當(dāng)天穹不再完美

編譯 思羽

望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)戳破了人類對(duì)于夜空的完美想象。

我手上有一本名叫《星際信使》的小書（拉丁文的原書名叫作Sidereus Nuncius），由意大利數(shù)學(xué)家和科學(xué)家伽利略·伽利萊寫于1610年?！缎请H信使》首印了550本，其中有150本依然在世。數(shù)年前，佳士得拍賣行為每一本首版書的估價(jià)從60萬(wàn)到80萬(wàn)美元不等。我手上的平裝本印刷于1989年，大約值12美元。

盡管科學(xué)史尚未授予《星際信使》與牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》或達(dá)爾文的《物種起源》相同的榮譽(yù)，我還是認(rèn)為，它是有史以來(lái)出版過(guò)的一本最具影響力的科學(xué)著作。在這本小書中，伽利略報(bào)告了他將新造的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空后所見(jiàn)到的東西：這些強(qiáng)有力的證據(jù)表明了天體由普通物質(zhì)構(gòu)成，就像魯特島上冬季結(jié)的冰一樣。結(jié)果就導(dǎo)致我們對(duì)于天與地分離的想法有了變革，物質(zhì)世界出現(xiàn)了讓人頭腦混亂的擴(kuò)張，還對(duì)“絕對(duì)性”提出尖銳的挑戰(zhàn)。星星的物質(zhì)屬性，再加上能量守恒定律，這二者決定了星星注定會(huì)湮滅。天空中的星星是最惹人注目的、不朽與永恒的象征，卻總有一天會(huì)到達(dá)終點(diǎn)，宣告滅亡。

伽利略出生于比薩，成長(zhǎng)于佛羅倫薩。從1592年起，他在帕多瓦大學(xué)教授數(shù)學(xué)。光靠學(xué)術(shù)工作的薪水，他無(wú)法履行自己的賺錢職責(zé)——他得要支付妹妹們的嫁妝，還要供養(yǎng)情婦為他生下的3個(gè)孩子——于是他接納寄宿生，出售科學(xué)儀器。在16世紀(jì)80年代的后半期，他完成了關(guān)于運(yùn)動(dòng)和墜落物體的著名實(shí)驗(yàn)。1609年，伽利略45歲，他聽(tīng)說(shuō)在荷蘭剛剛發(fā)明出一種全新的放大裝置。他甚至都沒(méi)有見(jiàn)到實(shí)物，就迅速地親自設(shè)計(jì)和建造出一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，放大倍率比荷蘭人的望遠(yuǎn)鏡強(qiáng)大了好幾倍。他似乎是第一個(gè)將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)夜空的人類。（望遠(yuǎn)鏡在荷蘭被稱為spyglasses，這使我們不禁猜測(cè)它們的用途。）

看見(jiàn)星星：伽利略在1610年用來(lái)觀察夜空的望遠(yuǎn)鏡，這個(gè)望遠(yuǎn)鏡目前收藏于佛羅倫薩的伽利略博物館

伽利略親自研磨和拋光出鏡片。他制造的第一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡將物體放大了大約十多倍。他最終能夠建造出放大倍率為1 000倍的望遠(yuǎn)鏡，把目標(biāo)物體拉近了30倍。你可以在訪客稀少的佛羅倫薩伽利略博物館里看見(jiàn)保存至今的伽利略望遠(yuǎn)鏡。他制造的第一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡有36.5英寸長(zhǎng)，直徑為1.5英寸，望遠(yuǎn)鏡的管子由木頭和皮革制成，一端安裝了一片凸透鏡，另一端有一片凹透目鏡。我最近試用了一件復(fù)制品。首先，我驚訝于視野是如此之小，就像是在一根長(zhǎng)管子的末端，隔著一條手臂那么遠(yuǎn)的地方，有一個(gè)10美分硬幣大小的光圈。而且很昏暗。然而，在瞇眼看了一會(huì)兒后，我確實(shí)能辨認(rèn)出那個(gè)10美分大小的昏暗光圈內(nèi)的模糊圖像。當(dāng)我將這個(gè)原始的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)100碼之外的建筑物時(shí)，我能看見(jiàn)墻磚的細(xì)節(jié)，那是我用肉眼看不見(jiàn)的。

