尼古拉·哥白尼

图:作者不详 · Public domain · Wikimedia Commons

科学家 › 物理学、数学

尼古拉·哥白尼1473—1543

Nicolaus Copernicus

文艺复兴时期波兰数学家、天文学家

尼古拉·哥白尼 是文艺复兴时期的波兰博学家,提倡日心说模型,认为太阳为宇宙的中心。1543年哥白尼临终前发表了《天体运行论》,它开启了哥白尼革命,并对推动科学革命有相当大的贡献。

摘自维基百科「尼古拉·哥白尼」,CC BY-SA 4.0

出生
1473 年 2 月 19 日,托伦
逝世
1543 年 5 月 24 日,弗龙堡
国籍
波兰王国、无国籍、皇家普鲁士
学科
物理学、数学、天文学、医学、博物与综合
职业
天文学家、法学家、经济学家、数学家
母语 / 工作语言
文艺复兴拉丁语、中古波兰语、中世纪低地德语、古希腊语、拉丁语
母校
雅盖隆大学(1495 年)、帕多瓦大学(1503 年)、博洛尼亚大学(1500 年)、费拉拉大学(Doctor of Canon Law,1503 年)
工作单位
帕多瓦大学、雅盖隆大学

研究领域

天文学数学力学经济学

主要贡献

代表成就

短论天体运行论

以他 / 她命名

师承

博士导师2

师从2

Antonio Urceo阿尔伯特·布鲁泽夫斯基

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所获奖项(1)

  1. 1995International Space Hall of Fame

百科正文

哥白尼出生于皇家普鲁士,该地区自1466年隶属于波兰王国。哥白尼获得了教会法规博士学位,同时也是一名医生,通晓多国语言,了解古典文学,能够胜任翻译,做过执政官、外交官,也是一名经济学家(后续几项都没有学历学位)。1517年,哥白尼总结了货币量化理论,成为当今经济学的重要基础之一。1519年,哥白尼在托马斯·格雷沙姆之前总结出劣币驱逐良币理论的前身。

身世

1473年2月19日哥白尼生于维斯瓦河畔的小城托伦,当时这里属于波兰王国皇家普鲁士行省。父亲是从克拉科夫来的商人,母亲是托伦当地商人的女儿,家境宽裕,哥白尼是家中四个孩子里最小的。哥白尼十岁到十二岁间父亲去世,由他的舅父卢卡斯·瓦岑罗德收养。

1491年哥白尼进入克拉科夫市雅盖隆大学(当时称克拉科夫大学)学习,在这里他开始对天文学产生兴趣。1496年他赴意大利博洛尼亚大学帕多瓦大学求学,学习数学、天文学、法律、医学等,并接受人文主义思想。1503年在费拉拉大学获得法学博士学位,他舅父提供给他一个在波兰波罗的海边上的弗伦堡的神父位置。1506年哥白尼回到波兰,担任他舅父的医生和秘书。1512年他舅父去世,他将主要精力放在教士的责任和医学研究上,同时利用工作之余时间研究天文学。在弗伦堡30年间,他建了一个小天文台,后来被称为“哥白尼塔”,自17世纪以来被人们作为天文学的圣地保存下来。但是从当时人的记载和哥白尼本人的著作来看,他很少进行天文观测,他主要通过前人的观测结果,进行哲学思考与数学计算,逐渐形成了自己的天文学体系。

父系

哥白尼的父亲家族可以追溯到尼萨附近的一个西里西亚小村庄,这个小村庄的名字曾被拼写为Kopernik,Copernik,Copernic,Kopernic以及Coprirnik,现今为Koperniki。14世纪,父亲家族的成员开始迁至西里西亚地区的其他城市,波兰王国的首都克拉科夫(1367)以及托伦(1400)。哥白尼的父亲,也是老尼古拉·哥白尼,很有可能是简的儿子,就是来自迁至克拉科夫的那一支。

尼古拉以父亲的名字命名,以富商的身份首次出现在记录中,以经营铜为生,主要在格但斯克销售铜,于1458年左右从克拉科夫迁至托伦。托伦位于维斯瓦河附近,当时被卷入十三年战争(1454–66),在此期间,普鲁士城市的盟友普鲁士联盟与波兰王国结盟,贵族和教士联合,共同对抗条顿骑士团国,以获得地区控制权。在这场战争中,如格但斯克和托伦(尼古拉·哥白尼的家乡)等汉萨同盟的城市决定支持波兰国王卡齐米日四世,国王承诺尊重城市的传统和独立,而这正是条顿骑士团国所强烈镇压的。尼古拉的父亲当时活跃于政坛,支持波兰王国和普鲁士城市结盟对抗条顿骑士团。1454年,他负责调解波兰王国红衣主教兹比格涅夫·奥莱希尼茨基与普鲁士城市在战时公债偿还方面的矛盾。《第二次托伦和约》(1466)规定,条顿骑士团放弃西普鲁士,此地区成为波兰王国的一个自治省,即以后的普鲁士王国,在随后的300年里都归属于波兰王国。

