▲克羅狄斯·托勒密（約90年—168年），又譯托勒玫或多祿某，相傳他生于埃及的一個希臘化城市赫勒熱斯蒂克。羅馬帝國統(tǒng)治下的著名的天文學(xué)家、地理學(xué)家、占星學(xué)家和光學(xué)家。
作者 江曉原（上海交通大學(xué)科學(xué)史與科學(xué)文化研究院院長）
責(zé)編 許小編 劉小編
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“試論托勒密的天文學(xué)說是不是科學(xué)？”這樣的考題在上海交通大學(xué)科學(xué)史系的研究生入學(xué)考試中，不止一次出現(xiàn)過。面對這道考題，大部分考生都答錯了。這些考生中，學(xué)理科、工科、文科出身的都有，但是答案的正誤看起來與學(xué)什么出身沒有關(guān)系。這就表明，他們中間的大部分人，都未能正確認(rèn)識：怎樣的學(xué)說能夠具有被當(dāng)作科學(xué)的資格？
在今天中國的十幾億人口中，能夠報考研究生的，應(yīng)該也算是受過良好教育的少數(shù)佼佼者了。既然他們中間也有不少人對此問題不甚了了，似乎值得專門來談一談。
托勒密（Claudius Ptolemaeus最常用的是Ptolemy），約生于公元100年；約卒于公元170年，一生都生活、工作在亞歷山大城。他的姓名中保存著一些信息，Ptolemaeus表明他是埃及居民，而祖上是希臘人或希臘化了的某族人；Claudius表明他擁有羅馬公民權(quán)。
《至大論》是托勒密所有重要著作中最早的一部。他的著作流傳至今的——包括完整的和不完整的——共有10種。這里先將其余9種略述如下：
《實用天文表》（Handy Tables）。所有必要的天文表其實在《至大論》中都已包括，但散在全文各處，查閱不便，乃將各表匯為一編，并修訂參數(shù)，且將表的形式改編得更便于實際應(yīng)用。此書后來長期成為同類作品的標(biāo)準(zhǔn)樣式，一直被沿用至中世紀(jì)以后。
《行星假說》（Planetary Hypotheses），2卷。僅第一卷有希臘古本保存，全文有阿拉伯文譯本傳世。此書為托勒密晚年所作。除修訂了《至大論》中的有關(guān)參數(shù)外，在行星黃緯運動和宇宙模式兩方面都有很大發(fā)展。此書中的宇宙模式，變得頗有中世紀(jì)阿拉伯天文學(xué)中宇宙模式的風(fēng)格，這部分內(nèi)容又是在只有阿拉伯文譯本的第二卷中，因此有人懷疑其中可能雜有后世阿拉伯天文學(xué)家的工作。
《恒星之象》（Phases of the Fixed Stars），2卷。僅有第二卷存世。此書專門討論一些明亮恒星的偕日升與偕日落，這是在《至大論》中未曾充分展開處理的課題。書中有一份歷表，列有一年中每一天偕日升及偕日落的若干亮星，并結(jié)合各種證據(jù)，列出這些星象對未來氣候變化的預(yù)兆意義。這種把現(xiàn)代意義上的氣象學(xué)與星占學(xué)結(jié)合在一起的傳統(tǒng)，從古希臘一直持續(xù)到文藝復(fù)興時代。
《四書》（Tetrabiblos），4卷。星占學(xué)專著。托勒密自己將此書視為《至大論》理所當(dāng)然的互補之物或姊妹篇。此書在古代和中世紀(jì)極負(fù)盛名，托勒密也由此長期被視為星占學(xué)大家。
《地理學(xué)》（Geography），8卷。這是古代地理學(xué)的經(jīng)典著作之一。托勒密顯然打算在此書中對當(dāng)時所知的一切地理學(xué)和地圖學(xué)知識集其大成，就像他在《至大論》中對天文學(xué)所作的那樣。不過此書并未在地理學(xué)史上獲得類似《至大論》在天文學(xué)史上那樣的地位。這固然與書中的許多錯誤有關(guān)，但最根本的原因是當(dāng)時地理學(xué)遠(yuǎn)未達(dá)到天文學(xué)那樣成熟。
