伽利略的望远镜:一件天文仪器引发的变革
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序言
PROLOGO

1.

伽利略博物馆坐落于阿尔诺河畔,距乌菲齐美术馆和老桥几步之遥。满怀期待的学子们汇聚于此,却对它平平无奇的外观感到失望,便四处漫步,寻找更能满足好奇心的事物。少数有决心者才会坚持不懈走近博物馆,探索鲜为人知的秘密。

事实上,就算从近距离观察,这个物件也很难说振奋人心。如图所示,它看上去不透明、遍布瑕疵,边缘装饰着较宽的条纹带,带子呈一种泛灰的乳白色,如同经年积灰一般,让人不禁想拿起来吹走上面的浮土,然后小心擦拭,让它更透亮和光洁一些。这个“宝物”有着和圣物一样的待遇,妥善保存于黑檀木、象牙和镀金黄铜装饰的珍贵框架里。若非如此,它早就被当作一块平平无奇的玻璃处理,遑论它已经碎裂,带着三处清晰可见的裂痕。

这块“玻璃”是当今仅存的伽利略透镜。至少可以确定的是,它是伽利略先后于帕多瓦和佛罗伦萨任教期间所制的众多透镜中仅存的一块。从1609年夏季开始,伽利略连续打造了数百块透镜,这些透镜或由他独立完成,或得到了专业镜片制造师的技术支持,随后,他将其安装在瞄准天空的“炮筒”,即望远镜上,用以寻找新的恒星和行星。

图1 伽利略·伽利雷,透镜,1609年末。镶嵌在一个黑檀木和象牙装饰的框架里,该外框为维托里奥·克罗斯腾于1677年打造

光学专家们对其进行了准确描述:双凸物镜,直径58毫米,有效孔径为38毫米。众所周知,它是伽利略送给托斯卡纳大公费迪南多二世(Ferdinando Ⅱ)的礼物,但那之后没过几年就意外损坏了。伽利略去世后,它被保存在莱奥波尔多·德·美第奇(Leopoldo de’Medici)[1]的衣橱里,此人是美第奇家族的王公,后成为枢机主教。1675年,这块透镜正式成为美第奇家族的收藏,珍藏于乌菲齐画廊内,直至1793年辗转至自然历史博物馆[2]中,最终在19世纪中叶,它与其他文物一同被归入伽利略纪念厅[3]。有确切史料记载,1677年,美第奇家族委托维托里奥·克罗斯腾(Vittorio Crosten)雕刻用来保存这块透镜的外框,他是一位卓越的荷兰雕刻师,在科西莫三世(Cosimo Ⅲ)的宫廷中任职。

图2 伽利略·伽利雷,透镜,1609年末

伽利略的望远镜只有这两台保存至今,现藏于佛罗伦萨博物馆,安置在距上文所述透镜及其外框不远的地方。两台望远镜的信息有较准确的记录。第一台望远镜由以下部分构成:两个有凹槽的木壳制成的管子,用铜条固定在一起,外表用纸覆盖。其总长1.273米,透镜和内隔板(也许同样是伽利略所制)被铜圈固定,物镜直径50毫米,目镜直径40毫米,放大效果约14倍。第二台的镜身部分是木质板条组成的管子,用棕色皮革包裹,上面有红色的皮革带作为装饰,外表点缀着许多价值不菲的金叶花样。其总长0.927米,物镜直径37毫米,目镜直径22毫米。但目镜并非原装,而是在19世纪才装置的。其放大效果约20倍。

自然,我们可以进一步详述每块透镜的曲率半径、正负焦距、可视范围以及中心厚度等信息。尽管这些数据极有价值,却对我们了解人类历史上最富魅力的篇章之一帮助甚微。

图3、图4 伽利略的“望远镜”,1609—1610年

图5、图6 目镜和物镜,1609—1610年

在小小的镜片中,隐藏着令人惊叹、夺人眼球的东西,然没有一个光学专家或器械专家能够解释一二。这只是再普通不过的小物件,却为何能够在16世纪末到17世纪初的欧洲宫廷中搅动风云,留下诸多未解之谜?它们看上去那样不起眼,却如何引发了一场世界性变革?当时,行医者兜售处方和神奇的药膏,观星者编撰历书、推销占星术,炼金术士搜寻点金石和能工巧匠,自诩发明家的人四处散播奇谈怪论……诸如此类的所谓“创造”鱼龙混杂,有些甚至只是为了谋求特权、牟取利益,在世人看来,望远镜的奥秘似乎没有太大不同,只是用于安身糊口的创造。果真如此吗?

