科學(xué)外史II（20）

天文學(xué)一直被視為科學(xué)的冠冕，若要談近代的“科學(xué)革命”，更是“言必稱天文”，哥白尼的《天體運(yùn)行論》之于科學(xué)革命，就好比武昌起義之于辛亥革命。偏偏天體的“運(yùn)行”和我們通常說的“革命”居然是同一個(gè)詞（revolution），這使得“哥白尼革命”的說法在常見的大眾讀物中顯得仿佛天經(jīng)地義。

但是事實(shí)上，哥白尼根本不是一個(gè)革命者。哥白尼要革誰的命？革教會(huì)的命嗎？別忘記哥白尼本人就是神職人員！革托勒密天文學(xué)的命嗎？讀過托勒密和哥白尼著作的人都知道，哥白尼是“喝著托勒密乳汁長大的”，而他根本沒想在精神上弒父弒母——他對古希臘“天體勻速圓周運(yùn)動(dòng)”的信仰，比托勒密還要純真！地心、日心只是一個(gè)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，兩個(gè)體系都只是托勒密所謂的“幾何表示”，而非宇宙的真實(shí)圖景。

事實(shí)上，越深入研究科學(xué)史，就越能感覺到，所謂“科學(xué)革命”只是一個(gè)修辭。科學(xué)到底有沒有依靠“革命”而發(fā)展？別的學(xué)科我們暫且不論，但至少在天文學(xué)史上，我們看到的是：技術(shù)三次促進(jìn)了科學(xué)的發(fā)展，而不是科學(xué)推動(dòng)了技術(shù)的進(jìn)步。

望遠(yuǎn)鏡不是為天文學(xué)準(zhǔn)備的

在大多數(shù)人心目中，望遠(yuǎn)鏡總是與天文學(xué)聯(lián)系在一起，這在很大程度上是因?yàn)橘だ詫⑼h(yuǎn)鏡指向了天空，作出了六大天文發(fā)現(xiàn)，并將這些發(fā)現(xiàn)寫成了《星際使者》（Sidereus nuntius，1610）一書。

但在此之前，望遠(yuǎn)鏡很可能早已存在。在伽利略的同時(shí)代，望遠(yuǎn)鏡發(fā)明者的候選人不止一位，比如許多著作都提到的荷蘭工匠，還有英國數(shù)學(xué)家迪格斯（Digges）父子等。在伽利略出版《星際使者》之前，甚至在中國也出現(xiàn)了關(guān)于望遠(yuǎn)鏡的記載——它被認(rèn)為是耶穌會(huì)士利瑪竇從歐洲帶來的（明鄭仲夔《玉麈新譚·耳新》卷八）。利瑪竇1582年到達(dá)中國南方，1610年在北京去世，如果他真的帶來了望遠(yuǎn)鏡，那必定在1582年之前就獲得了。從現(xiàn)有的記載來推測，在伽利略之前，望遠(yuǎn)鏡的用途主要和軍事有關(guān)。

在伽利略觀天之前，古代世界的天文學(xué)都只是“方位天文學(xué)”。天文學(xué)家用肉眼只能看到日、月、五大行星、比較明亮的恒星，還有偶爾出現(xiàn)的比較大的彗星和流星。所以古代各文明的“天文學(xué)基本問題”都是同一個(gè)問題——在給定的時(shí)間、地點(diǎn)，推算出日、月、五大行星在天球上的方位。

望遠(yuǎn)鏡的使用，大大提高了方位天文學(xué)的觀測精度；在照相技術(shù)發(fā)明后，還使得對天體的攝影成為可能。但更重要的是，在此之前，世界上并不存在天體物理學(xué)，正是望遠(yuǎn)鏡開啟了天體物理學(xué)的可能性——盡管天體物理學(xué)要成為天文學(xué)的主流，還需要等待第二項(xiàng)技術(shù)的誕生。

光譜分析和射電望遠(yuǎn)鏡也不是為天文學(xué)準(zhǔn)備的

這第二項(xiàng)技術(shù)，我在本專欄也談過，即光譜分析。迄今為止，即使在太陽系，除了月球，人類還未曾登陸過任何天體，更不用說太陽系外、銀河系外的遙遠(yuǎn)天體了。有了光譜分析技術(shù)，人類才有可能在不去到那些遙遠(yuǎn)天體實(shí)施實(shí)地觀察測量的情況下，知道那些天體的元素構(gòu)成、表面溫度，甚至知道在天體內(nèi)部正在發(fā)生什么情況，例如我們能夠知道太陽表面溫度高達(dá)約6000攝氏度，而它內(nèi)部正在持續(xù)發(fā)生聚變核反應(yīng)。如果說望遠(yuǎn)鏡在天文學(xué)的使用開啟了天體物理學(xué)的可能性，那么真正讓天體物理學(xué)誕生并迅速發(fā)展成為天文學(xué)主流的，則是光譜分析。

非常重要的一點(diǎn)是，光譜分析本來也不是為天文學(xué)準(zhǔn)備的，它被應(yīng)用在天文學(xué)領(lǐng)域純屬偶然事件。但是在此之后，天體物理成為光譜分析技術(shù)最大、最輝煌的用武之地。