很難想象，當(dāng)伽利略首次用他新設(shè)計(jì)的儀器抬頭望向天空，凝視“天體”——數(shù)世紀(jì)以來(lái)被描述為旋轉(zhuǎn)球體的月亮、太陽(yáng)和行星時(shí)，他當(dāng)時(shí)感到何等的興奮和驚奇。人們一直認(rèn)為天體之外是多個(gè)旋轉(zhuǎn)中的、容納星星的水晶球體，最終是最外層的球體“第十層天”（Primum Mobile，也有譯為“宗動(dòng)天”“原動(dòng)天”的），由上帝的手指推動(dòng)旋轉(zhuǎn)。據(jù)推測(cè)，所有這些都由亞里士多德的第五元素以太構(gòu)成，在物質(zhì)和形狀上完美無(wú)瑕，彌爾頓在《失樂(lè)園》形容為“天堂中輕巧的第五元素”，而且所有這些都與上帝神圣的感覺(jué)中樞一致。伽利略透過(guò)望遠(yuǎn)鏡的管子實(shí)際看到的東西是月球上的坑洞和太陽(yáng)上的“暗瘡”。

數(shù)世紀(jì)以前，圣托馬斯·阿奎那成功地將亞里士多德的宇宙學(xué)理論與基督教教義結(jié)合，包括天體的以太性質(zhì)和地球紋絲不動(dòng)地處在宇宙中心的觀念。（阿奎那只對(duì)亞里士多德學(xué)派的一個(gè)觀點(diǎn)表示異議：宇宙的存在期，根據(jù)亞里士多德的說(shuō)法是無(wú)限的，而根據(jù)基督教的說(shuō)法是有限的。）伽利略在天體中發(fā)現(xiàn)了不完美之處，這嚴(yán)重地挑戰(zhàn)了教會(huì)的理論。但望遠(yuǎn)鏡本身也是一種挑戰(zhàn)。伽利略的3英尺長(zhǎng)的望遠(yuǎn)鏡是第一批放大人類感官的儀器中的一種，那些儀器顯示出自然情況下的眼睛和耳朵所無(wú)法明明白白看見(jiàn)或聽(tīng)見(jiàn)的世界。大家以前從未見(jiàn)過(guò)這類儀器。許多人充滿懷疑，質(zhì)疑設(shè)備的可靠性，從而質(zhì)疑發(fā)現(xiàn)的有效性。有些人認(rèn)為這個(gè)古怪的管狀望遠(yuǎn)鏡具有魔力，并非來(lái)自這個(gè)世界，就像一臺(tái)手機(jī)被交給1800年的某個(gè)人。伽利略本身盡管是個(gè)科學(xué)家，但他不理解望遠(yuǎn)鏡的具體工作原理。

我們應(yīng)該回憶起，在16世紀(jì)和17世紀(jì)的歐洲，對(duì)法術(shù)、魔法、巫術(shù)的信仰仍然廣泛存在。僅僅在那兩個(gè)世紀(jì)，就有4萬(wàn)人被懷疑是巫師——大多數(shù)是女性——并被燒死在火刑柱上，被吊死在絞刑架下，或者被迫將他們的腦袋放到砧板上等待屠刀的落下。1597年，蘇格蘭的詹姆斯六世（他在1603年成為英格蘭的詹姆斯一世）抱怨說(shuō)，“在這個(gè)時(shí)代和這個(gè)國(guó)家里，對(duì)于這些惹人憎惡的魔鬼走狗、巫師或術(shù)士的恐懼大量存在。”據(jù)信，巫師能夠通過(guò)毀損意圖中的受害者的一縷頭發(fā)或一片指甲的方式來(lái)施咒。這位意大利數(shù)學(xué)家制造出的裝置是不是巫術(shù)？

