牛顿发明的前奏—哥白尼，开普勒，伽利略
牛顿改变了人类的世界观，可以说牛顿之前人们都是在黑暗中摸索，特别是对自然界规律的认识上更是如此。古希腊的天才们对自然界规律进行了艰苦卓绝的探索。其中亚里士多德和托勒密还得出了很多结论。最著名的就是地心说。只可惜地心说被宗教拿来作为压制人民自由思想的工具，然而压制再严，反抗总是会来得很快很剧烈。一场反抗地心说的科学运动由哥白尼发起，开普勒完善，伽利略从实验科学方面予以加强，这就是科学史上有名的日心说。这个日心说成了牛顿理论的一个重要来源。可以说没有日心说，就没有牛顿的万有引力定律和著名的牛顿三大运动定律。
大家好，今天伟岗跟大家聊聊哥白尼，开普勒以及伽利略，在牛顿展开他惊人发现之前，这三个科学家对科学发展做出了巨大的贡献。人类科学的进步来之不易，回头路倒是走起来让人感到很畅快。这也许是人类思维的缺陷。愚昧和迷信总是披上华丽的外衣，科学反倒显得苍白无力。要打破这一切，学习宣传科学史是一个手段。
文章开始之前，还是要感谢朋友同学的鼓励打赏，科普文章比较难写，这就需要大家的鼓励。
所谓时势造英雄，牛顿活跃的时代，正是需要天才科学家突破的时期。那时候主要的矛盾是人们对自然界的理解和分析。也就是说物理学急需打开僵局。
牛顿之前，除了古希腊物理学家阿基米德以及哲学家亚里士多德，天文学家托勒密等外，在漫长的中世纪，科学家主要是跟宗教迷信作斗争。其中最著名的就是哥白尼，开普勒和伽利略了。
天文学是牛顿前科学家第一要面对的学科。除了观察地球，太阳和月亮以及其它星星之间的位置关系，天文学还要解决历法问题。也就是决定太阳，地球以及月亮的运动周期。同时还有很多天文现象也时刻困扰着当时的科学家。比如日食，月食等。
天文学还牵涉到一个宇宙中心在哪里的大问题。每当古人仰望天空，第一个疑问肯定是宇宙有多大，它的中心在哪里？宗教在这时就要充当重要角色了。人有疑虑时，特别是疑虑短时间还很难消除，求助宗教可以说是很多人的必然选择。而当科学无法解释很多问题时，宗教权威就要出手了，而一旦宗教权威占了上风，科学就必然受到压制。
天文学在成为科学之前，主要是作为破除宗教权威的工具。这个意义非常大。宗教的压迫已经使人类几百年没有了科学思想，所以找到宗教的突破口非常重要，人类只有摆脱宗教对思想的压制，才能真正走向科学研究之路。
思想这个东西非常奇怪，对统治者来讲，似乎人们越没有思想就越好统治。但是同时，一旦统治者的权威被打破，人们首先会从思想上对统治者不认可，这时再怎么强压也压不住了。一场大的变革总是会来临。不过人们要经过无数次的斗争，思考，再斗争，再思考才能最终大家达成一致，避免恶性循环。到现在为止，人类还在思考之中。还远没有达到思考出如何建立和谐社会的境界。也许人类的和谐社会并不存在，人类必须在和平，战争，再和平，再战争的泥潭中挣扎。
摆脱宗教的代价非常大，哥白尼好在他的日心说被广泛宣传之前就去世了，勉强躲过了教廷的审判。他的理论最强有力的宣传布鲁诺就没有那么幸运了，最终被活活烧死，成了为科学献身的著名人物。
哥白尼之所以被后人传颂，当然不仅仅是他反宗教权威的言论，关键在于他提出的日心说有一定的科学论证，这在那个年代是非常难得的。这个体现在他的著名著作《天体运行论》。
