科普经典:以伽利略《星际信使》为例

0前言

古希腊的学者们已在科学或自然知识研究上产生了许多的经典作品，例如柏拉图(Plato, 432-347 BC)《蒂迈欧篇》(Timaeus)、亚里斯多德 (Aristotle, 384-322 BC)《物理学》(Physics)、《论天》(On the Heavens)、《气象学》(Meteorology)、欧几里德(Euclid)《几何原本》(Elements)、阿基米德(Archimedes, 287-212 BC)《论浮体》(On Floating Bodies)、托勒密(Claude Ptolemy, ca.100-170)《天文学大全》(Almagest)等等。即使是近代科学革命时期，也产生不少吾人不陌生的经典作品，如哥白尼(N. Copernicus, 1473-1543)《天体运行论》(On the Revolutions of Heavenly Spheres, 1543)、刻卜勒(Johannes Kepler, 1571-1630)《新天文学》(New Astronomy, 1609)、伽利略《星际信使》、《两大世界体系的对话》、《两门新科学》、虎克(Robert Hooke, 1635-1703)《显微镜图说》 (Micrographia)、牛顿(Isaac Newton, 1642-1727)《自然哲学的数学原理》(Mathematical Principle of Natural Philosophy, 1687)等等。

绝大部份过去的科学经典作品，早已成为昨日的旧科学(old science)。其中仅有非常少数会在教科书中被改写为符合科学直线进步简略的介绍。绝大多数的科学经典的内容非常深奥，不适宜一般读者阅读。《星际信使》却是一个例外，它既是一本科学经典，也是本科普经典作品。它是首本运用望远镜观测星际的书，不同于其他的科学经典作品涉及深奥的数学，或是不易理解的概念与论证，此书的内容浅显，加以图说，无需加以改写，今日的读者或学子们可以直接阅读。

本文拟先介绍此书源起的历史背景，其次处理《星际信使》在内容上的创新。接着分析此书对华文读者在科普与科学传播上的意义。

1《星际信使》的起源与历史背景

要了解伽利略《星际信使》在科学发展与对后世在科普上的意义，我们得将伽利略放回其时代，通过他的生平、教育与当时的主要科学理论，来了解他在科学上的创新与影响。

1.1 至《星际信使》前的伽利略生平

在伽利略的研究者中，意大利后裔的德瑞克 (Stillman Drake, 1910-1993)原是一位金融圈工作者，休假时常回佛罗伦斯的伽利略图书馆，对当时伽利略著作的英译本不满意，因而着手研究伽利略。在真积力久则入的情况下，他成为伽利略研究的佼佼者，被聘为多伦多大学科学史教授。他完成的 Galileo at Work: His Scientific Biography是本关于伽利略最好的传记[1]。

伽利略于 1564年生于意大利比萨，该地属于佛罗伦斯麦第奇 (Medici)家族统治。他的义大利文名字 Galileo Galilei的意思是”伽利略家族中的伽利略”，是七个孩子中的长子。 1581年在父亲温参齐欧(Vincenzio Galilei)期望下，他入比萨大学习医。虽然哥白尼于 1543年提出日心说，当时大学正统的科学理论是与基督教义结合的亚里斯多德–托勒密地心说。 1577年彗星出现，第谷 (Tycho Brahe, 1546-1601)观测到它与地球的距离超过月与地，最后在 1588年出版《最近以太世界发现的现象》，提出地心说，太阳绕地心运转，其他行星与彗星绕日运行的折衷体系[2]。它与亚里斯多德—托勒密地心说和哥白尼日心说形成三个彼此间相互竞争的世界体系。

大学时期的伽利略在认识宫廷数学家芮齐(Ostilio Ricci)后，转而热衷欧几里得与阿基米德数学作品，1585年未获学位就离开比萨大学。幸运的是他对某些固体重心的探讨，在友人的赞助下，为他在 1589年 11月获得比萨大学的数学教席。接受亚里斯多德–托勒密传统教育的他，对运动提出与亚里斯多德传统相左的新见解。他认为在相同介质中，同质料的物体不论其重量与大小，自由下落需时相同，而不像亚里斯多德物理学的主张，下坠速度与物体重量成正比。日后流传他曾在比萨斜塔进行自由落体实验，然而在他本人留下的文献中，从未陈述曾在该塔进行此一实验[3]。

1591年中，父亲逝世，身为长子的他承担家计。为增加收入，他乃于翌年 9月转到威尼斯共和国管辖的帕度瓦大学担任数学教师。在经济上入不敷出的情况下，伽利略不得不采取其他的方式来增加收入。一种是为大学生担任家教。从他留存的资料来判断，他采用耶穌会罗马学院的讲义做为教材，教过亚里斯多德逻辑与科学证明的理念，以及自然哲学或物理学[4]。第二种是提供远道学生膳宿。此外，他还开设制造仪器的小型工场，发明与简化科学仪器，对外销售。例如出测量火砲口径与射程的几何罗盘仪器，以及说明的书册来增加收入。此一方法经耶穌会士传入中国，用于辽东对抗清军[5]。