其他人帶著猜疑看待伽利略的望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)，不是因?yàn)檫@些發(fā)現(xiàn)散發(fā)出黑魔法的味道或者違背神學(xué)教義，而是因?yàn)樗鼈兲魬?zhàn)了個(gè)人的世界觀和哲學(xué)承諾。切薩雷·克雷莫尼尼（Cesare Cremonini）是帕多瓦大學(xué)的亞里士多德學(xué)派哲學(xué)教授，也是伽利略的同事，他譴責(zé)伽利略聲稱月球上有坑洞和太陽(yáng)上有斑點(diǎn)的做法，但拒絕用望遠(yuǎn)鏡向外看?？死啄崮岷髞?lái)說(shuō)的一句話被人引用：“我不希望去贊成一些別人聲稱的東西，我對(duì)那些東西一無(wú)所知，我從未見(jiàn)過(guò)那些東西……而且，透過(guò)那些鏡片觀察世界令我頭痛。夠了！我不想再聽(tīng)到任何有關(guān)的話。”伽利略的另一位同代人朱利奧·利布里（Giulio Libri）是比薩大學(xué)的亞里士多德學(xué)派哲學(xué)教授，也拒絕使用望遠(yuǎn)鏡。伽利略在他寫給同輩科學(xué)家約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒（Johannes Kepler）的一封信中回應(yīng)了這些抵制：

親愛(ài)的開(kāi)普勒，我希望我們可以對(duì)這些普通人的惹人注目的愚蠢一笑置之。這所學(xué)校內(nèi)重要的哲學(xué)家們腦袋內(nèi)卻充滿頑固不化的狗屁想法，不想看一眼行星、月亮或望遠(yuǎn)鏡，即使我已經(jīng)有千來(lái)次免費(fèi)且特意地向他們提供機(jī)會(huì)。你有什么話要說(shuō)呢？說(shuō)真的，就像笨蛋捂上了耳朵，這些哲學(xué)家同樣對(duì)真相之光閉上了眼睛。

伽利略的這本小書獻(xiàn)給了最尊貴的美第奇家屬的科西莫二世、第四任托斯卡納大公。標(biāo)題頁(yè)上如此寫道：“星星的信使，展露偉大且奇妙的景象，呈現(xiàn)給所有人的注視，但尤其是哲學(xué)家和天文學(xué)家，這些景象由佛羅倫薩貴族、帕多瓦大學(xué)的知名數(shù)學(xué)家伽利略·伽利萊觀測(cè)，借助了他近期發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡的幫助……”在他的書中，伽利略展示了他通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察月球后畫下的鋼筆畫，顯示出月球的明暗區(qū)域、谷地、山丘、坑洞、山嶺和山脈。他甚至通過(guò)陰影的長(zhǎng)度估計(jì)了月球上的山脈的高度。

當(dāng)他凝視著月球上明與暗的分隔線，也就是所謂的晨昏線時(shí)，它不是一條光滑曲線（對(duì)于神學(xué)理論所相信的完美球體，會(huì)有這樣的預(yù)計(jì)），而是一條參差不齊的不規(guī)則曲線?！叭魏我粋€(gè)人那時(shí)都會(huì)明白，”伽利略寫道，“以理智確鑿地判斷，月球絕不可能擁有光滑的表面，而是粗糙不平的，而且就像地球表面一樣，到處都有著高聳的山脈、深不可測(cè)的溝壑以及懸崖峭壁?！彼€報(bào)告說(shuō)看見(jiàn)木星周圍的衛(wèi)星，使得其他星球與地球相似這種觀念更加可信。換言之，地球不再特別。所有這些都支持了哥白尼在67年前提出的想法，即行星系的中心是太陽(yáng)而非地球。伽利略在這本小書中塞入了為數(shù)不少的新穎想法，而且沒(méi)有對(duì)亞里士多德或教會(huì)表示道歉。

