哥白尼的革命
那些现在看起来平凡无奇的数学，其进步大大地改进了这时代的计算工具。迈克尔·斯蒂佛（Michael Stifel）的《算术加减法》（Arithmetica Integra，1544年）介绍了现在我们所用的加减符号。而罗伯特·雷考德（Robert Recorde）的《维特的惠茨通》（Whetstone of Wit，1557年）一书第一次出现了现在所用的等号。一度闻名的亚当·里萨（Adam Riese）的算术使得日耳曼人从指算进步到笔算。约翰·维尔纳（Johannes Werner）在1522年发表了第一篇有关圆锥形的论文。而乔治·雷蒂库斯（George Rheticus）除了促成哥白尼的成就之外，承继了雷乔蒙塔努斯（Regiomentanus）有关三角的著作。
天文学仰赖计算多于仰赖仪器。在这种计算的基础上，一些占星家预测第二次大洪水将在1524年2月11日来临。因为木星与土星在那天靠近“双鱼宫”。为此，图卢兹建了一艘逃难用的大方舟，而谨慎的家庭则将食物贮藏在山顶上。当时大多数观测星象的仪器仍是中古时代所传下来的，例如地球仪、浑天仪、象限仪、六分仪、四象仪、圆柱体、钟、圆规及其他发明。但却没有望远镜及照相机。哥白尼就利用这种设备使我们有了地球在转动的认识。
哥白尼在1473年生于西普鲁士的维斯杜拉河（Vistula）河畔的多恩。波兰人称他米科莱·哥白尼（Mikolai Kopernik），日耳曼人称他尼克拉斯·哥白尼（Niklas Koppernigk），而一般学界称他为尼古劳斯·哥白尼（Nicolaus Copernicus）。多恩在哥白尼出生前7年被条顿族的武士割让给波兰。故在空间上，他是普鲁士人，而在时间上却算是波兰人。他母亲来自一普鲁士的望族，而他父亲原来住克拉科地方，后来才移到多恩定居，从事铜的生意。1483年哥白尼父亲去世，其舅舅卢卡斯·瓦泽尔罗德（Lucas Watzelrode）为埃尔姆兰德地方的亲王主教，就照顾这些孩子。哥白尼在18岁时被送到喀瑞科大学就读，准备当牧师。他不喜欢该学校那种压制人性的经院哲学，故说服其舅让他到意大利去求学。他舅舅经过一番活动，替他弄了一个在波兰人所占的东普鲁士区的弗劳恩堡（Frauenburg）地方的教堂的教士职，而准他有3年的假期。[1]
1497年到1500年哥白尼在波隆那大学，研攻数学、物理及天文学。他的一位老师名叫做多米尼科·德·诺瓦拉（Domenico de Novara），曾是雷乔蒙塔努斯的门徒，他批评“天动说”是荒谬的，而将古希腊天文学家介绍给他的学生，因为希腊天文学者对地球不动而为宇宙之中心的说法感到怀疑。早在公元前5世纪，就有一位信奉毕达哥拉斯学说的菲洛劳斯（Philolaus）主张地球是和其他行星一样环绕着一团名为赫斯提（Hestia）的看不见的火球，地球上所有已知部分都是由该火球分裂出来的。西塞罗曾说，公元前5世纪时，西那库斯地方有位叫希斯塔斯（Hicetas）的人相信太阳、月亮及其他星星都是屹立不动，而它们看起来在动是因为地球自转之故。阿几米德及普鲁塔克报告称，萨摩斯岛（Samos）的阿利斯塔克（Aristarchus，公元前310年—公元前230年）曾说地球是环绕着太阳而行，为此他被控为不敬神，故他只得撤回此一论调。根据普鲁塔克的说法，巴比伦的塞琉古曾在公元前2世纪再度提出此一说法。如果不是亚历山大地方的克劳狄乌斯·托勒密在公元前2世纪提出极具权威性的地球中心说，令人不敢驳斥，则“太阳中心”说可能很早就已经成立了。托勒密本人在解释此一现象时曾主张，科学必须采信由观察所得结果所组成的最简单之假设。也正如在他之前的喜帕恰斯解释行星的移动一样，托勒密亦被地球中心论者强迫接受大圆周转及离心圆周的复杂理论。[2]然是否能发现更简单之假说？尼科尔·奥雷斯姆（Nicole Oresme）及尼古拉（1401—1464年）曾再度提出“地动说”。达·芬奇（1452—1519年）曾写道：“太阳并没移动……地球并非位于太阳周转之圆心上，亦非为宇宙之中心。”
