插图65：尤斯图斯·苏斯特曼斯，《伽利略·伽利雷》，1636年，佛罗伦萨，乌菲齐美术馆

第谷·布拉赫：庇护的幸福

《天体运行论》的序言为世界史上最重要的科学动**之一提供了先决条件。哥白尼写道，正是对古代天文学的研究激发了他的灵感。他阅读古老而纯粹的文献资料，研究古代宇宙学并继续思考。通过这种方式，他的模型中保留了均匀的宇宙和天体的循环运动。人们可以把他的计划看成在亚里士多德物理学的基础上借助托勒密的数学来拯救托勒密，并通过上述二者拯救古代的宇宙观的一次尝试。这样看来，哥白尼可能是文艺复兴时期天文学家的典范。但如果仅仅将他看成是一个复兴过时理论的人，并不能公正地评价他的贡献。从数学角度来看，他改变的那些前提可能只是为“拯救现象”服务的一些小小伎俩，但从神学和哲学的角度来看，情况却大相径庭——它们意味着大规模的颠覆。对一个虔诚的天主教徒而言，如此颠覆世界绝对需要勇气和激进的思想。所以人们可以明白，虽然哥白尼的先驱只有萨莫司的阿利斯塔克一人，但哥白尼却从未援引他——因为据记载，这个希腊人在当时因为无神论的观点被起诉。

哥白尼的理论导致了可怕的后果：人——创造物中的王者，上帝按照自己的样子创造出的生物，神圣救赎计划的对象——突然发现自己被抛弃到太阳和土星之间的虚无之地。从这一点来说，这个把地球赶出中心的弗龙堡教士遗世而独立，与除阿利斯塔克之外的所有天主教前辈、阿拉伯宇宙学和其他所有已知的世界观都不一样。在伊斯兰世界中，地球的优越地位甚至继续保持了几个世纪。中世纪晚期的伟大天文学家在伊斯兰世界没有找到拥护者。哥白尼的太阳升起的地方不是东方的伊斯兰世界，而是西方的拉丁欧洲地区。欧洲要完成范式转换，还有艰难的路要走。“争议”原则对新理论产生的重要意义在对哥白尼世界观的讨论中最明确地展现出来。哥白尼的门徒雷蒂库斯将这场争论比喻成希腊人和特洛伊人争夺美丽的海伦。印刷术让新行星理论的知识广泛传播，从而也让越来越多的人加入讨论。哥白尼的书在1616年被教会禁止，但这几乎没有阻碍欧洲天主教地区的辩论，在新教地区更是如此。在拉丁欧洲的每个角落都可以对这一理论进一步思考、进一步润色。

突破之前的一个关键人物是丹麦贵族第谷·布拉赫（Tycho Brahe，1546—1601）。他是16世纪哥白尼之后一代中最重要的天文学家之一，他信赖仪器，对天空进行有规律的细致观测。布拉赫曾在哥本哈根和德国的多所大学学习。他云游四方、博览群书，与很多学者进行广泛的通信并整理出版——这是科学史上的一个新奇事物。在奥格斯堡，钟表匠克里斯托弗·席斯勒（Christoph Schi?ler）为他打造了铜质天球仪和其他设备。在卡塞尔，他得到了天文学爱好者黑森-卡塞尔的威廉四世（Wilhelm Ⅳ. von Hessen-Kassel）的支持，后者将他推荐给丹麦的弗雷德里克二世。国王给了布拉赫贵族待遇，把汶岛赏给他作为封地，并拨款建造两个天文台。除了许多封地带来的收入，布拉赫作为罗斯基勒大教堂的教士会成员也领俸禄。他的庇护人甚至给他一艘王家舰队中的船。如圣谕所说，它应该“像新的一样，不能太旧”。

在现代早期的欧洲，可能没有哪个天文学家有布拉赫那么多的研究设备可供调用。国王选了一个通过占星得出的好日子为天文台奠基，四年后一座异乎寻常的建筑在乌拉尼堡竣工，又过了四年，建在地下的星堡天文台封顶。据第一批为布拉赫写传记的作家称，他的随从像王侯一样多，只不过围绕他的不是骑士和士兵，而是相当聪明的数学家、观察员和仪器工人；他的武器不是矛和弓，而是仪器和印刷机。乌拉尼堡似乎实现了培根对大型研究机构的设想。布拉赫在这里一直研究到1596年，他最重要的职责是每年为王室提供星座运势。

他想依靠强大装置消除计算与夜空观测之间的矛盾。他注意到木星和土星交会的日期要比预计提前一个月。所以他着手修改哥白尼的行星图，并使用自己精心改进的仪器。他在《机械学重建的天文学》一书中绘制了赤道圈，书中附有布拉赫与哥白尼的肖像，这意味着他认可新天文学，并证明他对自己很有信心。布拉赫属于第一批使用机械钟为天文观测精确计时的人。这样，欧洲中世纪的另一个传家宝为人类历史上最伟大的科学革命之一提供了重要工具。