《光學(xué)》（Optics），5卷。希臘文本已佚失，后世的阿拉伯文譯本缺卷一及卷五的末尾部分，又已佚失，只有12世紀(jì)時的拉丁文譯本（據(jù)阿拉伯文轉(zhuǎn)譯）存世。
《日晷論》（Analemma）。此書研討構(gòu)造日晷時需要解決的角度、投影、比例等幾何問題。書中的基本概念當(dāng)非托勒密首創(chuàng)——他在書中提到古羅馬工程師維特魯威（Vitruvius）的《建筑十書》（De Architectura Libri Decem）里所述構(gòu)造日晷之法，但托勒密在具體技巧上有許多改進(jìn)。
《平球論》（Planisphaerium）。專論天球上的各種圓如何投影于平面，這是構(gòu)造平面星盤的理論基礎(chǔ)。
《諧和論》（Harmonica），3卷。數(shù)理樂律學(xué)著作，根據(jù)各個不同的傳統(tǒng)希臘體系，討論各種音調(diào)及其分類中的數(shù)學(xué)音程等問題。此書開后來J.開普勒（Kepler）著名的同類研究之先河。
《至大論》，全書13卷。希臘文原名的本意是“天文學(xué)論集”，阿拉伯翻譯家將書名譯成al-majisti，再經(jīng)拉丁文轉(zhuǎn)寫之后，遂成Almagest，成為此書的固定名稱。此書的中文譯名曾有《天文學(xué)大成》、《偉大論》、《大集合論》、《大綜合論》等多種，但以《至大論》最符合Almagest的原意，而且簡潔明了。
《至大論》繼承了由歐多克斯、希帕恰斯所代表的古希臘數(shù)理天文學(xué)的主要傳統(tǒng)，并使之發(fā)揚光大，臻于空前絕后之境。托勒密在書中構(gòu)造了完備的幾何模型，以描述太陽、月亮、五大行星、全天恒星等天體的各種運動；并根據(jù)觀測資料導(dǎo)出和確定模型中各種參數(shù)；最后再造成各種天文表，使人們能夠在任何給定的時間點上，預(yù)先推算出各種天體的位置。
對于宇宙體系的結(jié)構(gòu)及運行機制問題，托勒密在《至大論》中采取極為務(wù)實而明快的態(tài)度，他在全書一開頭就表明，他的研究將采用“幾何表示”（geometrical demonstration）之法進(jìn)行。在卷九開始討論行星運動時他說得更明白：“我們的問題是表示五大行星與日、月的所有視差數(shù)——用規(guī)則的周圓運動所生成”。他將本輪、偏心圓等僅視為幾何表示，或稱為“圓周假說的方式”。那時，在他心目中，宇宙間并無任何實體的天球，而只是一些由天體運行所劃過的假想軌跡。
地理學(xué)在古希臘相當(dāng)高度的發(fā)展，它可以概括為“地方志”和“地圖學(xué)”兩個主要方面。地圖學(xué)是古代數(shù)理地理學(xué)——也是希帕恰斯創(chuàng)立的——的主要內(nèi)容，包括繪制地圖所需的幾何投影方法（古希臘人早已確立地圓概念，所以地圖投影問題無法迥避）、主要城市的經(jīng)緯度測算等。而到了托勒密生活的時代，羅馬人的世界性大帝國大大增進(jìn)了歐、亞、非三大洲各民族之間的了解和交流，無數(shù)軍人、官吏、僧侶、商人、各色人等的遠(yuǎn)方見聞，正有利于古代地理學(xué)向一個新的高度邁進(jìn)。托勒密的《地理學(xué)》八卷，為后人提供了世上最早的有數(shù)學(xué)依據(jù)的地圖投影法。此書相當(dāng)程度上是以泰爾人馬里努斯（Marinus of Tyre）的工作為基礎(chǔ)的。這情形和希帕恰斯的天文學(xué)成就全賴托勒密《至大論》記載保存極為相似。托勒密在此兩大領(lǐng)域內(nèi)，都能在前輩最偉大的成就基礎(chǔ)之上，百尺竿頭，再求進(jìn)步。