1597年刻卜勒在《宇宙的奥祕》 (Cosmographic Mystery)中支持日心说，请友人将两本分送意大利最能用到此书的人，其中一位是伽利略。在给刻卜勒的致谢函中，伽利略自称是哥白尼学说的信徒，成为十六世纪末支持日心说的十人之一。[6]不过，那时他只能算是半个哥白尼信徒(semi-Copernican)。事实上，他到 1613年左右才积极为哥白尼日心说辩护。1615-1616年为哥白尼的日心说第一次接受调查，1632出版《两个世界主要体系的对话录》，旋即查禁 1632-1633年为哥白尼的日心说第二次接受调查，并遭受谴责与终身拘禁。

回到 1605年，伽利略担任佛罗伦斯麦第奇家族柯西摩 (Cosimo)王子的教师。 1609 年王子登基成为麦第奇大公爵，伽利略曾去信期望这位昔日高足能够照顾他，但未获正面的回应。这年他从巴黎友人处传来有种能将远处物体放大的器物市面上销售。

1.2 完成《星际信使》的特殊背景

十七世纪，望远镜、显微镜、空气帮浦等技术对科学产生重大的影响。 1608年 9月在荷兰有人发明了可放大 3倍的”望远镜”，随后申请专利。在审查期间，因为亦有他人提出申请，因而未给予专利。这项发明于次年春天传到巴黎。伽利略经由巴黎友人从市场购得此仪器后，为了增加收入而努力改良它的放大倍率。

手巧的伽利略积极磨制镜片，同年 8月时已改良到放大 8至 9倍。于是， 在 8月下旬邀请威尼斯共和国总督与议员们，在威尼斯港口的高塔上，演出“察谍镜”(spyglass)之秀。让一艘船由远处全速驶向港口，在“察谍镜”观察到两小时后，高塔上的人才能以裸眼看到，展现出此镜对维护威尼斯港安全，防止海盗入侵，深具价值，令与会佳宾印象深刻。

相对于中世纪大学重视经典权威的传统，以讨论文本的为主，文艺復兴以降，在自然研究中观察的角色愈来愈重要，加上十五世纪中叶西方印刷术的崛起，在自然史方面，陆续产生许多新作品。 1609年 11月中，伽利略已将”察谍镜”改良到放大 20-30倍，他开始将此一仪器运用的范围从地表转向星际，有项新发现。次年三月出版《星际信使》(Sidereus nuncios, Starry Messenger)一书，将观察结果公诸世人。

2《星际信使》在内容上的创新

伽利略先观察月亮，并图绘下来，他不是首位以望远镜观月后绘图者。稍早，在参考吉柏特(William Gilbert, 1544-1603)所绘制一相当简略月面图后，哈芮特 (Thomas Harriot, ca. 1520-1621)使用较低倍的望远镜观察月表，将航海经验纳入其中，绘制出一幅陆地与海洋构成的月面地图。[7]但是，伽利略研磨的望远镜比哈芮特用的大了许多倍，绘制的图更精密许多。更重要的是，他还告诉读者他图绘的方法。一方面通过单孔镜面看到放大的月亮，另一方面，则备有一张白纸，依所见大小图绘出镜中所见的月面图。根据他的自述：

让我先介绍”察谍镜”转向的月球表面，为了易于了解起见，我将它区分为较明亮与较黑暗两个部份。通过对月球表面明暗部份常期重覆的观察，我们确定月球表面不像大多数哲学家所相信的，和其他天体同是个光滑、均匀的圆球形状；想反地，它是凸凹不平的，低洼的与凸起的部份满佈于其上。就像地球的表面一样，山脉与深谷分佈各地。以下说明这项由观察所推得的结论。

根据亚里斯多德自然哲学，月亮属于第五元素以太构成的不毁不灭的天域，应是一个完美的星体，其中的黑影可用较密的以太构成，因此不如较疏处明亮。通过明与暗界域不是圆弧状，伽利略推论月球不是一个完美的天球。在多幅月面图中，由于亮区中有暗块；暗区中有亮点，且会虽时间扩大，他凭着地球上的山谷接受阳光照射的经验来推论，月面不是光滑的，而像地表一样有高山与深谷。

1610年 1月 7日，伽利略将改良放大 30倍的”望远镜”朝向木星观察，发现其旁两颗小星星。最初他认为它们是恆星，由于像行星般出现在黄道带附近，才判断为与木星有关的卫星。13日首次见到木星旁的四颗星星。另外一项主要的发现是银河，在亚里斯多德自然哲学中视为是月下的大气现象。托勒密《天文学大全》声称恆星数目为 1022颗，直到伽利略观察银河发现有无数的星星。