1572年在仙后座发现了一颗“新星”——这一事件在整个欧洲，甚至在中国都引发剧烈反响——布拉赫认为，这颗行星一定是在月球上空，而根据亚里士多德的说法，在那片天体领域本应该一成不变。斯塔基拉的纪念碑上又有一块石头掉落。布拉赫最重要的贡献是天体图和行星运动模型，它们比之前所有天文学家的观测结果都更精确。哥白尼的学说在许多方面都优于托勒密，但布拉赫认为，把地球从中心移除与造物主的智慧相矛盾。此外，土星与恒星之间“毫无意义的”巨大距离让他心烦。因此，他设计了自己的世界模型，将地球留在中心位置。太阳和星星都要围绕地球运行，但其他行星围绕太阳转动。观测数据又让他做出让步，太阳可以成为行星轨道的中心，这样土星另一侧就不必存在浪费的空间。但这一模型有个缺点，太阳轨迹必须两次交会火星轨道，水星和金星的轨道也会如此。布拉赫得出一个激进的结论：目前的行星分布不支持这样的双重交会，所以应该放弃这个观点——关于行星如何产生、天空中的物质是否与地球类似等问题，依旧是众说纷纭——相对应的，他提出天体悬浮在“以太”[67]中的观点。布拉赫的妥协宇宙论仍然非常复杂，但是许多人愿意接受，因为他们更愿意与《圣经》的说法保持一致，厌恶哥白尼的模型，而且这种天体运行论是基于最精确的观测，比托勒密的模型更有说服力。

布拉赫是欧洲庇护人体系中最经典的受资助案例。1596年，他失去了丹麦国王的支持，此后辗转多处，最终来到热爱天文学的皇帝鲁道夫二世身边。他被允许在布拉格附近的贝纳茨基设立一个天文台。但他没有多少时间了，因为1601年就是他的大限之时。去世前，他曾请求他的同事约翰内斯·开普勒完成他未竟的观测工作。

开普勒战胜火星

1571年，开普勒生在符腾堡的威尔德斯达特镇。1600年他逃亡到布拉格时几乎身无分文，布拉赫接纳了他。在此之前，他曾是蒂宾根神学院的数学家，后来在施泰尔马克担任占星家并制定日历。内奥地利大公斐迪南，未来的皇帝斐迪南二世（Ferdinand Ⅱ）肆无忌惮地反对宗教改革。例如，开普勒以新教仪式把他的女儿安葬在邻近一处地方，那里甚至都不归这个哈布斯堡的宗教狂管辖，但他还是不得不支付罚金。天主教徒斐迪南智力有限，统治相对严苛，与他相比，皇帝鲁道夫在宗教事务上相对宽容，宫廷的气氛也比较轻松，为开普勒提供了大展身手的空间。

开普勒把布拉赫数不胜数的遗作进行排序。在接下来的200年里，他制定的《鲁道夫星表》一直为计算行星和月球轨道提供基础。这个施瓦本人具备以往缺少的东西：数学天赋。但思考只是基础之一。另一项则是艰苦的工作，并且还要经常对自我进行批判性的反思。

开普勒不仅是天文学的先驱，也是物理学的开创人。他发现光度学的基本定律——光强度的测量标准——并发展出一种视觉理论，首次超越了阿尔哈曾。例如，他认识到眼睛就像一个镜头。但他最大的妙招是确定了行星围绕太阳运行的规律，他的出发点是火星那令人捉摸不透的环形轨道。开普勒确定，布拉赫和他的同事们观测到的这颗红色星球的一些轨道位置与他本人假设的那些点偏离了8角分——约等于360度的轨道的1/2700。实际上，这是一个微小的差异，在古代天文学允许的范围内。但是开普勒不接受这一点，他认为这点微不足道是“上帝的礼物”。他后来指出，就是这预示不祥的8角分将会指引整个天文学走向变革。对造物主的精密的信赖战胜了希腊的理性主义。

这种重构开启了知识“思潮”的时代，并带来第一批以数学为基础的自然法则。开普勒自己曾说，历经“极其复杂”的运算，以及一遍遍地与观测数据对照，他终于通过一个蛋形模型确立了火星轨道的椭圆形状。另外，与布拉赫和哥白尼不同，他的出发点是地球不断移动，只有通过这两个假设才能够解释火星明显的旋转轨迹，开普勒把它比作椒盐卷饼。以前假设的本轮和其他庞大的设想，比如行星可能存在的横向运动（又称“纬度”），现在都变得多余。1609年6月4日，开普勒骄傲地向皇帝鲁道夫宣布他战胜了火星，这也意味着战胜了亚里士多德：“我向尊贵的陛下呈上一个狂妄的俘虏，我经过一场艰苦而漫长的战争将他俘获，承蒙陛下庇佑……这就是那个可怕的战神。”他为了解决这个运算任务耗费了10多年，尝试了70多次，而一台现代计算机在几分之一秒内就可以完成。

阐明火星的椭圆轨迹以及后来其他行星的轨迹是与古代天文学及其教条的真正决裂，从前人们以为天上只有圆形轨道。通过确定火星轨道，开普勒确立了他的三条法则，其中前两条都出现在他1609年发表的《新天文学》（又名《论火星的运动》）中；10年后，他出版的《世界的和谐》中又提到了第三条。这三条法则是：所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行，太阳是它们的焦点；在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。

开普勒是第一个从物理学角度解决行星运动的人，并总结了行星运动的规律。其做法的全新之处在于，他不仅推导数学方程，还要确认运算结果是否与观测到的现实一致。吉尔伯特的《论磁》让他想到，天体运动背后有可预测的其他力量。开普勒仍然用传统说法来解释这种规模巨大的力，它们来自移动的“灵魂”或智慧，但在其他方面他都使用了抽象的物理概念。在他看来，轨道的椭圆形状是由吸引和排斥的对抗力引起的，还要考虑到太阳和行星的轴旋转。距离中心星越近，运行越快，距离远的行星运行更慢，如吉尔伯特所言，磁力随着距离的增加而减弱。开普勒还提到，太阳的轴旋转会引发一个“旋涡”，将行星引向自己的轨道，其中可能包含着对引力概念的认识。

