*以下根据吴国盛2019年4月8日在高山大学“科学复兴之路”希腊站·普林克斯山的分享整理而成（“科学复兴之路”希腊站吴国盛教授课程共计9讲，本文为第3讲，其他内容将在高山大学公众号陆续推出）。

高山大学2019年经典课程

授课老师：吴国盛，教授，博士生导师。北京大学理学学士（1983）、哲学硕士（1986）、中国社会科学院哲学博士（1998）。现任高山大学校董，清华大学人文学院长聘教授、科学史系系主任。兼任国务院学位委员会科技史学科评议组成员、中国自然辩证法研究会科学传播与科学教育专业委员会主任。曾任第七、八届中国科学技术史学会副理事长、北京大学科学史与科学哲学研究中心主任。

出版著作30余部，代表作《科学的历程》《什么是科学》《希腊空间概念的发展》《重建自然哲学》《时间的概念》《反思科学》等。

△吴国盛教授

课前思考

1.为什么古代中国人没有发现地球是圆的？

2.如何用科学的方法“拯救”行星？

3.古希腊人为何偏爱圆？

4.民主与圆有什么关系？

科学天文学的创立

在我们的星球上可以看到一个非常伟大的天象，就是日月星辰的周日旋转，以及太阳在天空中的周年运动。不同的运动周期指示了世界不同的时间秩序：有日有月有年。

所有民族都有这三个概念，所以各民族某种意义上说都有天文学。但是我们强调，只有希腊人创立了科学的天文学。

天文学顾名思义要观天，但希腊人在观天方面并不突出。希腊文明严格来说不是原生文明，而是受益于其东边的两河流域文明和南边的埃及文明。希腊的天文观测数据基本上来自两河流域。

△吴国盛教授在默冬天文台遗址讲古希腊天文学

但我们要知道，希腊天文学第一次把天文学发展成为科学。天文学在古代希腊属于数学学科，跟几何学同样成就伟大。几何学有欧几里得《几何原本》，天文学有托勒密的《至大论》，这两部伟大著作标志着希腊古代科学文明的最高成就。这两部著作虽然都是希腊化时期的，但天文学基本的概念框架在古典时期就奠定了。

希腊古典时期最伟大的成就是对宇宙进行理性化的描述。希腊人开创了几何化的宇宙理论。希腊人第一次给出了“天球包地球”的学说，一举打破了所谓上下的绝对含义，认为上下是相对的。以地球作为原点，没有下，都是上，只不过是有不同程度而已。地球天球的概念是整个希腊理性宇宙论的基本几何框架。

反观中国，天文学的基本功能是为礼治秩序服务，是皇家垄断的学问。老百姓不能私自搞天文学。并且始终没有构建关于宇宙的理性模型，所以对宇宙现象的理解十分肤浅。

很长一段时间，中国人不知道晨星和昏星是同一个星，也就是金星。而希腊人老早就知道这件事，因为有一套关于宇宙的几何模型，很容易理解金星绕着太阳两边走，一会儿左边，一会儿右边，当然是同一个星。

这就是理性思维方式的巨大威力。今天的科学化技术之所以比古来一切工匠技师成就都要大，主要原因是背后有科学，有科学理性本身的透视力在。天文学就是很典型的理性科学。

地球概念起源

全世界各民族只有希腊人有地球概念。我们中国人认为“天圆地方”。人类直立行走的状态，决定了基因里天上地下的绝对坐标很容易深入人心，而希腊人居然能打破基因赋予的空间概念，相当伟大。

那么希腊人发现了什么证据从而有了“天球”“地球”的概念？我们中国人怎么就没发现？

第一，对船只离港的观察。地球概念对农耕文明来说很难理解，一眼望去地是平的。而海洋民族有机会发现地球是弯的。比如天气晴好的时候，船离港后，最先看不见的是船板，桅杆还能看见，这说明地是弯的。

第二，月食的形状。希腊人天才地猜测到日食实际上是地球遮住太阳光的结果。而月食时候的阴影形状是个弧形，因此证明了地球是一个圆球。而我们中国人怎么理解月食现象？“阴气大盛，遮蔽阳气”，就那一套阴阳互补的思想。明朝末年传教士来中国告诉大家地球是圆的，大家都不信。

第三，同一次日全食在不同地方看见的时间不一样。特别是亚历山大大帝打下了庞大的江山后，发现从阿富汗那边看的话，日食就差好几个小时。唯一的解释就是地球是圆的，地球如果不是圆的话，应该同时看见。中国古代人已经发现了不同的地方日食时间不一样，但还是通过阴阳的方式思考，就没有想到地球是圆的，这一点非常可惜。

第四，星座的隐现。分别往南北移动，有些原来看不到的星座看到了，原来看到的看不到了。如果大地是平的，那不应该有这样的现象。中国古代也发现了星座的高度随着南北移动而变化，但它不能解释为什么有些星座看不见。