為什么托勒密的《至大論》、《地理學(xué)》這樣的偉大著作，會被認(rèn)為不是科學(xué)？許多考生陳述的重要理由，是因為托勒密天文學(xué)說中的內(nèi)容是“不正確的”——我們知道地球不是宇宙的中心。
然而，這個理由同樣會使哥白尼、開普勒甚至牛頓都被逐出科學(xué)的殿堂！因為我們今天還知道，太陽同樣不是宇宙的中心；行星的軌道也不是精確的橢圓；牛頓力學(xué)中的“絕對時空”是不存在的，……難道你敢認(rèn)為哥白尼日心說和牛頓力學(xué)也不是科學(xué)嗎？
我知道，考生們絕對不敢。因為在他們從小受的教育中，哥白尼和牛頓是“科學(xué)偉人”，而托勒密是一個微不足道的人，一個近似于“壞人”的人。
關(guān)于托勒密，有一些曾經(jīng)廣泛流傳的、使人誤入歧途的說法，其中比較重要的一種，是將托勒密與亞里士多德兩人不同的宇宙體系混為一談，進(jìn)而視之為阻礙天文學(xué)發(fā)展的歷史罪人。在當(dāng)代科學(xué)史著述中，以李約瑟“亞里士多德和托勒密僵硬的同心水晶球概念，曾束縛歐洲天文學(xué)思想一千多年”的說法為代表，至今仍在許多中文著作中被反復(fù)援引。而這種說法其實明顯違背了歷史事實。亞里士多德確實主張一種同心疊套的水晶球宇宙體系，但托勒密在他的著作中完全沒有采納這種體系，他也從未表示贊同這種體系。另一方面，亞里士多德學(xué)說直到13世紀(jì)仍被羅馬教會視為異端，多次禁止在大學(xué)里講授。因此，無論是托勒密還是亞里士多德，都根本不可能“束縛歐洲天文學(xué)思想一千多年”。至1323年，教皇宣布托馬斯·阿奎那（T.Aquinas）為“圣徒”，阿奎那龐大的經(jīng)院哲學(xué)體系被教會官方認(rèn)可，成為欽定學(xué)說。這套學(xué)說是阿奎那與其師大阿爾伯圖斯（Albertus Magnus）將亞里士多德學(xué)說與基督教神學(xué)全盤結(jié)合而成。因此亞里士多德的水晶球宇宙體至多只能束縛歐洲天文學(xué)思想約二三百年，而且這也無法構(gòu)成托勒密的任何罪狀。
但是，即使洗刷了托勒密的惡名，考生們的問題仍未解決——難道“不正確的”結(jié)論也可以是科學(xué)？
是的，真的是這樣！因為科學(xué)是一個不斷進(jìn)步的階梯，今天“正確的”結(jié)論，隨時都可能成為“不正確的”。我們判斷一種學(xué)說是不是科學(xué)，不是依據(jù)它的結(jié)論，而是依據(jù)它所用的方法、它所遵循的程序。
西方天文學(xué)發(fā)展的根本思路是：在已有的實測資料基礎(chǔ)上，以數(shù)學(xué)方法構(gòu)造模型，再用演繹方法從模型中預(yù)言新的天象；如預(yù)言的天象被新的觀測證實，就表明模型成功，否則就修改模型。在現(xiàn)代天體力學(xué)、天體物理學(xué)興起之前，模型都是幾何模型——從這個意義上說，托勒密、哥白尼、第谷（Tycho Brahe）乃至創(chuàng)立行星運動三定律的開普勒，都無不同。后來則主要是物理模型，但總的思路仍無不同，直至今日還是如此。這個思路，就是最基本的科學(xué)方法。
如果考慮到上述思路正是確立于古希臘，并且正是托勒密的《至大論》第一次完整、全面、成功地展示了這種思路的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，那么，托勒密天文學(xué)說的“科學(xué)資格”不僅是毫無疑問的，而且它在科學(xué)史上的地位絕對應(yīng)該在哥白尼之上——不要忘記，哥白尼和歷史上許許多多天文學(xué)家一樣，都是吮吸著托勒密《至大論》的乳汁長大的啊！
2003年4月27日加入
【本文原載2003年4月30日《中華讀書報》，重寫科學(xué)史（3），轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者獲取授權(quán)并注明出處。】
