2019/8/19
▍問題
記得在很多年前，我讀到過一個試圖解釋現代科學怎樣萌芽的小故事。在六、七百年前的文藝復興初期，在義大利半島、法國南部、英倫諸島、和今天的德國境內，很多時尚的青年貴族，輕車簡行，深入到貧困偏僻的鄉下，尋找從羅馬帝國時代殘留下來的基督教堂和修道院。找到後，他們就用各種辦法與駐守的牧師或修士拉關係，為的是能得到允許，進入後者的圖書室和藏書室，尋找可能殘留下來的，大約一千年前羅馬帝國時代的書籍。作者特別提到，有些藏書室在地窖裡，千年以來一直暗無天日，陰暗潮濕，裡面堆積著歷代牧師的棺槨、以及戰爭和瘟疫時代留下的、沒有棺槨的死屍。為了可能的斬獲，這些遠道而來的貴族就得一隻手拿著蠟燭，一隻手向前摸索，跨過令人毛骨悚然的屍骨，進入地窖的深處，尋找古書。
這是一個西方作者寫給西方年輕人的英文小故事，目的是說，當時整個社會都對知識有強烈的渴望，所以現代科學誕生了。但我卻沒有被說服。中國也有很多這類故事。古代有，現代也有，我身邊就曾有過很多，但科學並沒有因此在中國誕生。兩千年前，中國的讀書人就有“頭懸樑，錐刺股”、和“鑿壁偷光”的極端事蹟。1970年代末，高考恢復。我家的鄰居、朋友、以及整個社會，都狂熱地追求知識。當時，世界數學難題“1 + 1”是媒體裡最流行的詞彙。數學家陳景潤、天才少年甯鉑等，是社會名人。全國掀起學英文熱潮，《英文900句》最時髦，到處脫銷。我家一個鄰居輾轉地從北京買到一本。每天晚上他家孩子入睡後，大院裡其他家庭就輪流借，然後父母熬夜手抄全書，再給自己的孩子學。
我讀中學時，吉林省大學錄取率很低，所以身邊有很多極端用功的同學。高二、高三兩年，每天從早上7點到晚上10點，教室裡都是滿人的，包括週末、節假日、和寒暑假期間。一次中午我和一位同學吃午飯，他說他每天早晨4點開始，先在家讀二個小時書，然後再到學校和大家一起學習，因為“如果花的時間和別人一樣，成績也會和別人差不多，就考不上大學”。他還說，“我現在看見飯盒，就覺得它向我飛來；看教室的天花板，就覺得它要塌下來，砸向我”。我當時驚訝得不知如何作答。多年以後，我偶爾從書裡得知，當年他經歷的，是由於壓力引起的精神分裂或抑鬱症的先兆。
大學裡，來自各地的同學互相交流。福建、湖南、湖北、江蘇、四川、江西，等等，很多省的高考，競爭都極端激烈，甚至比吉林省還要嚴重。大部分同學都曾極端用功，才考上交大。我就想，從古自今，中國人追求知識的勤奮，完全不輸給西方人。中國人的聰明程度，當然也不輸給西方人。為什麼現代科學沒有誕生在中國？為什麼今天的科技發展，中國還是落後於西方呢？
沒有鑽研，怎麼可能有科技發展？
上次回國，我在各地見到了很多老同學。在東北，我遇到那位曾經極端用功的中學同學。他大學畢業後分配到一家很好的國營企業，但是單位裡人浮於事，當年的工資也不高。他就下海，拉工程，做生意，希望把孩子送到國外讀書。我們談到他當年瘋狂讀書的事，兩個人都笑起來，覺得恍如隔世。
我又在全國各地見到多位交大老同學。總的講，大家的心態和處境，都和那位中學同學大同小異。部分人走仕途，行為瞄準升遷。更多的要賺錢，為家庭和孩子的未來而努力。在深圳，一位同學為我歷數原來班裡人的現狀，發現當年那麼多學術天份特別好的同學，有的還是省裡高考的前幾名，現在都不搞業務了。道理很簡單，人人都看得透，就是社會環境使然。真正用心鑽研科技的人，事業和個人都沒有什麼前途。所以即使原本是讀書天才，也都調轉方向去升官發財了。
孤單的旅行中，我不停地想著同學們的現狀和他們的話，又回想起多年以前讀到的、歐洲貴族找古書的故事，就有了新領悟。無論哪裡的人，其實都差不多。歐洲人能夠狂熱地追求知識，中國人也一樣。但從科學發展的角度看，這兩地的人有一個簡單而重要的區別。西方人對知識的熱烈追求，一直堅持了下來。直到數百年後的今天，在西方的大學、研究院、和工業界裡，還有很多鑽研的人。他們窮經皓首，把一生的精力貢獻給科技發展。在這樣的社會裡，科技當然可能產生和持續發展。而在中國，社會大環境使得人們對知識的追求不能延續。即使同一批人，年輕時狂熱地追求知識，走上社會後也不能堅持。因為人人都懂，追求科學技術，對個人沒有什麼好處；深入探討社會人文知識，可能還會帶來風險。人們不能保持鑽研的地方，現代科學當然就很難誕生、很難發展了。