想要了解更多,就请准备好阅读这个关于望远镜的故事。我们将以多元的视角来看待这段历史,用别样的语言来讲述这个故事,而不会用太多技术领域和应用科学的晦涩术语。因为,一旦我们决定将“精雕细琢”的镜片放进古人的时空里,放入更广阔的历史空间,我们就需要更加复合多元的视角和语言。在那个时空里,各个知识领域相互交融,很难划出明确的界限,而在我们今天看来清晰明确的观念,在当时并无意义。

2.

本书开篇要从一桩“罪行”讲起。此事发端于1608—1610年间,随后愈演愈烈,人们相信自己所熟知的那个天空已不复存在。在此之前,从荷马、奥维德、亚里士多德、托勒密,到但丁、托马斯·阿奎那,无数哲人曾凝神注视的这一方苍穹终归于毁灭。我们要讲述的这个故事犹如一趟旅途,纵横欧洲大陆。旅途开始于1608年中期,当时荷兰出现了一种可以让远处物体显得近在眼前的工具,到1611年春,罗马学院耶稣会的数学家们承认伽利略望远镜的发现有理有据,从而为旅途画上了句号。在此期间,原本放大倍数不超过3倍的“玩具”荷兰望远镜转变成了天文仪器,人们由此发现了一个新的天空。1610年3月13日,一部短小精悍的作品横空出世,宣告了新发现,这部作品就是伽利略的《星空报告》(Sidereus Nuncius),一称《星际信使》,因伽利略是以拉丁文写作,而拉丁语中“nuncius”兼具“信息”和“信使”两重含义。[4]

以这种方式道来,情节发展一目了然,这个故事未免太过简略,不值得作者和读者浪费时间。事实上,人们总是按这样的方式讲故事:每个意义非凡的新事物在最初都会遇到一些阻力,但这并不足道,因为之后一切都走上正轨,那些非凡的发现最终得到了众人的认可和钦佩。

但是这个故事并非如此,事实上,稍做调查就可冲淡这表面上的大团圆气氛,并粉碎整个故事的构建。只需提及一个常被忽略的细节:1611年5月17日,伽利略的“罗马凯旋之旅”途中,圣乌菲齐的枢机主教命令帕多瓦教区查证伽利略是否会出席对哲学家切萨雷·克雷莫尼尼(Cesare Cremonini)[5]的审判。此人是帕多瓦大学的教授,被指控反对灵魂不死论,而伽利略在那里任教近20年。彼时正值伽利略天文研究的巅峰时刻,由此可知,早在伽利略因解读《圣经》之事与教廷相争,最终导致教廷于1616年3月5日颁布反哥白尼法令[6]之前,他就已然受到了罗马宗教裁判所的关注。

为什么枢机主教们要查证这个消息呢?而伽利略在罗马停留的那段时间,真如他特意向大公描述的那样成功吗?正是经这些文献资料的启发,重新发掘出真相,我们才得以从新的角度看待天体新发现。这些事件带来的影响比人们想象的更突然、更深远,比1610年3月13日《星空报告》出版之后爆发的讨论和争辩重要得多。本书正是产生于这种意识。本书意大利文版的副书名为“欧洲故事”,实际上,我们本想以“另一个世界”为题,但后来因为担心这种说法太过夸张而作罢。我们所说的“世界”,其含义远超出“天空”或更为宽泛的“宇宙”。

我们说“另一个世界”,是因为新发现对伽利略来说意义深远,它带来了超越天文学和宇宙学本身界限的冲突。因为望远镜的诞生不仅推动了天文学的革新,还催生了一种新哲学,它颠覆了人与自然(以及随之而来的人与上帝)之间的传统关系,其最突出的特征就是摒弃了目的论和“人类中心论”的各种观点。这不仅使伽利略的学说与哥白尼学说拉开了距离,也使其与开普勒的观点区分开来。1610年是天文望远镜元年,更是宇宙学和人类学革命的起点。而欧洲漫长的16世纪,并不因1600年布鲁诺的火刑画上句点,而是在1610年伴随着《星空报告》的诞生而终结。伽利略正是通过望远镜发现了新天体,向世人展现了一个新世界:而这正是诗人约翰·多恩(John Donne)[7]和神学家贝拉明(Bellarmino)[8]等人最恐惧的事。

3.