《星際信使》出版兩個(gè)月不到，伽利略就成為名聲響徹歐洲的著名人物——部分原因是望遠(yuǎn)鏡除了科學(xué)價(jià)值外，還具備軍事和商業(yè)價(jià)值。（站在“威尼斯最高的鐘樓”，伽利略向一位好友寫道，你可以“觀察到遠(yuǎn)方的海上船帆和船只，距離如此之遠(yuǎn)，就算船只滿帆向港口駛?cè)?，也需要兩小時(shí)或者更多時(shí)間后，才能在不使用望遠(yuǎn)鏡的情況下望見(jiàn)。”）通過(guò)信函和口耳相傳，伽利略的這個(gè)發(fā)明的消息被傳遍四方。

伽利略宣布太陽(yáng)上有黑斑，這對(duì)天空的神圣完美造成更大的挑戰(zhàn)。我們?nèi)缃裰溃疤?yáng)黑子”是由太陽(yáng)外層磁能的暫時(shí)集中引起的。太陽(yáng)黑子是暫時(shí)性的，會(huì)出現(xiàn)又會(huì)消失。1611年，施瓦本（位于德國(guó)西南地區(qū)）的一位耶穌會(huì)數(shù)學(xué)家克里斯多夫·沙伊納（Christoph Scheiner）親自做出一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡，證實(shí)了伽利略對(duì)太陽(yáng)正面移動(dòng)的黑斑的目擊報(bào)告。然而，沙伊納的探究是從不容爭(zhēng)辯的亞里士多德學(xué)派前提“太陽(yáng)是完美無(wú)瑕的”出發(fā)，他進(jìn)而提出各種各樣不牢靠的理由，要證明為什么這個(gè)現(xiàn)象不是由太陽(yáng)本身引起的，而是由繞太陽(yáng)周轉(zhuǎn)的行星或衛(wèi)星引起的。

正如他的書的標(biāo)題頁(yè)上所表明的，伽利略是位數(shù)學(xué)家。數(shù)學(xué)通常被認(rèn)為存在于抽象邏輯的世界。數(shù)學(xué)幫助學(xué)者計(jì)算和預(yù)測(cè)“真實(shí)世界”，但它與那個(gè)世界截然不同。尤其是，天體系統(tǒng)的反神學(xué)模型被僅僅當(dāng)作計(jì)算手段，描述表象而非現(xiàn)實(shí)。因此，亞里士多德和托勒密以地球?yàn)橹行牡男行窍?，以及哥白尼以太?yáng)為中心的行星系作為計(jì)算方法可以被置于平等的地位，因?yàn)閷?duì)于行星的位置，它們都給出相當(dāng)準(zhǔn)確的解釋。但前者符合神學(xué)和哲學(xué)信仰，從而被認(rèn)為反映了現(xiàn)實(shí)。

當(dāng)伽利略的觀察為人所知后，教會(huì)人士的反應(yīng)是報(bào)以懷疑。1611年3月19日，羅馬學(xué)院的院長(zhǎng)、紅衣主教羅貝托·貝拉爾米諾（Robert Bellarmine）寫信給耶穌會(huì)的數(shù)學(xué)家：

我知道諸位閣下已經(jīng)聽(tīng)聞一位杰出數(shù)學(xué)家進(jìn)行的最新天文觀測(cè)……我希望了解，因?yàn)槲衣?tīng)到不同意見(jiàn)，而且諸位尊敬的神父在數(shù)學(xué)科學(xué)上造詣精深，能輕易地告訴我，這些新發(fā)現(xiàn)是否有牢固的根據(jù)，是不是表象而已，是不是并非真實(shí)。