开普勒划时代的《世界的和谐》是一本独特的书，数学证据链与上帝和有灵魂的宇宙形成鲜明对比。作者这一次并没有充分尊重观察数据的权威，而是试图挽救旧时论点，认为天体的安排完美和谐。他的宇宙依然回响着超世俗——确实在地球的尘世之上——的天体之乐，人耳是听不到的。既然现在证明了行星轨道的椭圆形状，这个奇特的理由让曾经推动星体的天使变得无所事事：谁让他们坚信轨道必须是完美的圆形呢？行星智慧也逐渐从新的天文学中隐去。

像培根一样，开普勒将自己与晦暗神秘的赫尔墨斯主义者和推崇帕拉塞尔苏斯的人区分开来。在开普勒看来，他们的行为有悖于数学清晰的光亮。在浮士德时代神奇的魔法猜想中，他将类比和因果关系之间、象征和被象征物之间的思维分开。“我实际上是与符号做游戏，但我玩的时候永远不会忘记自己是在玩。因为仅仅通过符号不能证明任何东西。”这样，信仰和天文物理之间的界限也日趋明确。开普勒曾经写道，他想证明宇宙的机器不是像一个有神性的东西，而是像一个钟。除此之外，他从古代汲取经验。佩尔盖的阿波罗尼乌斯在公元前3世纪下半叶已经开始研究圆锥曲线，为开普勒计算行星轨道提供了不可或缺的基础，而生活在公元前3世纪的亚历山大的帕普斯（Pappos von Alexandria）留下了《数学宝典》，让开普勒获得灵感并成为微积分的开拓者。

数学家上帝

作为科学革命的关键学科，数学在很长一段时间里都是大学的影子学科。它的主要作用是作为音乐或天文学的技术辅助，帮助画家确定透视结构，帮助水手确认方向，商人做买卖时要用到它，炮兵瞄准时需要它。直到15世纪下半叶，它才开始涉足科学领域。在接下来的世纪里，大学里设立了第一批数学教席。欧洲的算术艺术家现在能与印度和阿拉伯的大师平起平坐，这一切都始于新教德国。在天主教的欧洲地区，耶稣会士扮演了一个先锋角色，其中就包括克里斯托弗·克拉乌（Christopher Clavius，1538—1612）。他曾参与格里高利十三世的历法改革，是耶稣会中的领军人物。他为数学进入罗马耶稣会大学的课程作出了重要贡献。这所大学成为其他学校的标杆。大学应该着手研究经验事实，这是很新颖的看法。欧几里得的几何学中就包含数学原理，用数学证明的方法堪比亚里士多德的三段论，两者具有同样的价值。自然科学和数学相辅相成。

数学研究的兴起得益于15世纪下半叶柏拉图学说的复兴。柏拉图和毕达哥拉斯的传统有一个出发点，即宇宙是按照衡量和数量建立的，而且神性就表现在宇宙的规律性和它的美丽之中。世界的建筑大师上帝突变为数学家。自然科学，尤其是天文学，最终就像是在寻找等式，造物主就是根据这些等式构建了存在。这个想法让当时最伟大的一群思想家灵感迸发。柏拉图学园的门楣上雕刻的铭文被哥白尼借用改换，他的代表作的扉页上写着一句希腊文：“不识几何者不得入内。”（Meteis ageometretos eisito.）开普勒坚信自己被“神圣的愤怒”控制——柏拉图认为这是一种上帝的启示——他因而才认识到宇宙构建的原则。事实上，在所罗门的智慧中就曾提到，上帝把一切按照衡量、数量和重量排列。开普勒和其他人埋首计算的最深动机就是希望在宇宙的显现中破译造物主的语言。托勒密这个异教徒没能得到理解上帝伟大设计的钥匙，在开普勒看来，就是因为古代宇宙论与他的宇宙观之间的区别。

有时，对了解上帝几何学的渴望会驱使开普勒走上岔路。在当时已经众所周知的六颗行星之间存在着五个中间地带，这一发现让开普勒很激动：不是正好存在五个完美的柏拉图体，即正四面体、立方体、正八面体、正十二面体和正二十面体？开普勒当时是一个25岁的初学者，他试图证明每个行星轨道可以准确地归为某一个柏拉图体，彼此间都可以和谐相处。他在《宇宙的奥秘》中认为宇宙和谐、优雅又美丽。这种天文美学与阿尔贝蒂的标准不谋而合，虽然阿尔贝蒂的美学观是应用于一个完全不同的领域。人们无法在不丑化的前提下对一个美丽的建筑进行添加或删减，宇宙也是一样，在构建宇宙时不应该出现任何没有意义的东西。世界建筑显然与文艺复兴时期的建筑相似，它的经济学有美学原因，而美学又是基于宗教信仰。自然界中任何事物都不应该是无所事事的或多余的。意义无处不在，纯粹理性生效。

然而，数学的铁律甚至限制了神圣的创造力，上帝无法统治数学中的不可能。因此，宇宙结构在开普勒眼中似乎也不是随意的。“我差点要说，上帝创造他能创造的，”他写道，“他不能创造的就不去管。”他的这句话触及了一个引人入胜的谜团，当时意大利的人文主义者激烈探讨，宇宙学也受它驱使：不管人们的观察和实验多么先进，自然现象怎么可能是根据数学定律运行呢？也许上帝不是数学家，但宇宙是数学？就像后来的爱因斯坦，开普勒也确信“上帝”不会掷骰子。归根结底是造物主给人类机会去了解真相并使其明白何为完美，因此允许人类理解他的作品，包括自然和《圣经》，这种信念在文艺复兴时期仍然让人深信不疑，他们把这个当成答案。