尼古拉的父亲于1461和1464年间娶了芭芭拉·瓦岑罗德,也就是天文学家哥白尼的母亲。父亲于1483年左右逝世。

母系

尼古拉的母亲芭芭拉·瓦岑罗德是托伦当地贵族和市议员老卢卡斯·瓦岑罗德(死于1462年)与卡塔知娜(死于1476年)的女儿。与哥白尼家族类似,瓦岑罗德家族祖籍位于希维德尼察附近的西里西亚地区,自1360年定居在托伦。很快,他们就成为当地最富有以及最具影响力的贵族之一。

哥白尼体系

哥白尼最大的科学成就是提出了日心体系,成为后世称为“哥白尼革命”的起点,也为科学革命揭开序幕。他的学说改变了当时人类对宇宙的根本认知,动摇了欧洲中世纪宗教与神学的理论基础。尽管他仍保留了如“宇宙中心论”与“宇宙有限论”等思想痕迹,其模型仍具有明显局限,但其所带来的宇宙观转变意义深远。

背景

关于日心地动学说早在希腊时代约公元前310年,天文学家阿里斯塔克斯就已经发现了,他主张日月星辰并非绕着地球转动,而是地球和其他星辰一起绕着太阳转动。而他的主张继承了毕达哥拉斯学派的中心火理论,并把中心火的位置改成太阳。他曾经解释过:恒星的周日转动,是地球绕轴自转的结果。阿里斯塔克的理论和当时被广泛认同的亚里士多德的物理学相互矛盾,并未成为主流。

在哥白尼所处的时代,最被普遍接受的天文体系是托勒密体系。该体系主张地球处于宇宙的中心,其他所有天体沿圆形轨道绕地球运转。为了使理论更符合观测结果,托勒密提出“本轮—均轮”系统,即行星在一个称为“本轮”的小圆轨道上运动,而本轮的圆心则沿着“均轮”的大圆绕地球运行。虽然这一模型能够在数学上解释当时的观测数据,但结构复杂,且难以符合物理直观。

该体系之所以获得教会支持,除了因其解释能力,亦因其哲学和神学上的便利性——将人类置于宇宙中心,并于天球之外保留天堂与地狱的空间。然而,随着观测技术提升与行星逆行现象的复杂解释需求,托勒密体系不得不不断引入更多的本轮,系统愈加繁琐。哥白尼作为追求理论简洁的天文学家,对此深感疑问。

为了更好的解释行星运动,他提出日心说(heliocentrism),主张太阳才是宇宙的中心,而地球不过是与其他五大行星一样,绕着太阳运行的普通天体。地球同时也进行地轴自转,从而解释了昼夜更替。

早在1514年,哥白尼就将这一理论简要整理为一份四页手稿《短论》,仅限私人圈内传阅。1533年,罗马举行的一场讲座中介绍了哥白尼的理论,引起教宗克莱孟七世及部分主教的兴趣。后来其中一位主教还写信劝说哥白尼正式出版他的作品。尽管朋友与支持者鼓励其出版完整论文,但哥白尼长期犹豫未出书,学界普遍认为其顾虑来自于当时可能遭遇的批评,无论来自宗教界或是传统天文学界。最终在生命的最后阶段,哥白尼同意发表他的理论。这部完整的论文被命名为《天体运行论》(De revolutionibus orbium coelestium),于1543年出版。

理论内容

哥白尼在未公开发表的《短论》中总结了自己的日心说原理。其中列举了一些如下“假设”:

天球大圆没有中心。

地球的中心不是宇宙的中心,不过是地月系的重力中心。

所有天体都以太阳为运行中点,因此太阳是宇宙的中心。

日地距离同天穹高度(包含恒星的天球至远点)之比,比地球半径同日地距离之比还要渺小的多。与天穹高度相比,日地距离可谓微不足道。

天空中所能见到的任何运动,皆由地球运动引起,而非其本身。地球与其周围大气每日围绕固定的中轴旋转,同时天穹和至高的天空不曾运动。

与神学的冲突

最初的反应

哥白尼的书刚问世时候并未引发论战(无言辞激烈的布道训诫)。特利腾大公会议上既未讨论哥白尼的理论,也未讨论历法改革(历法改革后来使用由哥白尼计算推导得出的表格)。

第一个反对哥白尼学说的名人是天主教的巴托洛米奥·斯皮纳(Bartolomeo Spina),他出任圣使徒宫主管(和天主教圣座法院首席监察官),他“强烈表示要镇压哥白尼学说”。但随着斯皮纳在1546年去世,他的朋友吉奥凡尼·玛丽亚·托洛桑尼接替了他未完成的任务。吉奥凡尼·玛丽亚·托洛桑尼是一位著名的神学家及天文学家,是道明会在佛罗伦萨的圣马尔谷修道院的会士。托洛桑尼撰写了一本专门研究历法改革(其中天文学起到重要作用)的专著。此外,他还参加了第五届拉特兰会议,参与了历法改革的讨论。在1544年,他取得了哥白尼《天体运行论》的副本。他公开抨击哥白尼学说的文字见于他所著的《论圣经之真谛》(On the Truth of Sacred Scripture)一书的附录中。