其实哥白尼的初衷并不是反教廷的，他甚至把《天体运行论》献给了教皇。哥白尼主要是对古希腊的亚里士多德和托勒密的理论发起挑战。
亚里士多德跟托勒密虽然也不是完全意见一致，不过他们两个都支持地心说，也就是地球是宇宙的中心。可以说古希腊的科学家都支持地心说，而且他们都有很多观测数据支持，所以要驳倒他们是不容易的。
哥白尼的《天体运行论》有很多数学公式演算，很显然哥白尼是想用数学的手段来证明太阳是宇宙的中心，地球围着太阳转，而且地球还在自转。可以说哥白尼是从另一个角度解释当时的观测数据。不能说哥白尼的运算推理就比托勒密严密，两个人都同样有很多跟实际情况不符合的场景。只能说，只有等到牛顿的理论出现，才最终解决了地球太阳以及太阳系其它行星的运动规律。
读到这里，很多同学朋友可能会有些不解，为什么教廷对哥白尼的理论反响那么大呢？宇宙以什么为中心跟宗教有什么关系呢？
《古今数学思想》这部书有个观点，也许是西方流行的观点。这个观点认为，基督教主要关心的是人，而人是宇宙的中心，宇宙的万物都围着人转，所以地心说比较符合基督教的教义。相反，日心说把太阳放在宇宙的中心，这就威胁了人是宇宙中心这个很安慰人的教义，因为日心说使得人成为一群漂泊在宇宙的流浪者，跟其它星球上的生物没有区别，这样，人就不像是生来为了光宗耀祖，死了会进天堂，更不像是上帝施恩的对象。所以哥白尼的日心说通过用太阳替代地球，搬走了天主教神学的基石。
上面的说法很有道理，不过伟岗认为，还有另外一个原因也不容忽视，那就是宗教权威不愿意承认他们过去错了。既然他们已经确定地球是宇宙的中心，他们肯定对反对这个理论的人进行残酷打压。
黑暗制度就是这样蛮横，从我们后人看都是一些无关紧要的小事，结果在当时都铸成了巨大的悲剧。布鲁诺的悲惨结局可以说是由当时制度决定的。也正是因为这样的残酷打压，才使得不同的声音慢慢消失了，没有了不同的声音，科学就没办法发展了。
好在总是有人挺身而出，冒着生命危险挑战黑暗制度，这才使得欧洲跳出了中世纪的怪圈。当然当时的人文环境也起了很大作用，大家都渴望自由，教廷就很难压制不同声音了。
教廷之所以对哥白尼的日心说那么惧怕，可能也因为哥白尼的理论会引发当时人的思考和社会的辩论。举例来说，对于地球自转这个说法，当时就引起很多人的疑问。比如，如果地球自转，为什么人跳起来，再落下会落到原来位置？为什么人感觉不到地球在自转？等等。这些问题的回答，还真的需要牛顿的运动定律。思考永远是黑暗制度的大敌，人民思考了，社会就要进步，而社会进步最主要的体现就是利益集团的利益要损失很大。
欧洲中世纪的社会，特别是末期，经过文艺复兴的洗礼，一场大变革可以说是不可避免。不过教廷肯定还是想维持稳定，这样一场压制反压制的运动就必然发生。不管是有意还是无意，社会上任何的新思想都会对教廷产生很大的压力。文艺复兴三杰（达芬奇，拉斐尔，米开朗基罗）活跃时期都在15世纪末16世纪初，而布鲁诺被烧死发生在1600年2月17号，一场思想解放到科学奠基延绵了差不多一百年，虽然表面上看，教廷还控制着整个社会，但是科学的火种已经播下，它一定会开花结果。而等到牛顿的横空出世，再接着自由平等博爱的法国大革命，教廷退居二线已经是历史的必然。