哥白尼觉得太阳中心说的理论比托勒密的说法更能简洁地解释我们所看到的现象。1500年，哥白尼到了罗马，时年27岁。他到罗马可能是以参加大赦年庆典为名。他在罗马发表了些演说，在这些传统的演说报告中，他试验性地提出地球转动的假说。这时他3年的假期已告届满，故回到弗劳恩堡担任起教士的职务。但地球中心说的数学却使他的祈祷感到困扰。他请求重返意大利继续研究。声称此次将研究医学及宗教法。这对其上级来说还比天文学像话一点。在15世纪结束之前他回到了意大利。1503年，他在费拉拉取得法律学位，但没取得医学学位。再度回到弗劳恩堡，可能是为了给他更多的时间从事进一步的研究，他舅舅很快地派他当私人秘书及医生（1506年），故哥白尼在赫思堡地方主教的城堡住了6年。在那里他研究出他理论的数学基础，并以文字记录下来。
当那位好心的主教去世后，哥白尼接替了他在弗劳恩堡的职位。他继续行医，免费为穷人看病。他代表教会到国外从事外交，并为波兰王西吉斯蒙德一世准备一份改革普鲁士货币之方案。在他所著的几篇有名的财政论文中，他说：“劣币驱逐良币。”（Bad money……drives the old，better money away）这句话成了以后著名的“格雷欣定律”（Gresham's law），也就是说，当政府发行基础不固的货币时，良好的货币就会被贮存起来或流出境，而不再在市面上流通，而用劣币来付税款，而国王就只能收回自己发行的货币。虽然哥白尼亦关注这些其他的杂事，但他仍继续其天文学的研究。但他所处的地理位置不利于观察星象，因弗劳恩堡靠近波罗的海，有半年时间为云雾所笼罩。他很羡慕托勒密，因为后者能“有更明朗的天空，他们在尼罗河不必像我们在维斯杜拉河呼吸雾气。大自然不赋予我们那种舒适和祥的空气。”无怪乎哥白尼几乎崇拜太阳。他观察星象天文的次数不多亦不太正确，但这对他的最终目的并无太大的影响。他利用托勒密所观察的大部分资料，而提出他的论点，认为所有的观察结果都符合太阳中心说的理论。
约在1514年，他将他所得的结论简单地记载在一本《小评》（Little Commentary）中，该书终其一生未曾付印，但他却曾分发几份手抄本，作为一种试探。他用一种叙述简单事实的方式来说出他的结论，而不像是对基督教的历史作了重大的改革一样。他说：
一、整个天体周转并没有一个中心。
二、地球的中心并非为宇宙的中心，而只是一个重力及月球轨道的中心。
三、所有的行星环绕着太阳运转，故太阳是宇宙的中心。
四、地球离太阳之距离与苍天之比远小于地球半径与其离太阳距离之比，故在整个苍天之下，地球离太阳的距离微不足道。
五、在整个苍天之内若有任何移动，其并非因苍天的移动，而是导自地球的移动，地球与其周围之物质在一天内，以其固定之圆心作了一完整的旋转，而整个苍天却毫不变动。
六、太阳看起来在动，并不是因太阳本身的移动，而是因地球本身在移动。因为这种移动，地球就像其他行星一样，环绕着太阳周转。
七、其他星球看起来逆行或顺行，并不是因它们本身的移动，而是因为地球的移动。只需地球移动，就足以解释天空中那么多的变动。
有一些天文学家看到哥白尼这篇小评并没有加以太多的注意。教皇利奥十世亦知道此一理论，并表示他非常有兴趣，故叫一红衣主教写封信给哥白尼，要他示范证明其假说。当时，这种学说在开明的教皇宫廷内确实受到相当的好评。一直到了1530年路德才拒绝此种理论：“人们信服那个极欲展示地球在周转而不是苍天或太阳及月亮在转的暴发户占星家……这个愚人希望改变整个天文的体系，但《圣经》告诉我们约书亚命令太阳屹立不动，而不是地球。”加尔文引用圣诗第1003章（Psalm XCIII）的话回答哥白尼说：“这个世界也是固定的，它不能移动。”他并且反问：“谁胆敢将哥白尼的权威置于圣灵的权威之上。”哥白尼对其所著《小评》一书所受到的反应甚感挫折，故约在1530年当他的整个著作完成之后，他决定暂不发表。他很冷静地执行他的职务，研究政治，到他60多岁的时候，他被控养了一个姘妇。