托洛桑尼模仿托马斯·阿奎那的理性主义风格,借用哲学论据反驳哥白尼学说,但实际上他仍引用基督教《圣经》及其传统。他力求证明哥白尼学说是荒谬的,他分三点说明哥白尼学说没有经过验证且没有任何基础。第一,哥白尼假设地球的运动,但却未提供任何推导出此运动的物理理论。(没有人意识到对哥白尼学说的研究将引起对整个物理界的重新思考)。第二,托洛桑尼称,哥白尼的思维过程是落后的。他说,哥白尼先是提出日心说这一理论,然后再找各种支撑此想法的现象,而不是先观察现象,然后再思考推理得出引起此现象的理论。在这一点上,托洛桑尼将哥白尼的数学等式将毕达哥拉斯实算联系了起来。毕达哥拉斯曾与亚里士多德争论过,后来托马斯·阿奎那又继续进行了这一争论。他们争论说,数字只是人智力的产物,不需要任何物理现实的支撑,因此“数字在研究本质的时候不能提供物理原因”。

当时,一些天体说(例如本轮和椭圆形轨道)仅仅被视为调整天体位置数据的数学方法,而不是解释天体运动的原因。(哥白尼主要根据的是本轮,因他仍坚持完美球面轨道的说法)。这一“拯救现象”的观点证明,天文学和学术不能作为决定物理原因的一种正确方式。托洛桑尼借用此观点,在对哥白尼最后的判定中引用说,哥白尼最大的错误是,他从开始借用科学中较“低级”领域来解释较“高级”领域。哥白尼用数学及天文学来假定物理学和宇宙学的现象,而不是从一开始用物理学和宇宙学的公认原则来评定天文学和数学方面的知识。这样一说,在当时,哥白尼似乎正在破坏整个哲学系统。托洛桑尼称,哥白尼犯了哲学错误,因为他根本不精通物理学和逻辑学-没有物理学和逻辑学知识的人是无法成为一名优秀的天文学家,更不能分清正确与错误。因为哥白尼学说不符合托马斯·阿奎那提出的科学真相,因此被托洛桑尼视为无根据的未经证明的理论。

纪念

元素鿔

根据IUPAC元素系统命名法,在第112号元素未有正式名称时,其临时名称为Uub(Ununbium)。

国际纯化学与应用化学联盟(IUPAC)在经过长期验证后,于2009年6月正式承认第112号元素的合成,并随后邀请Hofmann团队为112号元素提出一个永久名称。2009年7月17日,该团队提议将112号元素命名为Copernicium,缩写Cp,以纪念著名天文学家哥白尼(Copernicus)。他们称,将其命名为Cp的原因,是由哥白尼所提出的日心说与化学中的原子结构(卢瑟福模型)有很多相似之处。

Cp这个名称未获得IUPAC的正式承认。IUPAC在此后6个月的时间内进行审议,听取科学界的意见,并于2010年1月公布审议的结果。2009年9月,有人在《自然》上发表文章指出符号Cp曾是元素镥(Lutetium)的旧称(Cassiopeium),现在在配位化学中亦用于指环戊二烯(茂,Cyclopentadiene)配体。根据目前IUPAC对元素的命名规则,新元素的提议名称是不得与其他元素名称或符号重复的。考虑到上述情况,为了避免歧义,IUPAC已把提议中的符号Cp改为Cn(Copernicium)。

2010年2月19日,即哥白尼537岁寿辰的日子,位于德国达姆施塔特的重离子研究所(GSI)正式宣布,经国际纯粹与应用化学联合会确认,由该所人工合成的第112号化学元素从即日起获正式名称“Copernicium”,相应的元素符号为“Cn”。

在台湾,此元素之中文名称由国立编译馆化学名词审议委员会和中国化学会名词委员会开会讨论后决定命名为'鿔'。

中国全国科学技术名词审定委员会于2012年1月确定了鿔的简体中文名称,获国家语言文字工作委员会批准后进入国家规范用字,但目前仍不能正常输入。

哥白尼环形山

月球上的一座环形山以哥白尼命名。

哥白尼计划

哥白尼计划是由欧洲委员会和欧洲太空总署联合倡议,于2003年正式启动的一项重大航天发展计划,主要目标是通过对欧洲及非欧洲国家(第三方)现有和未来发射的卫星数据及现场观测数据进行协调管理和集成,实现环境与安全的实时动态监测,为决策者提供数据,以帮助他们制定环境法案,或是对诸如自然灾害和人道主义危机等紧急状况作出反应,保证欧洲的可持续发展和提升国际竞争力。

以上节选摘自维基百科「尼古拉·哥白尼」,按 CC BY-SA 4.0 使用,去掉了参考文献、外部链接等尾部小节,公式改写成了纯文本。篇幅所限,较长的小节只摘了开头一部分,有的小节没有收;全文、配图和出处见原文。

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