开普勒的新宇宙确实比较清晰。本轮和均轮变得多余，行星运动的均匀性和圆形轨道也被抛弃。然而，他的宇宙比托勒密的宇宙扩大了2000倍。哥白尼的宇宙延伸到2470亿千米。1245年前后，梅茨的高苏昂（Gossuin von Metz）在书中写道，第一个男人亚当以每天25英里的速度，用713年的时间到达了恒星，也就是说天空的直径约650万英里。伽利略计算出的从地球到恒星的距离是49,832,416千米，开普勒认为是142,746,428千米。布鲁诺认为宇宙无限的观点被开普勒否决，布鲁诺一直援引的库萨的尼古拉也不受开普勒待见。不仅是因为无限宇宙是不可见的、无法衡量的，也因为它是无法被证明的。更重要的是，无限因而无形的宇宙设想与开普勒的美学相矛盾。

他的《梦月》更加轻松欢快。这是有史以来第一部科幻小说，是新世界观的彰显。书中已经预想到后来可能出现的崇高一刻，1968年圣诞节，人们第一次从环绕月球的太空舱观察哥白尼的宇宙。开普勒还描写了虚构的宇航员经历的最盛大的奇观，地球从月亮后面升起。母星的形状不断变换，有时像一把镰刀，有时像一个球，“因为同一个原因，太阳能照到的和不能照到的地方”。

望远镜的发明

1609年7月的一个晚上，人类第一次接近月球，这个日期非常精确。当时在帕多瓦担任数学教授的伽利略·伽利雷将望远镜转向我们的夜月。大约在同一时间，英国人托马斯·哈里奥特（Thomas Harriot，约1562—1621）也在刚刚发明的望远镜的帮助下勾勒出一个令人震惊的精确的月球地形，但他从未公布过这一发现以及其他的发现。伽利略则不然。“我的这个小论文将展现一些伟大的事情，供各位进行研究调查和观察。”他1610年的《星际使者》这样开场，“我说是伟大的事情，首先是因为事物本身的重要性，其次是因为闻所未闻的新奇，最后是因为这个设备，在它的帮助下我才感知到这些事情。”这本书献给了托斯卡纳大公科西莫二世·德·美第奇，伽利略在他的宫廷任职。

伽利略所说的“伟大的事情”，是发现了无数颗以前从未见过的恒星，并且是迄今已知的“十几倍的数量”；是看到了月亮粗糙和不平整的表面，就像“地球的外表，有巨大的凸起、深深的凹陷和弯曲”；也是新的“行星”——木星的卫星，伽利略为致敬他的资助人称之为“美第奇星”。更多压倒性的发现接踵而来：土星环（最初伽利略以为它是卫星），还有金星变幻的形状。伽利略计算了金星和木星的直径，其精确度在很长时间里无人能及。望远镜让这个“宇宙的哥伦布”意识到，天空的物理学并不像古人所说的那样与地球的完全不同。他看到了月球表面的裂缝，他和同时代的哈里奥特及巴伐利亚耶稣会神父克里斯托弗·沙因纳（Christoph Scheiner）都观察到太阳上的黑点。月亮上的斑点即便肉眼也很难忽视，这让中世纪又回归曾经的观点，即月亮是天空与地球之间的卫星。13世纪的英格兰的罗伯特[68]说，月球兼具两者的属性，所以同时展现出纯洁和黑暗。太阳黑子其实是最纯洁的精髓——伍斯特的约翰在1128年就观察并记载了下来，可惜被遗忘了——这一发现摧毁了古代自然哲学的另一个公理。“你让我们睁开眼睛，向我们展示了一个新的天空和新的地球！”康帕内拉从那不勒斯的地牢里这样赞美伽利略。毕竟在《星际使者》开头几页，伽利略就描述了一种可以让自己在天空“翱翔”的新仪器。

这是共生的标志，没有它们就没有科学革命：高度发达的工艺与学识相互作用。很多“细流”交汇起来，最终导致望远镜的发明。望远镜的史前史可以追溯到很久远的过去，包括眼镜的漫长诞生过程，没有对光学原理的认识就不会出现望远镜。最早是眼镜工匠学会了打磨向内向外弯曲的镜片，并致力于改善玻璃质量。人们注意到，在某些技术前提下可以放大远处的物体。第一个考虑伸缩系统的人可能是弗拉卡斯托罗，而决定性的想法可能来自米德尔堡的镜片制造商汉斯·利伯希（Hans Lipperhey，约1570—1619）。他得出的结论是，要想得到清晰的图片，遮光物不可或缺。同样重要的是屈光力——至少两到三个屈光度——以及玻璃的质量。实验表明，在可追溯到16世纪的57个镜片中，只有5个适合制作望远镜。难怪最后达到突破的是一个工匠，毕竟他的工坊拥有相当不错的镜片库存。

像之前的印刷术一样，欧洲对望远镜投入极大的热情。它的用途——如航海或战争——太显而易见了。伽利略本人继续致力于这项发明。他改进后的望远镜可以放大20倍，而前代模型只有3倍。当“施瓦本的西西弗斯”开普勒一遍又一遍地演算时，伽利略已经能够凭借望远镜“奇袭旧观点”。