一切都始于4个世纪前,距今颇为遥远,对今天那些尚在佛罗伦萨伽利略博物馆中,执着于一块破损透镜的年轻人来说更是如此。那时,人们第一次意识到,天空并不是表面上那样,也与我们用感官捕捉到的不同;事实上,“现实”这个词不再意味着摆在面前、长久以来人们相信自己了解的事物。第一次,人们意识到只凭感官很难探索自然的真相,在两千年以来目之所及的世界之外,还存在着另外一个世界。不久后,显微镜诞生,人们了解到双手触摸之处亦有一个小世界,不过这是后话了。

“看”这个动作的意义改变了,人们不再将“看”等同于视觉器官的自然活动。但为了使这种新动作转变为认知活动,对于天体的观察方式也应随之改变:像以往那样凭肉眼仰望天体是不够的,相比过去,现在需要日复一日,目不转睛地观察那些小光点聚集之处,不能懈怠。为了了解它们,人们需要学会描述整个天空。

对于那一小块破损的玻璃来说,也许这才是正确的解说词,能赋予它与伟大地位相称的光彩。但仅凭这几句话仍不足以体现望远镜的重要性。望远镜开创了一种新的观察方式。为了理解人类历史上这决定性的一步,首先要做的是将“新的人造眼睛”——那些镶嵌在木制管或厚纸管中透明的小透镜放入它们该在的地方,即伽利略在帕多瓦那间摆满了数学、机械和军事仪器的工作室中。将它们收集起来放在工作台上,让它们浸润在胶水和黏合剂的刺鼻气味中,堆在木屑和玻璃碴里,躺在木制和铜制罗盘、加强磁铁、玻璃板和尚待切割打磨的水晶中,那里还有一块浸湿的厚纸板放在角落里等待风干,制作好的两端钻孔的木头圆筒立在一旁。其次要做的就是尝试理解伽利略。他为何在生命中的某个时刻,突然决定全身心投入一项对大多数人来说似乎无法理解的事业?他原本计划在研究众所周知的潮汐运动等自然现象的基础上撰写宣扬哥白尼学说的著作,却又为何决定搁置这个大胆而逻辑缜密的计划,去竭尽所能潜心研发仪器?地球与其他天体间相隔甚远,这个仪器很可能作用甚微,也不会给天文学家计算星历的具体工作带来任何实质性的改进。

那些年,几乎无人质疑其他天体与地球之间存在本体论差异。这一观点在北欧、意大利和西班牙的大学课堂被奉为圭臬,并被大众全盘接受。对于占星家和天文学家来说,地球和其他天体的差异是不容置疑的事实,对于各流派的各类神学家和哲学家来说也是如此。不论阳春白雪还是下里巴人,这一论断在文化中都无可动摇。对于那些追随哥白尼理论,坚持将地球归为普通天体的人来说,这是他们要面对的第一个关键的对立观点。这是一个神学和哲学观点,更是人们基于常识的判断。若将地球想象成一个普通天体,就不仅会摧毁那一时期自然和宇宙的形象,还会破坏人们普遍接受的思维方式。

1609年春,荷兰望远镜风行之时,伽利略关于哥白尼物理学和宇宙学理论的研究彻底转向,进入了一个未曾料想的新阶段:指导他进行研究的是对天空的实际观察,而非对潮汐等地球现象的死板解释。若借助一副强大的“眼镜”观察到月球表面同地球相似,则没有任何理由反对将地球同样视为普通天体。如果月球看起来像地球那样山峦起伏,那么千年以来对天体的固有定义就将土崩瓦解。而随着对另一个世界体系不断深入了解,面临瓦解的将不再仅仅是抽象的原则,更为具体和重要的事实领域也会受到挑战。40年前,同样的事实让第谷·布拉赫(Tycho Brahe)[9]向世人展示了天体的不稳定性和天空中新星的出现。这一挑战性的论断不再局限于封闭的大学讲堂中,不再被限制在书本或注释者之间,而是在卓有声名的哲学家和新知识的创造者之间流传,那些人既是当世的数学家和哲学家,也是制作新事物的能工巧匠,是既凭手艺又靠智慧安身立命的人。

4.