有证据表明，最早提出“地球”概念的可能是在公元前500多年的毕达哥拉斯学派。而中国士大夫一直到19世纪还不相信地球是个球。

天球概念起源

和“地球”搭配的，是“天球”概念。希腊人认为地球外面是一个天球，比地球大很多，天球包住地球。这种模式就是古典时代理性宇宙论的一个基本模型。中国古代认为“天圆地方”，天球实际是个半球。且天为阳，地为阴，阴阳之间要平衡，因此认为天地差不多大。

试问希腊人有什么理由认为天就是个球？

第一个理由，球是具有最大包容性的形体。在数学上讲，相同的表面积围成的立体，以球面具有最大的包容度。表面积一样的情况下，球形包的体积最大，因此它特别适合作为宇宙的形状。因为宇宙顾名思义就是包括所有的东西。

第二个理由，球只有一个表面。任何其他立体有好多表面。因为宇宙定义本来就是所有的东西，所有的东西只能是一，不能是多。所以“一”最适合成为宇宙的形状。

第三个理由，所有的球都一模一样，而神创世界的方式就是比照原型进行复制，所以神创世界的形状当然用球最合适。

有了“地球”“天球”概念之后，就要用来解释我们看到的星空，把几何模型与星空观测结合起来，这是科学的根本要义。

埃及人、巴比伦人、中国人，都既有天文学又有宇宙论，但都不结合起来。埃及人认为太阳落山意味着一个太阳神阿蒙拉架着船从那边绕过去，太阳升起就是从另一边又绕出来。中国古代则抱有“不可知论”态度，认为天上的事情没法说。

只有希腊人把宇宙论和天文学结合起来，把自己看到的东西整合到宇宙论的体系里去。

最早的整合很简单，就是假定我们的天球每天绕地球走一圈。这最好的说明了我们能直观看到的周日旋转现象。希腊人相信，所有的星都是镶嵌在一个巨大的天球上，这个天球自己每天转一圈。这让一个天球就解释了所有的现象。而我们中国让各个星各转各的，思维上不经济。

行星问题及其解决

当然我们知道天上的现象实际上很复杂，靠一个球是不够的，所以希腊天文学的真正起源在于对行星问题的解决。

行星的英文叫planet，这个词来自于希腊文planetes。在希腊文里，planetes指乱走一气的东西。大家知道希腊人认为天体崇高和神圣，是规则和秩序的代表，认为天体应该做匀速圆周运动。但随着观察星辰的深入和系统化，很快发现太阳月亮公转时走的忽快忽慢，金木水火土五大行星不仅走的忽快忽慢，还有时候逆行。

希腊人郁闷地发现天上只有这七大行星（日、月、金、木、水、火、土星一共七个，与我们今天指的绕太阳转的行星内涵不同）是乱走的。对这七个乱走一气的星的处理就构成了希腊科学天文学的起源。

有文献说，柏拉图最早向他的门徒们提出问题，说你们一定要想办法把七个不老实的家伙拯救过来。什么叫拯救？就是必须证明这些星必定是在做匀速圆周运动，但同时又能解释为什么表现看起来它们走得乱七八糟的。

柏拉图的学生欧多克斯说，这些行星还是在做匀速圆周运动，但可以设想它同时做两个匀速圆周运动，两个叠加就可以模拟出现在看到的不规则运动。这个方案叫做“拯救现象”。

这个把多样复杂还原分解成简单叠加的方案被现代科学普遍采用。伽利略把运动进行分解，抛物运动那么复杂，一扔看不见了，怎么弄？把运动分解成垂直的和水平的，垂直的自由落体，平行的就惯性运动，很简单。

伽利略的方法后来被牛顿发扬光大，最后成为科学的普遍方法，这个方法现在越来越精致化，比如傅立叶变换，把非常复杂的玩意儿进行无穷级数展开，展开之后每个都很简单。

这个方法就是希腊人欧多克斯创立科学天文学的方法，可以说，行星天文学作为典型案例，第一次成功地运用科学方法论来拯救行星的不规则运动。

试问中国人怎么处理这个问题？

中国天文学家也预测行星的规则运动，主要靠经验积累和经验公式。经验外推，有时候准，有时候不准。不准怎么办？

唐代时有一次出现天文学家预测不准，本来说明天下午4点半日全食。日全食就意味着帝王有错误，要举行盛大仪式向天下人谢罪，向上天表示道歉。结果下午4点半太阳还好好的。按现在的看法是预测搞错了，得跟皇帝检讨。但当时天文学家特别高兴，马上向皇帝上表祝贺信，说上天看皇帝改过自新，就临时决定不食了。祝贺皇上您老人家感动上天。

现在听起来很文过饰非，古代人是真的相信。也就是说，天文学家如果能完全预测，那不就证明日食跟皇帝的道德品质没关系么？中国的天文学本来就是服务于礼教、政治和伦理的事情，并不承认有一个不以人们意志为转移的东西，也就是没有自然规律的概念，所以中国的天文学当然不是科学。