眾所周知，現代科學誕生在文藝復興時期的西歐。那時的科學家們也要養家糊口，考慮個人前途，子孫的未來等。他們對科學的熱忱，為什麼就能持續，而沒有像我的同學們那樣，中途放棄呢？我理解上的突破，發生在讀懂了伽利略與教廷之間的故事之後。
現代科學是怎樣誕生的：伽利略與羅馬教廷的故事
伽利略是科學發展史上的關鍵人物，被譽為“現代科學之父”。在他之前，西歐科學總體處在文明恢復階段，主要靠重新發現、翻譯、並領會古希臘和羅馬的古典著作。伽利略開啟了西歐人“超越古典、獲得新知識”的歷程。他一生的科學成就很多。但最著名的無疑是，他最先發現觀測證據，否定了托勒密的“地心說”模型。中國同學都知道，伽利略與羅馬教廷曾經因為地心說與日心說的爭論而有過尖銳矛盾。我原來從國內教育得到的解釋，簡單而鮮明：羅馬教廷反對科學，迫害科學家，歷史上站在了錯誤的一邊；伽利略勇敢地堅持真理，思想先進，行為正確。但深入瞭解後我發現，真實情況遠不是那樣。
古希臘的亞里斯多德提出了“地心說”，就是地球是世界的中心，是不動的；天上萬物，包括太陽、月亮、星星，都圍繞地球轉動。古羅馬的托勒密為地心說建立了詳細的數學模型。它預測天象的精度非常高。今天世界上絕大多數天象館，演示星空時，背後用的還是托勒密的模型。以它為基礎的中世紀日曆，“儒略曆”，每年的誤差只有11分鐘。到了伽利略的年代，西歐人已經連續1300多年相信和依賴托勒密的地心說模型了。另外，《聖經》上有一段經文，“世界就堅定，不得動搖”[1]，雖然語言模糊，但似乎支援地心說。所以，當時整個社會，包括羅馬教廷，都自然地相信地心說。
十六世紀初，天主教“法政牧師（Canon）”哥白尼提出了一個新的宇宙模型。他假設太陽是世界的中心，是不動的；天上萬物，包括地球、星星，都圍繞太陽轉動，史稱“哥白尼日心說”。無論托勒密地心說、還是哥白尼日心說，都包括詳細的數學模型。本文為了讀者閱讀方便，只講述它們的大意。哥白尼提出日心說的時候，以及之後的很多年裡，都沒有獲得天文觀測證據的支持。哥白尼的模型預測天象的總體精度，也不如托勒密的模型。知道天文學術界將視之為“不可理喻”的瘋狂理論[2]，哥白尼一直不敢正式發表自己的模型，而只是把它私下傳給自己的學者朋友們。直到1543年，哥白尼去世前一個月，他才出版了自己的書。
一般中國學生以為，羅馬教廷阻止了哥白尼發表日心說理論，那是想當然，與歷史不符。哥白尼一生與教廷的關係融洽。在他的書出版之前的很多年，教皇克勉七世還親自去聽關於日心說的講座，並表示興趣。同行的大主教事後專門寫信給哥白尼，讚揚他的才能[3]。總的講，當時的教廷很尊重學術界。面對學術爭論時，教廷主動保持中立，避免直接介入。即使按現代中國的標準，教廷對學術思想的容忍也算是非常高的。哥白尼的理論明顯違反了教廷的觀點，但教廷完全沒有阻止他在學者之間傳播自己的理論，也允許他出版書。從今天的知識來看，地心說和日心說都不正確。當時的人們，包括哥白尼和其後的伽利略，還沒有樹立“大宇宙”的觀念，不知道看似微小的星星，絕大多數都和太陽類似，是巨大的恒星。
哥白尼去世40年後，第穀·布拉赫在1583年出版了著作，批評哥白尼日心說，並提出自己的“改進地心說”模型。布拉赫首先改進了四分儀（中國古代稱“象限儀”或“地平緯儀”，北京古觀象臺有，由西歐耶穌會傳教士在明朝時設計建造）和六分儀，並利用它們獲得了新的天象觀測結果。然後，他天才地計算出，如果相信哥白尼的模型，很多星星與地球的距離，至少是太陽和當時已知的最遠行星，木星，之間距離的700倍。再根據觀測到的星星的大小，可以算出它們的半徑，比太陽與地球之間的距離還大。如果如此多的星星都比太陽大很多，它們為什麼還圍著太陽轉呢？
大約在布拉赫模型問世30年後，伽利略在1610年出版著作，公佈了自己利用望遠鏡發現的金星盈虧的細節。這些新發現與日心說相符，與地心說相矛盾。於是伽利略開始激烈地支持日心說，成為日心說理論的實際代言人。但他忽略了布拉赫的研究成果。布拉赫的模型也可以解釋他的觀測結果。伽利略也沒有滿意地回答布拉赫和其他學者針對日心說的疑問。伽利略的學術行為明顯不嚴謹。於是學術界開始猛烈批評他，他再反擊。雙方的矛盾越來越大，最後學者們請求教廷直接介入。