由此看来,这幅图景可谓几近完整,路线已然规划好,只待开始了。但实际上并非如此,新天空的诞生可能使得人类、上帝与自然的关系被改写,因此事实要比表面看上去复杂得多。

伽利略的成就可与美洲新大陆的发现齐名,皆是向现代过渡的关键节点。而想进行深入探究,仅仅局限于伽利略最著名的天文学作品是不够的。如果只是孤立看待那部作品,我们写作本书就没有什么意义了。还需要更多的东西以助我们了解其全部价值。如果本书的目的只是研究作品,那就多此一举了,因为此前已经有许多人这样做过,再做阐述,只会是一种无用的修辞练习,旧调重弹而已。

本书自然另有出发点。事实上,本书秉持这样一个理念:往往只有在具体的地点情境中,才能准确地讲述故事。正因如此,我们才可能以一种不同的方式看待著名的《星空报告》。我们甚至想删去“往往”这个词,因为在任何一个人类社会中,都会产生人类行为和人际互动,会有物与物之间的关联,人们在此说过一些话语,产生一些想法……如果不从这些具体情境出发去探索,就不能很好地理解关于伽利略望远镜的故事。我们并不想陷入对史学方法抽象而无用的冗长讨论,因为不管采用哪种理论框架,总会有不适用的案例和情形。

我们的想法是:每个地方都见证了历史真相,存留了相关证据。一台望远镜从加工制造,到被买家抢购,或被主人赠予,这期间也必定有货比三家、供不应求之状况,而这些事的发生地亦各不相同,从这些望远镜和这些地方之间的密切关系出发,便有可能重现欧洲历史上一个重要的篇章。

望远镜的故事并非只有一位主角,故本书不会围绕某一人平铺直叙。这段历史由在诸多地点发生的众多故事交织而成,至今仍未得到详述。为此,写作本书需要极大的努力和丰富的专业知识,才有可能将这个故事以最好的面貌呈现给读者。我们以同步的空间维度来进行讲述,而最佳方式就是把当时人们对望远镜的各种看法列举出来:这个新奇的东西流传甚广,人人争相见识,把它从一个城市带到另一个城市,有人试图理解它的构造原理,有人尝试使用它,有人对它进行再创造。

我们邀请读者同行,走遍欧洲大陆。因为本书围绕的中心不是只有伽利略一人,而是还包括一个更加参差多元的宇宙,有着属于不同世界、不同文化的图文和物品作为点缀。因此仅有伽利略的观点是不够的,他对宇宙的思考方式也不足以让我们了解那段非凡岁月中的往事。他完善望远镜、构建日心说宇宙论的计划与其他持异议者的观点交织在一起,催生出了现代最伟大的科学发现之一,这段历史可谓令人心潮澎湃。如果只围绕他一人,伽利略的故事将湮没在历史中,甚至有可能完全无法被后人理解。

因此,讲述新天空诞生的故事,意味着首先要扩大自己的空间视野。仅仅将目光放在欧洲是不够的,还要向外延伸,去看看印度和中国。本书的主要角色除伽利略之外,还有数学家、天文学家、哲学家和神学家,如萨尔皮(Sarpi)、开普勒、哈里奥特(Harriot)、贝拉明、马吉尼(Magini)等人,另有如鲁道夫二世(Rodolfo Ⅱ)、亨利四世(Enrico Ⅳ)和詹姆士一世(GiacomoⅠ)[10]等王公贵族。大使、教宗使节、宫廷要人、工匠、旅行者、枢机主教等人物也将逐一登场,如希皮奥内·博尔盖塞(Scipione Borghese)、费代里科·博洛梅奥(Federico Borromeo)等。诗人兼文学家约翰·多恩和画家扬·勃鲁盖尔(Jan Brueghel)、彼得·保罗·鲁本斯(Pieter Paul Rubens)、卢多维科·齐戈里(Ludovico Cigoli)等人也在这一舞台上。这些人搭建了一个由商店和作坊、邮局和海港、宫廷宴会和枢机主教会议组成的世界,不同形式的知识在这里相遇,在这里冲突,而某些地方的边界和宗教信念在知识的流通和生产中发挥着至关重要的作用。