欧多克斯提出了科学的天文学宇宙理论。早期的欧多克斯模型非常简单，叫同心球模型，让行星同时参与一到多个同心球的运动。同心球什么意思？就是所有的球都以地球为中心转，只不过轴不一样。轴向不一样，运动速度也可以不一样。轴向不一样的和运动速度不一样的两个圆周运动，可以叠加出非常复杂的运动出来。

但这个模型有一个致命的缺点，那就是不能解释行星的亮度变化。月亮有时特别亮，有时不够亮。按照希腊人的看法，行星自己是不应该变化的，它之所看起来有时亮有时暗，那是因为它离我们时近时远，近就亮，远就暗。用同心球模型，距离就不能变，所以这个模型昙花一现。

取而代之的是希腊化时期出现的本轮-均轮模型。就是让行星在一个小轮子上转，小轮的圆周中心在一个大轮子上转，大轮子叫均轮，小轮子叫做本轮。本轮中心在均轮上转，而行星在本轮上转。这两个转加起来，再利用他们直径大小和转动速度的变化调整，就可以模拟出非常复杂的行星运动。

这就是托勒密体系，它是在公元后100年左右，被天文学家托勒密搞出来的。托勒密的《天文学大成》是对古代希腊数理天文学的集大成。这书传到阿拉伯世界，被崇拜的一塌糊涂，给起了名字叫《伟大之至》，我们中国人翻译成《至大论》。

希腊人为何偏爱圆？

希腊人对圆有种异乎寻常的热爱，比如剧场、神庙都是圆或半圆。当然从几何学上讲，圆球具有最高的对称性，所以热爱几何的希腊人热爱圆，也在情理之中。那么希腊人为什么那么喜欢几何？这里我要特别介绍一个新的观点。

法国古典学家韦尔南认为，希腊人对几何学的热爱，来源于城邦政治本身。城邦政治要求平等和均衡，这在圆的几何学领域表现得最为充分。

韦尔南说，几何主义不仅是希腊科学的特点，也是其政治思想的特点。几何主义体现出希腊人对空间的概念，这种概念与城邦的政治空间创设有直接关系。

亚里士多德曾说，人的本质就是生活在城邦之中，什么叫生活在城邦之中？就是要参与公共事务。以什么方式参加公共事务？

第一，每个人有相同的权利来参与公共事务。权利的相等性通过什么样的空间配置来实现？圆是个最好的配置方式。比如听课，假定没有麦克风，最好大家围成一个圆，我站在圆心处，每个人可以平等的接受我的音量。所以越有平等要求，越有可能偏爱圆。

第二，要把观点平等地分享给每一个听众，最好的办法也是让演讲者站在圆心处，声音和音量可以最平等的为所有人分享。所以圆对偏爱讲话的民众来说，是最好的几何形状。

在希腊的军事实践中，战士们通常围成一个圆来商讨战术战略。这个圆体现了每个士兵有自由发言的权利。这个在打仗过程中形成的圆形场所，慢慢演变成Agora。

雅典没有王宫，Agora是城邦人民政治生活的中心。可以构想出雅典人民居住的分布，一定是让中心离所有人民距离相同，这样利于公民们平等参与政治。Agora象征着城邦的独立自主，民主、平等。

△高山大学师生合影

所以圆的几何学体现了对称、均衡和平等的政治理念。其精神实质是一种民主精神。没有民主的民族是很难欣赏圆的几何学的。

学了几何学才能真正理解平等、自治、独立、自主。柏拉图学院门口挂着“不懂几何学者不得入内”的牌，这不是说缺乏数学技巧不让进去学习，而是说不欢迎一个缺乏公民应有的品质的人。

柏拉图曾经提到，几何平等才是天下最高的原则，连神都得佩服几何学。几何学在古代希腊是一门德育课程，是政治课，不学几何学，就不能成为一个高尚的人，一个纯粹的人，一个脱离低级趣味的人。

总结

希腊天文学，源自对圆的特别偏爱和城邦政治的灵感。城邦政治提供了关于几何化宇宙论的隐秘的来源，所以天球地球的宇宙结构，作为希腊科学宇宙论，理性天文学的一个基本框架，来自于几何学，而这个几何学来自于城邦政治蕴含的平等观念。

这个观念非常重要，科学的起源不单纯是某些智力发达的人物灵光一闪的结果！而是直接根源于人们对政治权力关系的独特理解。所以，我们中国古代没有科学，这根本不是一个智商问题。

今天我们要大力发扬科学精神，不光只是赶超科技世界水平的问题，首先要变革我们的文明面貌，不走上希腊式的文明形态，中国的科学没有可能引领世界科学发展方向。

关于“科学复兴之路”

高山大学校董、清华大学吴国盛教授亲自操刀精心授课，游走全球6大科学重镇，计划用三年时间，带领高山大学的同学们去希腊、意大利、英国、法国、德国和美国，探访科学故地，遍寻科学足迹，讴歌科学先贤，传播科学精神，践行“科学复兴”的使命，用科学真理探索人类发展的终极目标。