宙观念，由宇宙的中心变成为一颗渺的行星，宇宙也不再是

充满生机的生命体，而成为一架按力学规律运行的机器。由于生机论中人与宇宙天然合

一的保障被打破，人作为特殊的存在物从机械世界中独立出来，哲学家开始着手探讨人

对机械世界的认识问题。与此同时，实验科学作为人定量把握世界的认识方式也从自然

哲学中独立出来，并在现代化浪潮中作为真理代言人的身份出现。欧洲人的思想背景由

古代目的论转向近代的机械论，并随着科技文明的全球扩将现代世界的思想背景统一

化。可以说现代人类世界是在哥白尼革命之中诞生的，现代人生存中遭遇到的不同于古

代的危机，从历史与逻辑上讲都应该可以在哥白尼革命之中找到根源及可行的解决思

路。

“日心”“地动”的观点要求人们用全新的甚至是本末倒置的眼光来观察和感受世界。

爱因斯坦认为“哥白尼的这个伟大成就不仅铺平了通向近代天文学的道路，而且也帮助

了人们在宇宙观上引起了决定性的变革”[10]。库恩也看到“哥白尼之后，天文学家们生

活在一个不同的世界里”。同时，正如科技史家丹皮尔所说的，“哥白尼的天文学不但把

经院哲学派纳入自己体系的托勒密的学说摧毁了，而且还在更重要的方面影响了人们的

思想和信仰”。它摇动了教会一千多年来的精神权威。从这以后，科学中的神学色彩逐

渐消弱。这一点，恩格斯有精到的论述：“在科学的猛攻之下……自然界无限的领域都

被科学所征服，而且没有给造物主留下一点立足之地”[11]。

4.3哥白尼革命与开普勒

将哥白尼革新引向天文学革命的代表人物有第谷与开普勒。开普勒对哥白尼体系的完

善，仍然是在对数的信仰下研究自然规律，“开普勒在数学化运动中是一名极重要的人

物，不仅因为他的毕达哥拉斯——柏拉图主义指导思想明确而又坚定，而且因为他寻求

宇宙中数学和谐的热忱最终取得了丰硕的成果，有极强的示作用。开普勒的工作不仅将

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哥白尼革命推向深入，最终导致牛顿万有引力定律的发现，而且为近代机械自然观的建

立做出了贡献”[12]。

开普勒的论证跟哥白尼的相同，只是数量更多，但与哥白尼不同，开普勒把这些论

证发展得更详细，而且有详尽的图表，首次展示了为新天文学所作的数学论证的充分力

量。但是，尽管开普勒对日心行星体系的赞不绝口，他对待哥白尼发展出来的特殊数学

体系却有相当的批判性。开普勒的著作一再强调：哥白尼从未认识到他自己拥有的财富，

而且在大胆地迈出第一步，将太阳和地球交换位置之后，他对自己体系的细节发展停留

在过于接近托勒密的地方。开普勒敏感而不安的意识到《天球运行论》中不协调的旧残

余，他依然决定通过充分开发地球的新角色来清楚它们，这就是将地球作为一颗跟其他

行星一样受太阳支配的行星。

对行星平等性类似的坚持使开普勒能够清楚大批歪曲了哥白尼工作的假问题。例

如，哥白尼相信水星和金星的偏心距会慢慢改变，而且他在体系中添加了轮子来解释这

种变化。开普勒指出这种所谓的变化是哥白尼对偏心距的定义不一致造成的。每一个例

子都表明，开普勒在努力使哥白尼过于托勒密式的数学技巧适应哥白尼式的以太阳为主

宰的宇宙图景，正是因为坚持这种努力，开普勒最终解决了行星问题，把哥白尼笨重的

体系转变成一项及其简单和精确的计算行星位置的技术。他最重要的发现是在研究火星

运动时作出的。这项工作将近持续了十年，在一长串不成功的试验迫使开普勒作出结论，

没有任何基于组合圆的体系能够解决这个问题。他设想肯定有某种别的几何图形包括了

问题的答案。他试了各种不同的卵圆形，但都不能消除他的试验性理论和观测之间的偏

差。经过开普勒改进的日心体系，行星轨道的正圆模式被打破，轨道由正圆改为同为圆

锥曲线的椭圆，而太阳位于椭圆两焦点之一上。在开普勒日心体系中，行星运动以数学

规律表达出来：行星与太阳的连线在相等时间所划过的轨道面积相等，行星公转周期的

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平方与其距日平均距离的立方成正比。行星问题终于得到解决，而且是在一个哥白尼宇

宙中解决的。

在我们前面对天文学理论的讨论中，轨道、速度定律以及观测之间的相互关系都被

遮蔽了，因为古代和中世纪的天文学家都先行选择了一条简单的速度定律。实际上，开

普勒直到发展出自己的定律之后（很可能是因为此）才丢弃了古代的定律。他的新柏拉

图主义的直觉告诉他，他自己的定律比古代相应的定律更适合支配一个太阳主宰的宇宙

中天体的运动。在开普勒的工作中，尤其是在已被我们抛弃的那些部分中，新柏拉图注

意那种要去发现圣灵置于自然中的数学和谐性的动力，以一种更纯粹更明显的形式显现

出来。

因此，现代科学继承的哥白尼天文学体系是开普勒和哥白尼相结合的产物。开普勒

的六椭圆体系使日心天文学生效了，把哥白尼的革新中隐含的经济性和丰富性同时显现

出来。

5结论

哥白尼革命是人类文明进程之中划时代的事件，现代人的生存问题及迷误，都可在哥白

尼革命的历史背景中找到根源。通过以上对“哥白尼革命”的历史与理论分析，可以得

到几条结论：以哥白尼命名的哥白尼革命，哥白尼本人只完成了开端部分，其革命性的

效果是在其后的思想发展中逐渐显露的。哥白尼的后继者沿哥白尼的思路，从天文学革

新引出天文学革命，进而又引出以物理学革命为主干的科学革命。

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致

首先，我要感我的导师庆余教授在百忙之中悉心指导我完成本文。在写论文期间，

教授在各方面给予我很大的帮助，明确我的论文方向，推荐我阅读对我论文有帮助的文

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献，从而缩短了我对“哥白尼革命”理解的时间。我碰到问题他总会辅导我，给我很多

自由发挥的空间。

再次，我要感物理与电子工程学院的领导给与我们的大力支持和帮助，给我们提供

了指导论文的教授们。

最后，我要感我的同学在论文格式和布局方面给我提供了帮助。

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参考文献

[1]王德胜：《科学史》1992年版，第175页。

[2]《简明自然科学史》，鲍德三、纯成主编，大学1988年版，第87-88页。[3]《走近科学与技术》，

黄侯强主编，复旦大学2005年版，第95页。

[4]《自然科学发展简史》，昌曙、远德玉主编，科学技术1984年版，第91页。

[5]转引自[美]托马斯·库恩：《哥白尼革命》，吴国盛，东林，立译，大学2003年版，第135页。

[6]转引自[美]托马斯·库恩：《哥白尼革命》，吴国盛，东林，立译，大学2003年版，第139页。

[7]自悟：《从哥白尼到牛顿》，科学普及1980年版第48页。

[8]吴国盛：“技术哲学的基本问题”，载《反思科学》，新世界2004年版，第134页。

[9]吴国盛：“科学与人文”，载《让科学回归人文》，人民2003年版，第5页。[10]《爱因斯坦文选》

第一卷，商务印书馆，1977年版，601页。

[11]《马克思恩格斯选集》第三卷第529页。

[12]吴国盛：《自然的退隐》，东北林业大学1996年版，第68页。