正是在这样的环境中,先是荷兰望远镜,后是伽利略望远镜传播开来。这股热潮通过最不寻常的渠道,以各种不同方式流动。大使的公文、旅行者的叙述、私人通信里的二手信息,都体现了一种狂热的好奇氛围,以至于到了1609年夏,欧洲社会各阶层对这种新奇的物件都大有需求。在被称为“(天文)望远镜”之前,它被冠以各种各样富有想象力的称呼:拉丁语的“fistula dioptrica”(双孔管)或“perspicillum”(清晰镜);法语的“lunettes”(眼镜);荷兰语的“instrument om verre te sien”(能看到远处的仪器);英语的“cylinder”(圆筒)、“perspective cylinder”(可透视圆筒);意大利语则称其为“cannone”(粗筒)或“cannone dalla vista lunga”(远视筒)、“trombetta”(小喇叭)、“visorio”(视镜)等,但大多时候简称为“occhiale grande”(大型眼镜)、“occhialone”(眼镜)、“occhiale di canna”(管状眼镜)。还有人称呼它为“伽利略望远镜”,仿佛它有自己的品牌。

这也许是头一回,一个秘密——同时也是科学发明——立刻获得了巨大的公共及国际声望。望远镜跨越了所有领土边界,为整个世界所知,而且,不只是在知识界内得到关注。因此,本书应被定义为科学的社会史。

5.

值得注意的是,本书字里行间浮现出的伽利略形象与马里奥·比亚焦利(Mario Biagioli)的《廷臣伽利略》(Galileo, Courtier,1993)中的形象截然不同,那本书无疑有丰富的想法和原创性的观点,但其基本论点却很单薄,甚至有谬误。该书作者把伽利略的哥白尼理论倾向和他提出的新自然哲学观点解读为投机的选择,认为其既受到文化赞助体系的压力,又与伽利略本人对“哲学家和数学家”这一社会及职业地位的渴求有关。我们认为,这种解读过于简单化,更重要的是若如其所言,伽利略的事业重心只在佛罗伦萨,便是一叶障目了,难道只因荷兰望远镜无心插柳给他提供了所渴望的社会地位,他在帕多瓦度过的18年便完全是一个偶然的插曲吗?在该作者近年出版的《伽利略的信誉工具》(Galileo’s Instruments of Credit,2006)一书中,伽利略的天文发现被描述为彻底的投机行为,一切都是为了确立他的科学权威和个人信誉,他使用了一个狡猾的策略,将木星的卫星用美第奇家族的名字命名,以获得充分合法的社会地位。

然而我们确信,科学权威也好,个人信誉也好,一切都开始于更早之前,始于帕多瓦和威尼斯。在那里,伽利略巩固了对哥白尼宇宙论的认同,他与萨尔皮及其圈子交好,为后来之事埋下了意义非凡的伏笔。不是在佛罗伦萨,而是在1609年至1610年间的帕多瓦和威尼斯,伽利略迎来了根本的转折点。正是“望远镜”这个制作起来艰难费力的新仪器,将他一直以来坚持的“沉默的哥白尼主义”转变为一个伟大而富有野心的公开计划。那是一条完全出人意料的道路,却永远地改变了他的人生。

6.

本书写作过程中,我们挖掘到了一些事件,为此我们有必要深入了解更多的细节,并沿着线索追踪分析,故而地图和年表的重要性就凸显了出来,它们不再是言语的附庸,而是成为这项工作不可或缺的一部分。地图和年表不仅有助于理解错综复杂的独立事件,而且对于本书叙述也有作用,因为在叙述过程中无法脱离密集的地域关系网。