到1539年出现了一个十分狂热的青年数学家乔治·雷蒂库斯。他年仅25岁，基督教徒，他是受梅兰克森（日耳曼宗教改革家）保护的人以及维藤贝格大学的教授。他曾研读《小评》一书，并深信该书所言属真，并渴望帮助那远在文明边缘的波罗的海的老天文学家，这位天文学家深深地盼望别人亦能体会地球看不见的自转与周转。这位青年深深地为哥白尼之理论所迷，称他为“最好最伟大的人”，并对哥白尼醉心于科学的态度深表感动。雷蒂库斯研究那厚厚的手抄本达10星期之久。他怂恿将该书出版，而哥白尼予以拒绝，但同意由雷蒂库斯对其前4本发表简单的分析。故在1540年，这位年轻的学者在但泽发表其研究天体的《天体周转论丛》之第一篇报告《从排列顺序论天体的运动理论》（Narratio prima de libris revolutionum—First Account of the books of the Revolutions）。他满怀希望地送一副本给梅兰克森，但这位仁慈的神学家并不予以采信。当雷蒂库斯在1540年初回到维藤贝格时，他自己说，奉命改教约翰尼斯·德·萨克罗博斯科（Johannes de Sacrobosco）的天体论。1541年10月16日，梅兰克森在写给朋友的一封信中说：“有些人认为那个普鲁士天文学家发现太阳固定而称地球是移动的理论是一件非常卓越的成就。事实上，一个聪明的统治者是应该压制人们的胡思乱想。”
在1540年的夏天，雷蒂库斯回到弗劳恩堡，并停留在那里一直到1541年9月。他再度请求哥白尼允许将他自己的论文对他人发表。当另外两个声名卓越的教士亦作此种请求时，哥白尼可能觉得自己已行将就木了，故也就答应此一请求。他加了一些补充，而让雷蒂库斯将它送至纽伦堡的一印刷商出版，由该印刷商负担所有的费用及风险（1542年）。至此，雷蒂库斯离开纽伦堡到莱比锡去教书，他派他在纽伦堡当路德教派牧师的朋友安德烈·奥西安德尔（Andreas Osiander）负责监督该书的出版印刷。
1541年10月20日，奥西安德尔写信给哥白尼，建议应将哥白尼的新观点当做一种假说，而不应认为是一件可经证实的事实。同一天他写信给雷蒂库斯说，只有这种方法，“经院学派及神学家们方能易于妥协”。哥白尼自己在他的《小评》及论文的本文当中，已一再地说明他的理论是一种假说。同时，他在他的献词上说，他的观点有“最明显的证据”来支持。我们不知道他怎样回答奥西安德尔。但不管怎样，奥西安德尔并没有注上自己的名字，而在前言里说：
献给关心这本书所提假说的读者。
鉴于这些假说已为众所周知，无疑地，有许多科学家将大大的为本书所提的理论所惊吓……然而，大师的假说亦未必属真，它们甚至无法证实。但如果那些假说能符合我们对天文星象之观察的结果，那已是相当完备了……天文学家将一定会采信此一假说，因为它们最容易被了解。哲学家可能会提出更惊人的可能性，但两者都无法发现任何可确定的东西……除非从上天的启示才能得知。故让我们在那无法证实的旧假说之外，再加一新的假说。再者，这些新假说被一致认为更容易了解，同时我们能在本书中发现许多有价值的观察结果，那可算是一大笔财宝。此外，我们不要期望从天文学的假说里发现任何确定的东西。这本书无法给予我们这种确定的东西。一个人如果把他为了其他目的所做之结果视为真理的话，那他将使这一科学比他刚开始研究时更不受人重视。
这一序言常被指责为无礼地篡改文字。哥白尼可能反对这篇序言，因为他深信其理论已达30年之久，他认为那些理论已成为自己的生命与血肉之躯，并且是实际对宇宙观察所得事实之叙述。但奥西安德尔的序言是明智且公正的，因为它将各方面对此种惊动世界革命性的观念所可能产生的抗拒消减至最少，同时亦提醒我们，我们对宇宙所作的描述仅为沧海中之一粟，极易犯错，而且很可能为他人所纠正。