在伽利略用望遠(yuǎn)鏡觀天之后的幾百年間，人們競相制造更大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，最終將光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的直徑從幾厘米增大到150厘米以上。隨著光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的鏡片越來越大、越來越厚，物理學(xué)上的極限出現(xiàn)了——僅巨大鏡片在自身重力作用下的形變就難以處理。這時(shí)，第三項(xiàng)促進(jìn)天文學(xué)發(fā)展的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

第二次世界大戰(zhàn)，雷達(dá)被認(rèn)為是僅次于原子彈的第二大技術(shù)發(fā)明。二戰(zhàn)時(shí)期，航母取代傳統(tǒng)巨型戰(zhàn)列艦成為海上霸主，制空權(quán)成了制海權(quán)的必要條件，而雷達(dá)則是制空權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)。二戰(zhàn)結(jié)束，刀槍入庫馬放南山，大批雷達(dá)退役，成為廢舊物資。這些大大小小的雷達(dá)天線，很快被人發(fā)現(xiàn)另有妙用。

宇宙間的電磁輻射是一個(gè)寬闊的頻譜，但人類進(jìn)化的結(jié)果，使我們的眼睛只能看見這個(gè)寬闊頻譜中很窄的一段，即所謂可見光。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡雖然大大拓展了人眼的觀察能力，但實(shí)際上只是讓人眼能夠接收到更多的可見光，卻仍未拓展人眼可見的頻譜范圍。而雷達(dá)可以接收人眼看不見的無線電輻射（電視信號也在其中）。

于是在二十世紀(jì)五六十年代，歐美天文學(xué)界出現(xiàn)了一股浪潮——將廢棄的雷達(dá)進(jìn)行簡單改裝，使之可以接受天空中可見光之外的電磁輻射信號，這樣的裝置得名“射電望遠(yuǎn)鏡”。當(dāng)時(shí)西方天文學(xué)家在自家后院或小樓上弄一架射電望遠(yuǎn)鏡，是非常時(shí)髦的事。1965年彭齊亞斯和威爾遜用射電望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了大爆炸宇宙理論所謂“三大驗(yàn)證”之一的宇宙3K背景輻射，被視為射電天文學(xué)最輝煌的成就之一（獲1978年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）。

玩“射電望遠(yuǎn)鏡”的學(xué)問，被稱為“射電天文學(xué)”。在超新星、射電源、脈沖星、中子星、γ射線源、X射線源等一系列天文學(xué)新發(fā)現(xiàn)中，射電望遠(yuǎn)鏡都扮演了重要角色。面對這些時(shí)髦課題，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡在大部分情況下幾乎毫無作用，這使得“射電天文學(xué)”很快躋身為當(dāng)代天體物理學(xué)的主流。

射電望遠(yuǎn)鏡和它的前身雷達(dá)，都不是為天文學(xué)準(zhǔn)備的，雷達(dá)是用來打仗的。從雷達(dá)變?yōu)樯潆娡h(yuǎn)鏡，同樣是人們最初意想不到的事情。

為什么會(huì)有“科學(xué)革命”敘事？

事實(shí)上，從所謂“哥白尼革命”，到《天體運(yùn)行論》成為“天文學(xué)革命”的圣經(jīng)，再到眾口一詞的“科學(xué)革命”敘事，很多都是經(jīng)不起推敲的，只是大家多年來一直習(xí)慣人云亦云而已。

說起“革命”這個(gè)詞，在中國原初是指“革除天命”，就是改朝換代，那當(dāng)然是驚天動(dòng)地的大事件。但在現(xiàn)代西方學(xué)者的筆下，“革命”這個(gè)詞早已被用濫了。由于科學(xué)史是一種冷門學(xué)問，那些在西方大學(xué)講授科學(xué)史的教授，為了將昏昏欲睡的學(xué)生從課堂上喚醒，不得不經(jīng)常建構(gòu)出“革命”來。在他們口中和筆下，幾乎每一個(gè)變革、每一種新鮮事物，都可以被說成是“革命性的”。在這樣的語境中，出現(xiàn)“哥白尼革命”“開普勒革命”“牛頓革命”……都是非常自然的。

至于天文學(xué)，在古代原本是星占學(xué)的工具，近代以來，星占學(xué)逐漸式微，天文學(xué)自立門戶，竟意外獲得了引領(lǐng)“科學(xué)革命”的不虞之譽(yù)。其實(shí)，在近幾百年的天文學(xué)發(fā)展中，它自身并未展現(xiàn)出“革命”的原力或能量，而是一次次被別的技術(shù)意外推動(dòng)著前進(jìn)——光學(xué)望遠(yuǎn)鏡讓天文學(xué)初見宇宙之大，光譜分析讓天體物理學(xué)成為天文學(xué)的主流，射電望遠(yuǎn)鏡又讓射電天文學(xué)成為天體物理學(xué)的主流。

（作者系上海交通大學(xué)講席教授，科學(xué)史與科學(xué)文化研究院首任院長）