望远镜是一项突破性的发明。几千年后，天文学终于进入历史的新阶段，至今尚未完结。望远镜带来的图景对人们接受日心观至关重要。它让迄今为 止只能用数字解释的东西变得清晰可见。直到1603年，伽利略一直以托勒密为基础开展天文学讲座。而望远镜的质量很快就有了突飞猛进的提高，哥白尼的观察和运算得到了证实。木星及其卫星就像是太阳系的缩影，金星也加入了绕太阳运行的轨道运动。伽利略的观察被人质疑，他反驳说：如果太阳上能看到不纯净的斑点，那人们也只能实事求是地说明。不是事物的本质要符合名称，而是名称要符合本质。伽利略骄傲地说——他从不缺乏自信——自己的发现不啻对亚里士多德的“伪科学”的埋葬，或者说末日审判。开普勒在第一次通过望远镜观测后欢呼道：“哦，望远镜，多种知识的工具，比权杖更有价值！把你握在手中的人难道不就是上帝作品的国王和主人？”

尽管有着字面意义上的新视角，哥白尼的世界观不乏反对者。切萨雷·克雷莫尼尼（Cesare Cremonini）是坚定的亚里士多德派，他甚至拒绝透过望远镜看一眼。克拉乌说，如果能证实本轮和偏心圆存在的方法现在被质疑，那么整个自然哲学都将衰亡。事实也确实如此。

我们曾经提到的一些圈子正在逐渐关闭。随着伽利略到美第奇宫廷任职，1610年又拿到比萨教席——他早期就曾在这里教授数学——托斯卡纳，这个古老宏大的理性和新事物的风景区，又一次成为改变世界的各类发现的舞台。

伽利略的新物理学

伽利略于1564年出生于比萨，科学很早就向他敞开了大门。他的父亲文森佐是个布商，祖上出身高贵，对音乐、科学和数学都有浓厚的兴趣。伽利略后来能够引发物理世界的革命，可能是文森佐的老师吉奥塞弗·查利诺（Gioseffo Zarlino，1517—1590）给他播下了第一颗种子。查利诺在自己领域从事的工作与伽利略在物理方面的类似：把理论和实践结合起来，又让两者互相校准。和谐音乐的数学之美并不能让查利诺满足，他想知道计算出来的东西是否也会听起来很美，而事实经常不如他所愿。因此，即使毕达哥拉斯的体系有高度一致性，还是被他抛弃，他开发出另一种替代品。

相反，伽利略一开始汲取知识时就研究亚历山大的数学。他在佛罗伦萨求学时的老师是奥西蒂利奥·利奇（Ositilio Ricci），而利奇则师从伟大的数学家尼科洛·塔尔塔利亚（Niccolò Tartaglia，1499/1500—1557），塔尔塔利亚编辑出版了阿基米德的著作，而阿基米德的物理学又对伽利略研究有重要意义。阿基米德已经制定了一套方法：分析自然过程并从中推导出规则。他通过实验推导出一个后来以他为名的定理：将物体浸入静止流体，如水中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量。伽利略在此基础上继续深入，用来处理比重的问题。

伽利略将数学家横溢的才华、观察者的才干与实践者的技能结合起来。实用价值从未离开过他的视线。他自己设计了指南针，每个叫卖35里拉，卖出了100多件。除了望远镜，他还开发了静力天平、温度计和泵。即使在晚年，他也致力于摆钟的制作。他早年在比萨时就曾探究钟摆定律，为摆钟提供了第一个先决条件。

伽利略的视野远远超出物理学家和发明家的界限，他对诗歌、绘画和雕塑都感兴趣。他为佛罗伦萨人举办关于《神曲》中地貌的讲座，用几何方法重建场景——现代科学与中世纪宇宙学于此交会。作为学者，伽利略是一名专家，因而绝不是杂而不精之人。他对阿里奥斯托倍加推崇，曾用一个比喻来抬高阿里奥斯托，贬损托尔夸托·塔索，从中也能看出他作为科学家的自我理解。他讽刺塔索的诗歌是“任何一个好奇的小男人”的珍奇室，收藏的都是大杂烩：螃蟹的化石、风干的变色龙、琥珀中的蚊子和苍蝇、埃及陶俑、巴乔·班迪内利和帕尔米贾尼诺（Parmigianino）的素描。相反，阿里奥斯托的博物馆则是一个皇家艺廊，有古代雕像、绘画和珍藏。与之对应，伽利略自己理性的科学风格就像是经典的文艺复兴全盛时期，远离一切神秘主义和矫饰主义。

这个比萨人令人惊讶的成就与同时代的开普勒一样，他们二人都摧毁了屹立两千年的范式。与克拉乌那些人不同，他们并不是一开始就明确地知道，自己生活和研究的世界是如何被创造的，他们必须去发现。他们就像是苏格拉底之前的人、雅典人和亚历山大人，入侵了一片未知领域。科学革命的两位英雄甫一现身，就预示着新的局面，最广阔的发展空间需要“伟大的个人”，他们能实现发展：二者都是激进的思想家，把“思潮”汇合起来并从中得出深远的结论。几个世纪以来，人们一直在思考行动所遵循的规则，但伽利略是第一个进行系统实验的人，并且尽可能地让实验接近理想的数学层面。例如，他尽量减少运动过程中的干扰力，以此验证观察与数学阐明的原理是否一致。他单纯想知道，当人们扔下一块石头或一根羽毛时发生了什么，为什么石头比羽毛更快落地。如他认识到的那样，这仅仅是因为空气阻力。1971年，宇航员大卫·斯科特（David Scott）在几乎完美的条件下，在月球上重新演示了伽利略的实验：他让一根猎鹰羽毛和一个锤子掉落。在真空中，两者毫不受阻地同时落在他脚边的灰尘中。“伽利略先生的发现是正确的”，斯科特从太空中总结道。同时，这也惊人地证明了伽利略的假设，天上的物理学与地上的世界遵循同样法则。