该书终于在1543年春天出版，书名为《尼古拉哥白尼之周转论第一册》，之后，该书以《天体周转论》（De revolutionibus orbium coelestium）闻名于世。哥白尼在1543年5月24日收到该书，当时正仰卧病榻上。在临终的一刻，他看到该书的封面，含笑去世。
献给教皇保罗三世题词之本身就是为了瓦解对该理论之排拒，因哥白尼很明白其理论与《圣经》的条文完全背道而驰。他很虔诚地保证：“我仍然相信，我们必须避免与正道相背驰的理论。”他犹豫了一阵子不肯出版，因为他在怀疑“是不是应效仿毕达哥拉斯的例子，用口头而不用书面的方法将其哲学的秘密告知其亲朋”。但有一些有学问的教会人士，例如卡普阿地方的红衣主教尼古拉·申伯格（Nicholas Schonberg）以及库尔姆地方的主教提德曼·吉斯（Tiedeman Giese）怂恿他应该将其发现予以发表（哥白尼认为不要提路德教派的瑞笛卡斯更为明智些）。他知道其理论中有很多论点都是抄自希腊天文学家之著作，但他对阿利斯塔克之名亦略而不提。他相信天文学家需要一个比“天动说”更好的理论；因为他们发现，如果采用地球中心说的看法，那很困难精确地衡量一年的长度。他向教皇呼吁，请求爱好各种学问，甚至包括数学的教皇来保护他，以对抗那些缺乏适当的数学知识的毁谤者，那些人自认为有权力来裁制此事，或假借《圣经》上一两句话来攻击他的理论。
其以下列的假说来阐释：第一，整个宇宙是一个球型；第二，地球是圆形的，一团物质围绕着一个中心转动，故形成圆形；第三，天体星球的移动同样都是作圆周转，或近乎于圆周，因为圆周是最完美的形状，故学术上不敢称星球的移动是完全相同的（除非在思想之客体行为上找到理由，否则无可能在思想上找到理由）。
哥白尼注意到移动的相对性：“所有看起来的移动是由于视者位置之移动，或是由于被视物体位置之改变，或者两者位置同时作不同方向的改变。当几个物体相对的作同样的移动时，那在视者与被视者之间看不出有移动的现象。”故其他星球每天看起来绕着地球在转只是因为地球每天以其轴为圆心而自转，而太阳看起来每年在移动只是因为地球每年绕着太阳周转。
哥白尼预测到会遭到反对。托勒密曾辩称，如果地球是自转的话，那云层及地球表面上的东西都会飞掉。哥白尼回答称，这种反对的意见更足以驳斥星球环绕地球之说，因为那些星球距地球如此之远，则其环绕的轨道与速度亦即更大。托勒密更进一步指出，如果站在一个自转的地球上往上抛物体，那该物体必不会掉落在原来那点。哥白尼回答称，所抛上之物体仍然是地球之一部分，其抛上之空间亦在地球整体的一部分，故亦跟着转。对于有关地球每年环绕着太阳周转的反对意见，后者认为要知道此种周转，那当我们从地球轨道的两端分别看此一星系以外之固定星球时，那就应该看出其位置之移动。哥白尼答称，这种移动是有的，但因为其间距离太远，而使我们不能察觉到其移动（现在已能观测到少许的移动）。
他用很简洁紧凑的一段来复述其理论：
最初，只有那些恒星系，包括恒星本身及其他物质，这些都是不移动的……然后产生了行星，最早是土星，它围绕一周为时30年，然后是木星，它环绕一周为时12年，然后是火星，为时2年。再来就是地球，它以太阳轨道为其周转圆，环绕一圈需为时1年。接着就是金星，为时9个月，最后是水星，费时80天。而太阳则位居其中。无怪乎有人称它为宇宙之灯，或宇宙之心，或宇宙之统治者。的确，太阳就好像稳坐在宝座上统治着其周围的星球。因此我们发现，在这种有规则的排列下，宇宙是一极为匀称的整体。各个星球之大小、移动之关系是绝对的和谐，这种和谐不是任何方法所能得到的。[3]
