和谐宇宙的探索

□瑶草

    每一个科学家力图将自己描绘世界的模型做成和谐的或者说优雅的。“和谐”这个词来源于开普勒的巨著《世界的和谐（Harmonices Mundi，1619）》，开普勒力求用音乐的和谐比附行星运行的和谐，从而最终描绘出一个和谐的宇宙。霍金则用“优雅”这个词来表达相同的意思，并且对“优雅”给出了三个进一步的解释“包含很少任意或者可调整的元素；和全部已有的观测一致并能解释之；对将来的观测作详细的预言，如果预言不成立，观测能证伪这个模型”。第三个冗长的解释其实来源于波普尔（K.R.Popper）的“证伪主义”（falsificationism）,即认为只有那些通过实践（观测、实验等）能够对其构成检验的学说才是有助于科学进步的，这样的学说具有“可证伪性”（falsifiability）。

    拿这个标准去衡量古往今来的各种学说是否科学，无往而不利。一些无视科学史的人们，认为符合现代科学的观点就是有益的，不符合的就是落后甚至迷信的。其实一项科学模型能够在历史上占有一席之地，正在于其是否提供了坚实的阶梯，使得来者能够步武其后，而不在于其绝对海拔高度。且以北大出版社2011年新出版的《世界的和谐》为例，看一看我们今日读科学史上的元典，沿着巨人脚印前进，如何以这三个思路进行。

    从第一个条件出发，之所以说开普勒发展了哥白尼的学说，一个标准在于开普勒的描绘大大简化了哥白尼的计算。托勒密的天体运动需要77个正圆，哥白尼需要34个正圆，而开普勒只需要7个椭圆就阐释清楚了。当一种理论以更为简洁有效的模式出现的时候，我们直觉上感觉到，距离真理又近了一步。

    从第二个条件出发，我们可以解释开普勒的老师第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546～1601）坚持地心说而非日心说，何以不是开历史倒车，而是必不可少的进步中的一环。第谷的模型计算尽管将地球作为中心，但由于第谷本人乃是以肉眼测星空前绝后的大师，他的观测精度决定了其体系的精密，与现实星象的吻合度比哥白尼更胜一筹。因而明末清初的传教士给中国带来的一直是第谷的天文体系。更重要的是，第谷的观测水平远在身体孱弱，视力衰弱的开普勒之上。正是第谷临终前对开普勒的那段话：“除了火星所给与你的麻烦之外，其他一切麻烦都没有了。火星我也要交托于你，它是够一个人麻烦的”，让开普勒找到了下手的入口，最终从火星不合圆周的轨道，推断出椭圆轨道的定律。

    从第三个条件出发，第谷和开普勒都是基于事实出发构建模型，由模型推断行星运转起止，从而修订模型，甚至不惜用今日之开普勒，打倒昔日之开普勒。开普勒之所以能够受知于第谷，在于他青年时期所写的《宇宙的奥秘》，用正多面体来解释行星运行的“天球”，而在《世界的和谐》一书中，他已经完全摈弃了立体的天球而转为平面的轨道，从而揭示了行星周期与平均对日距离的数学公式，完成了三大定律。正多面体的数学模型是开普勒研究的基础和出发点，但开普勒并未画地为牢，当实际观测与他的模型误差值大于预期的时候，修订乃至重建模型是最有成效的科学进步。与此对比，多才多艺的开普勒用四声部对位和音乐调式的方法研究行星运行，之所以应者寥寥，并非由于跨界人才少（巴洛克时代以开普勒所处的布拉格为代表的中欧，音乐是贵族必备之艺），而是不能提供可操作的检验，哪怕听起来正确合理，也只能成为空中楼阁。

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