教皇于1615年指派著名神學家、樞機主教羅貝托·貝拉明，仲裁伽利略與反對者之間的爭議。貝拉明表示，如果日心說獲得了強有力的證據支持，他就準備修正對《聖經》的理解，接受日心說[4]。在此之前，他也不禁止伽利略將日心說作為學術假說與別人討論。貝拉明只要求伽利略在找到確切證據之前，不可以把日心說當作無爭議的觀點宣揚給大眾。伽利略宣誓，接受了貝拉明的要求，教廷就基本滿意了，伽利略也安全無事。但十幾年後，伽利略在1632年出版了一本新書，被廣泛認為是支持日心說的檄文。他違反自己的誓言，又把日心說當作無爭議的觀點散佈給社會，於是教廷與伽利略的矛盾激化。不久後，羅馬宗教裁判所判決伽利略有罪。他從此被軟禁在家中，直到去世。
羅馬教廷因為學術觀點而拘禁伽利略，是不對的。但即使在今天的科學史界，大部分專家都認為，從學術爭論的角度看，當時的教廷比伽利略更講道理。與伽利略相比，貝拉明是“更好的科學家”[5]。理解了這段歷史，我覺得自己看懂了現代科學誕生的關鍵細節。學術界的運行方式與原則，從來要求科學的結論不可以超越證據。當時伽利略就像一個“博士生”。而貝拉明和教廷就如同他的“指導教授”和“學術評審委員會”，負責規範伽利略的學術行為，阻止他對證據的不當定論。即使在今天的學術界，如果任何人像伽利略當年那樣，在沒有強有力的證據證偽反方理論的情況下，聲稱自己的理論是事實，也一樣應該被批評和懲戒，但當然不應該被拘禁。
原來，現代科學的誕生，不是因為“科學之父”伽利略打敗了羅馬教廷，而是他在教廷的全面支持和指導下完成的。國內的教育，把日心說與地心說描述成了簡單的對立：前者是先進的、和正確的，後者是落後和錯誤的；並把教廷的行為翻譯成阻礙了前者戰勝後者，所以就阻礙了科學的進步。但深入瞭解這段歷史後，人人都能看出來這種理解的荒謬。實際上，兩種學說各有優缺點。教廷並非簡單地維護地心說，而是要堅守嚴謹的學術原則。它讓兩種理論按規則競爭，使得二者都發展，從而促進了科學的進步。在此爭論中，伽利略是新理論的代言人，而教廷扮演了學術原則的捍衛者。
基督教還是推動科學誕生的原動力。地心說與日心說的爭論，沒有任何軍事、商業、或娛樂價值。當時的西歐社會卻如此重視它，就是因為《聖經》談到這類問題，造成所有基督徒都關心相關的科學新發展。社會的重視，使伽利略等人有機會做研究，並進而開創了現代科學。而伽利略自己對耶穌的信仰，就是他研究科學的原因。當時科學還依附於神學，沒有獨立出來。科學家，作為專門職業，還沒有產生。伽利略、以及爭論中所有的關鍵人物，如哥白尼、布拉赫、貝拉明、教皇等，都是虔誠的基督徒。他們首先是基督徒，然後才是科學家。他們研究科學的最高目的就是理解《聖經》和神。所以說，基督信仰促使那幾代西歐人創立了現代科學。
從個人的現實角度看，伽利略、以及其他早期科學家，之所以堅持研究，不像我的同學們那樣中途放棄，原因就是基督教的全方位支持。除了接受教廷的學術仲裁，伽利略還從教廷開辦的大學獲得優良的教育，又受雇於教廷開辦的大學。教會長期穩定地財務支援他，並且提供了優良的學術環境。與伽利略討論和交流的其他科學家們，同他一樣，也受到基督教的全面支持與引導。《星際信使》出版後，伽利略名利雙收，躋身上層社會，地位之高，成為美第奇家族的座上賓，並引起教皇本人的關注。伽利略因為科學研究而獲得巨大的個人成功，歸根到底都是因為基督教使得整個西歐社會重視科學與科學家。
在現代科學誕生的歷史裡，伽利略無疑是偉大的。但“千里馬常有、而伯樂不常有”。羅馬教廷和基督教的作用，很可能更大、更關鍵。文藝復興時期，基督教是西歐社會的主導力量和主流思想，指引和支援了現代科學的誕生與發展。那麼，為什麼中國的社會主導力量和主流思想，沒有能夠促發科學的誕生呢？以下的章節試圖更深一步地分析其中的原因。
圖1：古羅馬托勒密（約西元100－170年）的“地心說”。左圖是模型概況，地球在中央，太陽、月亮、與幾個行星圍繞地球轉，最週邊是“群星圈”。中圖是模型中各個行星的運行軌跡。右圖是行星運行示意圖，例如金星繞著“本輪”（小圓圈）轉動，而本輪的中點又繞著“均輪”（大圓圈）轉動，從而產生中圖中的軌跡。絕大部分在國內受教育的學生，沒有機會知道托勒密“地心說”模型的精准、和在歷史上的巨大作用。