盡管教會(huì)的數(shù)學(xué)家爭(zhēng)論了伽利略的發(fā)現(xiàn)的細(xì)節(jié)情況，但他們也一致同意，觀測(cè)到的景象是真實(shí)的。然而，伽利略用望遠(yuǎn)鏡做出的發(fā)現(xiàn)，以及他對(duì)哥白尼日心說(shuō)模型的支持被認(rèn)為是對(duì)神學(xué)信仰的攻擊，而這種行為不可原諒。他最終受到宗教裁判所的審判（伽利略是一位虔誠(chéng)的天主教徒，曾經(jīng)嚴(yán)肅地考慮過(guò)擔(dān)任神職人員），被迫放棄他在天文學(xué)上的大部分主張，在軟禁中度過(guò)人生的最后歲月。

我現(xiàn)在不想聚焦于地球作為宇宙中心的位置遭到取代這件事，而想要聚焦于新近構(gòu)想出的天穹的物質(zhì)屬性。因?yàn)檎俏镔|(zhì)屬性——所謂的天體的降格——在試圖毀掉星辰的絕對(duì)性。降格起始于月球上被觀察到的坑洞和凹槽。1610年之后，數(shù)十位思想家和作家開(kāi)始將月亮和行星視為擁有泥土、空氣和水的地方，適合人類之類的生物（雖然顯得古怪）居住。1630年，約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒（伽利略曾經(jīng)給他寫信抱怨過(guò)“普通人的愚蠢”）完成了一本極受歡迎的幻想作品《夢(mèng)》（Somnium），講述一位少年與他的母親穿越太空去往月球（被稱為利瓦尼亞）。利瓦尼亞的一切都比在地球上更加極端。在利瓦尼亞上，山脈比地球上的山脈遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高，山谷比地球上的山谷遠(yuǎn)遠(yuǎn)更深。利瓦尼亞的熱帶居住著生物，他們體型龐大，只活一天。這些生物能游泳、飛翔和爬行，但存活時(shí)間不夠建設(shè)起城鎮(zhèn)或政府，但他們能找到維生的養(yǎng)分。因?yàn)殚_(kāi)普勒是一位卓越的科學(xué)家，他的小說(shuō)被有識(shí)之士認(rèn)真對(duì)待，在17世紀(jì)、18世紀(jì)，甚至到了19世紀(jì)，都有人讀這本書。

還有其他許多類似的幻想。在詩(shī)人塞繆爾·巴特勒（Samuel Butler）創(chuàng)作的《大象月亮》（The Elephant Moon，1670年）中，自視甚高的紳士科學(xué)家透過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)月球時(shí)，目擊到一場(chǎng)進(jìn)行中的大戰(zhàn)。戰(zhàn)事中，一頭月亮上的大象在僅僅幾秒內(nèi)就從一排士兵躍向另一排士兵（可能是因?yàn)樵虑蛏现亓档停拍苓@樣自由地飛躍）。1698年，荷蘭數(shù)學(xué)家及科學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）寫了一本書《被發(fā)現(xiàn)的天上世界，或者關(guān)于行星上世界的居住者、植物、生產(chǎn)的推測(cè)》（The Celestial Worlds Discovered,or Conjectures Concerning the Inhabitants, Plants, and Productions of the Worlds in the Planets）。這些著作和詩(shī)歌是為普羅大眾而寫的。它們令我們略微了解，17世紀(jì)時(shí)的人是如何逐漸將行星視為普通物質(zhì)。大象不會(huì)在以太元素構(gòu)成的神圣天體上狂暴地橫沖直撞。