伽利略先生没有问为什么实验对象总是落下，什么力量把它向下牵引。他一直未能解答。伽利略记录、演算并重复他的实验，直到达到满意的结果。他的新物理的宣言是《试金者》，1623年出版的一本论战小书，内容是关于五年前的一颗彗星。伽利略攻击耶稣会的天文学家的观点，他们以奥拉齐奥·格拉西（Orazio Grassi）为代表。伽利略认为彗星是地球大气层阴霾的映射，而格拉西的看法更接近真理，这只是一个讽刺的注脚，而这场争论则是欧洲伟大对话的一个亮点。伽利略和开普勒及哥白尼一样都认为宇宙是按照数学原理构建的。他写道，科学（filosofia）不像《伊利亚特》或《疯狂的罗兰》那样是人类的幻想。为了读懂这本名叫宇宙的书，人们要学习它的语言。“它是用数学语言写的，字母是三角形、圆形和其他几何形状。不学会这些，人们可能一个字也读不懂。没有这些，人们只能在黑暗的迷宫里徒劳打转。”这些句子让人联想到哥白尼，他曾禁止那些不懂几何学的人进入他的天文学。

数学定律绝不是伽利略心中那个可感知世界的理想构成。对他来说，它们更像是事物的本质。伽利略和开普勒的开创性成就在于，他们让数学在现实世界的构造中获得了中心地位〔弗洛里斯·科恩（Floris Cohen）语〕。精于运算的知识分子可以发现那些通过感知无法获得的信息，并纠正感知的错误。这就是为什么伽利略对哥白尼的成就钦佩不已。“我的崇拜之情滔滔不绝，”他评判道，“就像理性为阿利斯塔克和哥白尼带来源源不断的力量，它对感官造成极大的冲击并取而代之，成为观点的统治者。”在伽利略的宇宙中，唤起磁性并让行星吸附在夜空的智慧变得多余。与开普勒不同，伽利略的宇宙不再是人类中心主义，但他的模型仍然是根据数学定律设计的并且同样优雅。

亚里士多德的理论湮灭于尘土，天空的物理规则和地面上的世界现在没有什么不同。在这个明确的基础上，伽利略研究下落和运动规则，并最终建立一个新的世界模型。热或冷不再存在于物质中。在伽利略看来，它们和味道、气味或颜色一样都只是人类赋予事物的名称。恒星从他的宇宙中被驱逐，因为它们与观测和计算结果不相容。宇宙对他来说是一个独特、真正和实际的存在，它就是显现出的这样。至于是否无限，伽利略也认为无法判断。

深入了解现实——对伽利略来说，这意味着追问且继续追问，意味着质疑、确定概率、探索可能性。如果你想知道什么是云，并得出蒸汽组成云的结论，那么就必须知道什么是蒸汽。事实证明蒸汽是通过加热水而产生的，那么什么是水呢？通过提问和观察，遥远的物体如行星和最微小的组织单位（corpicelli minimi）的特性都能够为人所知。《试金者》以此为基础提出了一个令人注目的假设：作者认为“可以相信”，我们感受到的“温暖”只是移动的小火苗。他在论文的最后一章提出，“真正不可分割的原子”是物质的最小组成部分。伽利略以这一定论结束了他的文章，他不再试图理解物理现象的最后核心。尽管如此，他也承认自己按捺不住对答案的好奇。现代粒子物理学仍在为此付出巨大的努力。

伽利略对古代物理学的正面攻击绝不是没有威慑力。对于当时的人来说，他关于原子的论述听起来像是无神论的卢克莱修在发言。布鲁诺的火刑架的焦味还弥漫在罗马的鲜花广场上；1619年，蓬波纳齐哲学的追随者朱利奥·切萨雷·瓦尼尼（Giulio Cesare Vanini）在图卢兹被处决。刽子手一刀割下他的舌头，这样他永远也不能再大放异端厥词，当时他咆哮大叫，就像一头屠宰架上的公牛。据说瓦尼尼异想天开，大不敬地回答了让人们痛苦不已的问题，为什么有“苦难与不幸”——“我为什么要受苦？”——因为根本没有上帝。

审判

当时的局势差点让伽利略也成了异教徒，尽管不会把他送上断头台。罗马一直对他关注有加。1616年，第一次审判主要是讨论他的做法，试图让释经与对自然的认识达到一致。切萨雷·巴罗尼奥曾经提出，圣灵是要教导人们“怎么去天堂”——而不是“天堂里面什么样”，这种区别现在也变得模糊。伽利略大胆的一致性让特伦托宗教会议上刚刚确立的释经专家的垄断地位受到威胁。难道数学家或天文学家有权根据他们的发现解释《圣经》？这次审判有惊无险地结束。根据1277年设定的传统，伽利略被允许假设太阳位于中心，涉及数学模型也没问题。但如果认为这种思想游戏是物理现实，那就是异端学说。这场审判能够完结，主要归功于枢机主教圣罗伯托·贝拉明（Roberto Bellarmin，1542—1621），他同时也是那个时代最有争议的神学家之一，以对托马斯·阿奎那的评述而著称，并且参与编写了耶稣会的教义。

直到1632年，宗教裁判所才开始严肃看待伽利略。可能是眼见德国宗教战争不断升级，且当时优势逐渐倒向新教徒一方，罗马教廷的态度越来越强硬。此外，多明我会和耶稣会之间的竞争也为伽利略带来不利的影响，这两个修会在涉及宗教热情时僵持不下。触发新一轮审判的，正是我们这本书开头提到的《关于两大世界体系的对话》，它也许是有史以来最重要的科普著作。书中的傻瓜辛普利西奥很容易就被认出是以教皇乌尔班八世为原型，他原本是伽利略的资助人，伽利略这样写并没有多少恶意。