有两种历史的写法,一种是重视科学、哲学、神学等思想观念的观念史,另一种是更关注政治和社会背景的历史。读者会发现,我们写作科学史的方法避免了两种历史之间的对立,这亦是我们所希望的。历史事件有无数独特而具体的线索,而正是这样的特质使得那些过于僵化古板的陈规无法适用,也动摇了那些表面看起来朦胧晦涩,但实际并不成熟、站不住脚的史学理论。在例证中,为了试图理解某些理论是如何问世,人们又是如何解读的,我们认为有必要将自己定位在特定的几个地点,把话语权留给它们。而让地点开口叙述,首先就意味着我们要令当地政界、文学界和艺术界名人的一举一动发声。因此,关于望远镜的整个故事就由这些转瞬即逝、断断续续的线索组成,它们形成了一段内容丰富、形式多样的历史。这段历史由多条脉络组合起来,而这些脉络并不总能联结交织成一个完整的故事,实际上,在某些情况下,它们最终以一种混乱的方式堆叠,成为其他事物的中心和起源。

这一探索将是一个很大的挑战。

我见那新月形的金星

在一片宁静中缓行。

我见那月球上河谷山脉

以及土星三个星体之景。

我,伽利略,是人类中的第一人。

四颗小星围着木星旋转,

银河缭乱,星如碎钻,

涌现无尽的新世界。

我举目所见,非心中揣度,

那预言中的斑点

就要玷污太阳的脸庞。

我今制此镜,以博学巧手,

我亲拭镜片,复对准天空,

就如用炮管瞄准一般。

我亦将冲击天空,

趁太阳未曾灼伤我的眼睛。

趁太阳未曾灼伤我的眼睛,

我不得不弯腰屈膝,

皆因未见本该所见。

它将我束缚在地面,

既不用地震,也不用雷电,

它的声音低沉而平淡,

长着一张普普通通的脸。

每晚啄食我的秃鹫,

也有一张普普通通的脸。

——普里默·莱维(Primo Levi),
《星空报告》赋诗,1984年4月11日。

[1] 莱奥波尔多·德·美第奇(1617—1675):出身美第奇家族的枢机主教,是大公科西莫二世之子,上文提到的费迪南多二世的弟弟。——译者注(以下如无特殊说明,本书脚注均为译者注,尾注为作者注)

[2] 指佛罗伦萨自然历史博物馆。始建于1775年,意大利最重要的同类博物馆之一,现为佛罗伦萨大学的一部分。

[3] 伽利略纪念厅:位于上文提到的佛罗伦萨自然历史博物馆分馆(La Specola)一层。

[4] 因大部分英译本及法译本都将“nuncius”一词译为“信使、使者”,即“Sidereal Messenger”和“Le messager celeste”,日本起初也将此书称为“星界の使者”,故我国早期以英、法、日文翻译为底本译出的中文版也将此书名译为《星际信使》。而本作采用的意大利语译本则更加忠诚于拉丁文原本,将其译作“星空报告”(Avisso sidereo),同样,在以拉丁文为底本出版的正式翻译中,日本译者薮内清认为此书应改译为“星界の報告”(星空报告),此改译名沿用至今。故本作也依据意译本原文,并参考日译本译者的考证,将此书译为《星空报告》。

[5] 切萨雷·克雷莫尼尼(1550—1631),意大利帕多瓦人,哲学家。他早在1598年就被帕多瓦宗教裁判所指控,与他的朋友和对手伽利略在1604年分别向帕多瓦宗教裁判所提出申诉,但皆无果(伽利略被指控从事占星术,克雷莫尼尼被指控反对灵魂不死论)。之后克雷莫尼尼又遭受了另外两次审判,一次是在1608年,另一次即文中提到的1611年。

[6] 此即著名的“1616年禁令”,教廷禁止伽利略以口头或文字的形式坚持、传授或捍卫哥白尼的日心说。

[7] 约翰·多恩(1572—1631):英国诗人,信仰罗马天主教。

[8] 罗贝托·弗朗切斯科·罗默洛·贝拉明(1541—1621):意大利神学家、作家、枢机主教,曾参与对布鲁诺的会审。

[9] 第谷·布拉赫(1546—1601):丹麦天文学家、占星学家。曾提出一种介于地心说和日心说之间的宇宙结构体系。1572年11月11日,第谷发现仙后座中的一颗新星,其观测精度之高,是同时代的人望尘莫及的,他编制的一部恒星表至今仍然有相当大的价值。

[10] 此处姓名均为意大利语拼法。