但是，由于星辰的性質(zhì)，伽利略的發(fā)現(xiàn)才有了大概最為深遠(yuǎn)的影響。星辰也許是一顆顆太陽(yáng)，這個(gè)想法最早由意大利哲學(xué)家、作家焦?fàn)栠_(dá)諾·布魯諾（Giordano Bruno）提出。在1584年出版的著作《論無(wú)限、宇宙和諸世界》（On the infinite universe and worlds）中，布魯諾寫道，“可能有無(wú)限數(shù)量的相似環(huán)境的其他世界（地球），無(wú)限數(shù)量的相似性質(zhì)的太陽(yáng)或火球……”（因?yàn)樗岢龅奶煳膶W(xué)見(jiàn)解，也因?yàn)樗麑?duì)其他天主教信仰的否認(rèn)，布魯諾于1600年被燒死在火刑柱上。）到17世紀(jì)早期，許多思想家考慮起“星辰也許是太陽(yáng)”這種想法。因此，當(dāng)伽利略報(bào)告太陽(yáng)上的黑斑時(shí)，他的發(fā)現(xiàn)對(duì)于所有的星辰都有引人矚目的蘊(yùn)涵。再也不能認(rèn)為星辰是完美之物，由一些永恒不朽的物質(zhì)構(gòu)成，那些物質(zhì)與地球上的任何東西都截然不同。太陽(yáng)和月亮從地球上看起來(lái)像其他物質(zhì)構(gòu)成的東西。在19世紀(jì)，天文學(xué)家開(kāi)始分析星辰的化學(xué)成分，方法是將星光用棱鏡分解成不同波長(zhǎng)。不同的顏色可以聯(lián)系到不同的能發(fā)射光線的化學(xué)元素。星辰被發(fā)現(xiàn)含有氫、氦、氧、硅和許多其他地球上常見(jiàn)的元素。星辰是簡(jiǎn)單的物質(zhì)——原子而已。

一等伽利略和其他人宣布星辰只是尋常物質(zhì)而已，它們歲數(shù)有多少個(gè)千年也就確定了——因?yàn)樗形镔|(zhì)的東西都服從于能量守恒定律。這條定律是自然界所有定律的范例，既有廣泛的應(yīng)用范圍，又有定量和符合邏輯的表述?；旧希@條定律說(shuō)的是能量無(wú)法產(chǎn)生也無(wú)法毀滅。能量能從一種形式變化成另一種形式，就像一根火柴的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成火苗的熱量與光亮。但是在一個(gè)閉合自容系統(tǒng)內(nèi)，總的能量保持不變。

一顆星星就像一根巨大的火柴。星球內(nèi)儲(chǔ)存了有限量的能量——在星星中，主要是核能，而非化學(xué)能。當(dāng)原子融合在一起，形成更重的原子，核能被釋放出來(lái)。但是，一顆星星內(nèi)的核能供應(yīng)是有限的，就像一根火柴中的化學(xué)能供應(yīng)。隨著星星“燃燒”它的核燃料，能量被釋放進(jìn)入太空，大多數(shù)是以光的形式。假如我們想象將星星放進(jìn)一只巨大的盒子，那只盒子里的總能量仍舊恒定不變，但能量逐步轉(zhuǎn)移，從星星轉(zhuǎn)移到盒子中的光、所有吸收了光的東西增加的熱能和化學(xué)能。

當(dāng)然，星星沒(méi)有被放置在巨大的盒子中，但原理依然有效。根據(jù)布魯諾、伽利略和隨后的科學(xué)家的見(jiàn)解，星星是自然物質(zhì)，擁有有限量的能量。星星輻射的能量進(jìn)入太空，就這樣耗盡了有限的核能供應(yīng)。最終，這種珍貴的星辰商品會(huì)被花費(fèi)一空，到了那時(shí)星星將會(huì)燃燒殆盡，變得黑暗。我們的太陽(yáng)也會(huì)如此，大約是在50億年之內(nèi)。再過(guò)上大約1萬(wàn)億年，天穹中的所有星星都將變得冷冰冰。

到了那時(shí)，夜空將會(huì)完全漆黑一片。在白天，天空也會(huì)完全漆黑。天空中的無(wú)數(shù)星辰曾經(jīng)被認(rèn)為是已故法老們最終的安息之地，曾經(jīng)被認(rèn)為是永恒、不朽以及“絕對(duì)”的其他特質(zhì)的化身，將會(huì)最終成為漂浮于太空的冰冷余燼。