即使是现在，这个物理学家的对手也不是一队晕头转向的傻瓜，而是一群博学多识的人。他的法官根本不愿放弃现有的科学风格，它已经在共识中被接受，而且与普遍被人认可的宗教教条和谐共存。所以，伽利略的粒子理论令人厌恶，因为这与圣餐礼的天主教观点不兼容。假如所有的事物都是由不变的微粒组成，那么面包就是面包粒子的组合，葡萄酒就是葡萄酒粒子的组合，怎么变成基督的血肉呢？这样的物理学使得神圣的转变成为不可能，如果不把它看成是奇迹，这就中了新教徒的计了。

然而，这次审判也安然结束，至关重要的是伽利略对哥白尼的看法。法庭认为他对异端学说的态度很可疑，因为他把一个与《圣经》相矛盾的虚假学说看作有效的，“太阳才是世界的中心而且不会从东向西移动，而地球要自己转动并且不再是世界的中心”。判决书不仅仅是针对伽利略，这是对现代化的时代精神的示警信号。罗马利用他的学说来规范罗马的知识界，对哥白尼的追随在这里已经成为一种态度；更糟糕的是，他们的斧头已经砍向亚里士多德体系，从而危及以亚氏为基础的经院哲学。最重要的代表人物托马斯·阿奎那——特伦托反抗精神的代表——于1567年正式被宣布为教会导师。

1633年6月，伽利略的判决在托马斯·阿奎那的注视下生效，在罗马的多明我会修道院和密涅瓦圣母堂举行。教堂一个侧边礼拜堂里是菲利普·利皮的系列壁画，歌颂上帝战胜一切异教徒的荣耀。在这些“反对所有异教”的壁画中，上帝手中掌握着最有力的武器，这是中世纪为了反对犹太人、穆斯林和其他“无信仰者”锻造的。十几年后的另一幅画则正好相反，拉斐尔在《雅典学院》中画上了阿威罗伊，在此之前他只能匍匐在托马斯·阿奎那脚下被尘埃淹没，而此时的《雅典学院》让异教徒和天主教徒和平地聚集到一起。那时，文艺复兴全盛时期温暖的风正吹拂过梵蒂冈的大厅。伽利略被审判时正值这个不容撼动的世纪的严寒之期，神学再次战胜了现代科学——不仅在利皮的画中。伽利略不得不宣誓放弃自己的“异端邪说”，跪倒在地，头颅低垂，刽子手的绳索套在他脖子上。在这个阴沉的仪式后，他一边站起身一边嘴里嘀咕着，“但它确实在动啊”（eppur si move），后来这件事成为这位科学悲剧英雄的传说。有据可考的是他在《对话》的某一版中自豪地写道：“论如何介绍新知。有没有人严肃地考虑过，让上帝自由创造的精神被其他人的意志所奴役，这种愿望简直是最糟糕的烦人事？同样，怎么能让人否认自己感官所感知到的东西，而被别的独裁者统治？还有，人们可以对自己一无所知的科学进行评判吗？”

密涅瓦圣母堂的悔改行为意味着这个朝臣的坠落，他本已经上升为一颗智慧明星。这个比萨人曾在宫廷任职，他举止亲切又很有幽默感，曾经如鱼得水。现在，他想逃脱死亡的厄运。圣公会将他逮捕并禁止他进行“公开或秘密的谈话”，流亡的地点是佛罗伦萨附近的阿切特里。学生围绕着他，访客也接踵而来——包括托马斯·霍布斯（Thomas Hobbes，1588—1679）和约翰·弥尔顿。他的女儿弗吉尼亚在附近的修道院找到出路。在生命中剩下的十余年里，他写出了物理学的扛鼎之作——《关于力学和位置运动的两门新科学的对话》。

1630年，开普勒在雷根斯堡逗留期间——他想向皇帝斐迪南二世申请丰厚薪俸——去世。他最重要的追随者伽利略从来没有对他做出过公正的评价。伽利略自己在《关于两大世界体系的对话》中捍卫的错误论点，认为地球的运动可以通过潮汐变化证实，但他把开普勒的精确猜测贬低为“幼稚的童言”，其实开普勒认为的月球引力是潮汐起源才是正确的。尽管对开普勒的行星椭圆轨道学说还不甚了解，但伽利略拒绝接受这种观点。鲁道夫二世去世后，开普勒辗转来到天主教的林茨。1626年，皇帝斐迪南的将军阿尔布雷希特·冯·华伦斯坦（Albrecht von Wallenstein）成为他的庇护人。开普勒为自己写的墓志铭是：“我曾测量天空，现在测量幽冥。灵魂飞向天国，肉体安息土中。”

他和伽利略一起推动世界从“或多或少”的世界发展成为“精确宇宙”。越来越多的画中出现了钟，这就是证据。伽利略比以往所有的天文学家都看得更远，晚年却遭遇厄运，不幸失明。他于1642年1月9日去世，自始至终被怀疑是异端分子。教会禁止任何形式的公开致敬，所以他被悄悄安葬在圣十字教堂，很久以后才为他竖碑。他的遗体现在安息在那里：这是佛罗伦萨的先贤祠，也是文艺复兴的纪念堂，我们历史中的一些大人物都长眠于此。列奥纳多·布鲁尼在旁边等待重生，马基雅维利的尸骨在对面腐烂成灰，米开朗琪罗就在几步之遥。