圖2：伽利略的觀測與三大天文模型。左上圖是他繪製的、用望遠鏡觀察到的金星圓缺過程。金星在離地球最遠時呈現滿圓形；離地球最近時，月牙形最嚴重，來源是1610年出版的《星際信使》。右上圖是托勒密模型的預測，金星有圓缺，只可能在“本輪”大約位於地球與太陽之間時。遠地點時，暗面對著地球，月牙形應該最嚴重，與觀測結果相反。而哥白尼的“日心說”模型與布拉赫的“改進地心說”模型都可以解釋這個觀測結果。左下圖是哥白尼(1473-1543)的“日心說”模型概況。太陽在中央，地球只是一個行星，圍繞太陽轉。圖中心的Sol就是太陽的拉丁文，從裡向外第三圈Terra就是地球，最外一圈的拉丁文Stellarum Fixarum Sphera * immobilis，英文翻譯是Stars Fixed Sphere * immobile，中文就是“固定的群星圈*不移動”。右下圖是布拉赫（1546 – 1601）的“改進地心說”模型概況。中央的藍色圓點是地球。太陽、月亮等，都圍繞地球轉，而五個行星圍繞太陽轉。最週邊是“群星圈”。
圖3：羅貝托·貝拉明（Roberto Bellarmino，1542年－1621年）樞機主教，文藝復興時期歐洲神學家。被多位後代科學史專家譽為“比伽利略更好的科學家”[5]
注釋
- 《舊約 詩篇》93:1， 96:10，《歷代志上》16:30
- Dobrzycki, J., and Hajdukiewicz, L., (1969). Nicolaus Copernicus, Polish Biographical Dictionary), vol. XIV. Wrocław: Polish Academy of Sciences. he confessed—to risk the scorn "to which he would expose himself on account of the novelty and incomprehensibility of his theses."
- "Schönberg, Nicholas, Letter to Nicolaus Copernicus, translated by Edward Rosen
- Cardinal Bellarmine's Letter to Foscarini (1615) “If there were a true demonstration that the sun is at the center of the world and the earth in the third heaven, and that the sun does not circle the earth but the earth circles the sun, then one would have to proceed with great care in explaining the Scriptures that appear contrary, and say rather that we do not understand them than what is demonstrated is false.” http://www.historyguide.org/earlymod/foscarini.html
- McMullin, Ernan (2008). "Robert Bellarmine". In Gillispie, Charles “Dictionary of Scientific Biography”, Scribner & American Council of Learned Societies. McMullin cites Pierre Duhem and Karl Popper as prominent adherents to an "often repeated" view that "in one respect, at least, Bellarmine had shown himself a better scientist than Galileo"
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