当然科学的进步也是曲折的，有时甚至是惊险的，从现代的观点看，哥白尼的理论可以说漏洞非常多，夸张地说，对比托勒密的地心说，哥白尼也高明不了多少，这时如果没有开普勒的出现，哥白尼的理论肯定是会被教廷扼杀了。
从科学上讲，没有开普勒，日心说也成不了科学。其中的关键在于哥白尼的日心理论跟当时观察得到的数据差别非常大。最主要的是对地球及其行星的运行轨迹这个问题，哥白尼跟托勒密一样都有很大错误。他们都认为这个轨迹是圆形，而事实上是椭圆形。
从椭圆运行轨迹出发，开普勒得出了行星运动的三大定律。这个才真正使得日心说成了科学。而牛顿正是在开普勒的基础上得出万有引力定律，最终解决了行星运动规律的探索问题。
我们也不能怪哥白尼思维有问题，毕竟当时他得到的数据量非常有限，开普勒是在获得天文学家第谷的大量观测数据后，才发现椭圆运行轨迹毕竟符合观测数据的要求。同时，从数学上讲，哥白尼处在的时代还比较低级，椭圆的性质还了解的不深刻，只有到了开普勒年代，数学发展起来了，椭圆才得到深入地研究，这时发现观测数据符合椭圆轨迹才有可能。
哥白尼和开普勒一起发起了一场天文学革命，这场革命对后续数学的发展起了很大的作用。牛顿就是在开普勒的基础上思考出他的理论的。文艺复兴从达芬奇等三杰的艺术作品开始，通过天文学革命，终于使得欧洲走向了科学之路，从那时开始，欧洲已经不可能再回到黑暗的中世纪了，科学代替了迷信，回头路就基本被堵死了。
接下来还要谈谈伽利略。他也是科学发展的先锋。
伽利略实际上是个实验科学家。他最著名的实验就是在比萨斜塔验证自由落体运动跟物体大小重量的关系。本来古希腊的亚里士多德有很多似是而非的物理理论，主要都是从他的哲学理论或者平时想当然的观测想象出来的。伽利略可以说是历史上第一个用实验的手段否定古希腊一些理论的科学家。用实验结果的逻辑去挑战古希腊哲学家思辨的思维，伽利略是历史上第一人。这一点意义也非常大。科学从此有了实验这一非常重要武器。后续的化学，生物学甚至医学都是在这样思维的基础上发展起来的。
本来伽利略跟日心说也没有什么关系，只不过后来他研制了望远镜，并用望远镜观测天空，同时又阅读了开普勒的书籍，从他的观测中，很多现象都符合日心说，这一点使得他投入捍卫日心说的行列。
一旦他支持日心说，教廷肯定要给他压力。实际上伽利略不想跟教廷作对，所以他的后半生基本都是在不停地写悔过书中度过。教廷软禁了当时已经出名的伽利略，甚至他想出去会朋友或者治病都没有得到教廷的许可。伽利略最终于1642年1月8号病逝，这时离牛顿发表他的伟大著作《自然哲学的数学原理》只有短短40多年（1687年7月5日）。
文艺复兴的来临终于打破了宗教一统天下的局面。不过科学还需要理论，还需要严格的工具来处理从自然界了解的信息。也就是要用数学的手段来计算自然界观察来的数据。同时通过计算能准确预测出自然界的变化。如果仅仅是喊喊口号，没有天才来发展数学以及科学，宗教或者其它蛊惑人心的意识形态就会回潮，通过洗脑，慢慢占领多数人的头脑，这时社会又开始新一轮压制思想的循环。中国的历史不是证明了这一点吗？
哥白尼，开普勒以及伽利略的故事读起来叫人唏嘘。里面有太多悲剧成分。不过好在后来有了牛顿，等到牛顿理论的出现，科学的进步就成了历史必然，哥白尼，开普勒，伽利略的贡献才真正有了历史意义，任何人也抹杀不了了。
好了，今天就写到这里，下一篇我们再来聊聊牛顿，这一篇算牛顿故事的前奏。