一般来说，人类有关理论的进步都会保留一些被新理论所取代者之遗迹。哥白尼将其概念建筑在由托勒密所传下来的观察之基础上，他仍保留托勒密提出的星系、周转圆、偏心圆等，这些论点到了开普勒才予以推翻。其中偏心圆中最著者为哥白尼所作的太阳并不是在地球轨道的圆心之计算。他推算宇宙的圆心在离太阳三个太阳直径距离之处。而行星轨道之圆心亦非为太阳。而所有的轨道亦非同在一圆心上。哥白尼把过去两种有关地球的观念移转到太阳上，其一为太阳差不多就是宇宙之中心，其二为太阳是静止不动的，而这两种到现在已被推翻。他认为地球不仅自转及环绕着太阳轨道公转，而且还有第三种转动，因为那才能解释何以地球自转轴的倾斜与岁差之现象。
我们不应讥笑那些必须花很长的一段时间去接受哥白尼的理论的人。因为他们不但必须要接受地球会倒转过来，以一种惊人的速度在太空中冲撞，而这却与我们所感觉的完全相反，并且要接受仅比托勒密的理论稍微简单，但相当复杂的数学迷阵。直到开普勒、伽利略及牛顿等发明了新理论的机械装备来证明其精简性及正确性之前，它确实比旧的理论高明些。那个时候，我们甚至应将伽利略用以叙述地球的情形来说明太阳。同时，特彻·布拉厄（Tycho Brahe）驳斥了哥白尼的假说，其理由为哥白尼回答托勒密之问题并未能令人心服。比这类驳斥更令人惊讶的是此一新理论很快地为雷蒂库斯、奥西安德尔、约翰·菲尔德（John Field）、托马斯（Thomas Digges）及伊拉斯谟·赖因霍尔德（Erasmus Reinhold）等天文学家所接受。其中赖因霍尔德在1551年发表银河运行图，其中大部分是根据哥白尼的理论。只要新理论自认为是假说，那天主教对之亦不予以反对，但当布鲁诺将此一假说认为是事实，并且很明白地说明其对宗教的影响时，宗教法庭则予以无情的反击。1616年在讨论禁书目录的宗教大会中，禁止信徒阅读《周转论》，除非它予以删改。1620年教廷允许天主教徒阅读那些修改过的版本，在那些版本中有几句指出此一理论为事实的话被删除。1758年《周转论》已不在禁书目录中，但直到1828年才公开地解除对该书之禁令。
地球中心说对那种主张万物皆为人而设的神学相当合适。但现在人们对于自己居住“在整个宇宙中仅为渺小的一个行星上的事实”实难以适应。当“上”与“下”的观念失去其意义时，并且在半天之内所谓的“上”与“下”能互相倒置时，那“天堂”又能代表什么呢？1575年，杰罗姆·渥尔夫（Jerome Wolf）写给图彻·布拉赫（Tycho Brahe）的信中说“没有一项对基督教义的攻击会比指出天堂是无限高无限大之事来得更危险”，虽然哥白尼并没有指出宇宙无限之事。当人们静下来思考此一理论时，他们必定会怀疑此一混沌宇宙之造物者会将其子送到这个半大不小的行星上。就诚如歌德所说的，所有有关基督教义的美丽诗词都在此一波兰教士的火把前付之一炬，随灰烟消散。太阳中心说的天文学促使人们对上帝的信仰不再太过粗浅，或不再认为神人合一论，并使神学面对在宗教史上最严重的挑衅。因此，哥白尼的革命远较宗教改革之影响来得深远，它使得天主教徒与新教徒间有关教条解释之差异变得微不足道。它超越宗教改革而引导世界进入启蒙时期，从伊拉斯谟、路德到伏尔泰，甚至超越了伏尔泰到19世纪的悲观主义之不可知论，而达尔文论之产生亦应视为哥白尼革命之影响。他只有一个凭借以对抗他人之攻击，那就是在任何一个时代中仅有少数的人能认识其思想之正确，当哥白尼被遗忘时，太阳仍旧继续“上升”与“下降”。
1581年，克罗默（Kromer）主教在弗劳恩堡教堂靠近内墙的教士坟旁为哥白尼立了一个墓碑。1746年那块碑被移开，以便放置什泽姆贝克（Szembek）主教的石像。那人是谁呢？谁知道！
[1]教士是教堂中的一种圣职，不一定是牧师。但我们没有确实的证据说明哥白尼在他晚年，曾由低阶教士升到牧师职。在1537年，他被推荐为主教，这足以证明那时他已是牧师了。
[2]所谓周转圆即一圆周的圆心在另一大圆周上。离心圆是不同中心的圆。
[3]现代天文学家认为有九大行星，其绕太阳周转一圈所需时间为：水星88天，金星225天，地球365.26天，火星687天，木星11.86年，土星26.46年，天王星84.02年，海王星164.79年，冥王星248年。