欧洲之凤

开普勒和伽利略的真正成就不仅在于他们将数学和可观察的现实联系起来，事实上，先于他们的大师，包括托勒密，都曾有过尝试。然而具有决定性意义的是，在1600年前后，这些尝试成功了。直到今天，物理学还依赖于这些由他们奠定的基础：经验、实验和计算。话语革命继续升级。耶稣会士保鲁斯·霍法厄斯（Paulus Hoffaeus）评论说：“这些问题和这些伟大思想家的天性就在于，他们不会别的，只会一直讨论新的事物。”一个向另一个学习，第三个人又从这两人身上找到灵感。人们互相通信，争论一切事物，世纪末甚至在墨西哥也出现这种潮流。只有这样，思想才成为工具，猜想成为方法。一些发现几乎重复或者同时发生。人们在以撒·贝克曼（Isaac Beeckman）的日记中发现了笔记，可见他于1613年前后发展出和伽利略的理论非常相似的动力学，他是笛卡儿的好友和鼓动者。10世纪的波斯学者伊本·萨尔（Ibn Sahl）发现了光的折射定律，后来被笛卡儿、威里布里德·斯涅耳（Willebrord Snell）和托马斯·哈里奥特三人同时重新发现。到底谁对一个新发现拥有“长子权”，争议越来越多。德拉·波尔塔声称自己最先制造出望远镜，而荷兰人扎哈里亚斯·扬森（Zacharias Janssen）毫不让步。出版物要求拥有版权保护，表明人们意识到知识产权的重要性，但这种做法并没有特别见效。维萨里就曾抱怨说，写书的纸和书的内容没有同样的价值。

数学也可以回应宗教冲突和哲学怀疑主义，且变得越来越重要。几何形状成为时尚，防御工事、外立面或巴洛克公园都呈现出显而易见的几何美学，波玛索公园的模糊和神秘、超现实的镜子世界和苍白的忧郁都消失无踪。大自然被切割成圆形和直线，几何精神在仔细排列的舞蹈和绘画中都留下痕迹。在卡拉瓦乔奏响罗马巴洛克全盛时期的序曲后，英国建筑师伊尼戈·琼斯（Inigo Jones，1573—1652）和法国画家尼古拉·普桑（Nicolas Poussin，1594—1664）也表达了他们对经典思潮的偏爱。普桑认为颜色可以与音色的情感价值进行比较，他引用了文森佐·伽利略的老师查利诺的“和谐说”。这样，数学甚至与绘画的色调联系起来。康帕内拉在《太阳城》中想象的圆形布局出现在意大利的理想城市和符腾堡的弗罗伊登施塔特中，这个正方形规划的小城于1599年开始建造。神学家约翰·瓦伦丁·安德烈埃（Johann Valentin Andreae）的国家乌托邦“基督城”（Christianopolis）也借鉴了这种布局，而琼斯的经典建筑不仅受到帕拉第奥艺术的影响，也与勒内·笛卡儿（1596—1650）的几何哲学相呼应。

之前的思考主要是——主观的、看重经验和意义的——意识哲学，其中最杰出的先驱是蒙田，而现在出现了哲学思考的其他可能性。就算是徒劳，笛卡儿也希望他思想体系中的理性能够终结神学家和哲学家之间道德败坏的争论。哲学的基础应该是“明显而有区别”的论据和确定的原则。在1637年出版的《谈谈方法》一书中，他把对所有确定性的系统质疑作为结论提出，帕尔马的布拉休斯作为第一人早就提出这一观点：人们思考时，就能确认自己的存在。思考证明存在，存在是一种可以感知的思考。笛卡儿体系把“广延之物”（res extensa）和“思维之物”（res cogitans）区分开来，前者是需要空间的物质，后者是一种有思想和意愿的精神实质。他剔除了物质所有的心理承载，即物质通过精神和超自然的能量获得活力。空间和物质相同，可以无穷无尽地分割；空虚不存在。笛卡儿的世界就像一个机制般运作，人体就像一台机器。自然法则为所有事件定下基调。物质世界的最小组成部分是不同形式的粒子，它们被空间包围，而空间被最精细的物质填满。笛卡儿把天体的运动解释为填充世界空间的“以太”中出现的旋涡。它们的产生是因为粒子位置的改变，因为在笛卡儿的自然哲学中没有空虚，所以粒子会相互推挤并相互吸引。

与开普勒和伽利略一样，笛卡儿的宇宙也是完美的几何结构。他认为自然的第一推动者和立法者是造物主上帝，他相信用自己的方法可以证明上帝存在。上帝肯定不会撒谎，所以他以上帝为担保，认为通过人类的理性，的确可以获得真理。但上帝不再出现在他的被创造物中，最多只有天使降临，他们是上帝的使者。

笛卡儿的物理学总是提到相互碰撞的粒子和相互作用的旋涡，他的观点从流派上来看与伊壁鸠鲁的思想最为接近，相似度超过所有其他自然科学模型。只还差一步，它就可以让这个完美构建的世界钟自己运行，从而质疑上帝的存在。加尔文主义者和天主教的狂热分子已经开始对此产生怀疑。真是世事多变！亚里士多德的学说在1277年被教会谴责，现在教会为了对抗笛卡儿这样的“现代思想家”又把亚里士多德奉若神明。笛卡儿已经预知到这样的情形。他费尽心机想证明，圣餐礼的奇迹与他的物理并不违和。可惜笛卡儿最重要的几部著作还是都被列入禁书目录。当他听说伽利略被审判时，他不敢再出版自己的《世界》一书，这本是他的哲学思想的集大成之作。因为加尔文宗的正统派一直与他激烈争辩，1649年他迁居瑞典。一年后，他溘然长逝。