在 3月 2日最后一次观察后一周，出版《星际信使》一书，此书将天文学由裸眼观察带入望远镜天文学，也使年近半百的伽利略成为国际间知名的学者。

3《星际信使》对后世在科普上的意义

《星际信使》一书的三项主要发现：月亮表面崎嶇不平、木星的四颗卫星、银河无数的星星，使四十六岁的伽利略从一位地方性的大学数学教师，迅速地闻名于欧洲。加上 1610年伽利略的另两项发现：金星像月亮般有其相位盈亏与土星左右两耳看似其卫星，使他在一年之中藉着望远镜的观察就有五项重要发现。次年，以利玛窦老师克拉乌维斯(明清时译为：丁先生。Christopher Clavius, 1538-1612)为首的耶穌会五位学者都肯定上述五项发现，使他跻身于欧洲闻名学者之列。

十五世纪末，世界地理的大发现，打通欧洲赴亚洲或美洲的海路。十六世纪宗教改革促使天主教内成立耶穌会(Society of Jesus)与其对抗，培养受过良好教育训练的耶穌会士向包括中国在内的欧洲以外区域进行远距传教。尽管伽利略从未到过中国，明末清初，《星际信使》中的望远镜发现也随入华耶穌会士传入中国。德礼贤(Pasquale M. D'Elia, 1890-1963)将这些资料汇整为《伽利略在中国》一书[8]。但是《星际信使》的中译本迟至 2004年笔者译为中文后[9]，华文读者才有机会阅读此书，因此它在华文世界的科普与科学传播方面的意义值得阐明。

首先，天文学一直是一个非常重视观测的领域。在十七世纪以前，已发明诸多科学仪器来帮忙观测，第谷就是此中翘楚，发明一些大型固定的仪器。

虽然伽利略不是望远镜的发明者，但是经过他的巧手改良后磨出的镜片，观察月球与银河，留下图绘，以及逐日记载他对木星的四颗卫星的观察与纪录，出版《星际信使》一书，开启望远镜天文学。它是一本值得学子与一般读者阅读的科普经典，作者除了介绍一种他改良的科学仪器进行观测以外，还将所见通过图绘加以视觉呈现，很难得见到一流科学家将其发现表达的是如此浅显易懂。

其次，在十七世纪初培根(Francis Bacon, 1561-1626)鼓励观察与实验，影响伦敦皇家学会(Loyal Society of London)以前，第谷、刻卜勒的老师麦斯特林 (Michael Maestlin, 1550-1631)与伽利略等已特别注意异象的观察与记录。 1577年的彗星，引起第谷与麦斯特林长达两个半月的观察与记录。相对地，万历五年中国官方观察一个月，视为星占异象处理。同一现象却在不同文化中观察所得不同，显示观察的背后是含有不同理论的[10]。

第三，1577年的彗星与木星四颗卫星的观察与纪录，都显示它们属于以太领域，对亚里斯多德—托勒密世界体系，天域的星体是永恆不变的而言，它们都是过去未曾见的异象。针对 1577年的彗星，第谷提出折衷的世界体系。可是《星际信使》书中，并未批判《星际信使》一书，因为伽利略将《星际信使》献给麦第奇大公爵。

由于木星是麦第奇家族的徽记，麦第奇大公爵恰有兄弟四人，伽利略因此将木星的四颗卫星以“麦第奇星星”(Medicean stars)之名献给麦第奇家族。因为这项无价的礼物，他所获得的回报是在 46岁时改变生涯，由“钱少、事多、离家远”的帕度瓦大学数学教职，转成“钱多、事少、离家近”的麦第奇宫廷自然哲学家与数学家，名义上是比萨大学教授，却没有任何教学负担。简言之， 1610年《星际使者》一书的出版目的在献给麦第奇大公爵，寻求他的赞助。一个类似的案例是第谷将他丹麦国王赞助的岛屿上发展的天文仪器，撰写《机械装置的天文仪器》(Tycho Brahe’s Description of His Instruments and Scientific Work)一书，并以彩色图绘，以赢得布拉格神圣罗马帝国鲁道夫皇帝的赞助[11]。

《星际使者》内容显示，伽利略似未批判地心说，直到《太阳黑子》才积极推动哥白尼学说[12]。事实上，在科学革命前期，当学会尚未成立时，宫廷或王子的赞助是大学以外支持新科学的最重要的社会组织。

第四，更值得注意的是，成为麦第奇廷臣的伽利略，具有自然哲学家的身份，为他提供了探讨自然哲学的社会性合法身份，可以跨越自然哲学与数学天文学间的学科界域，得以积极推动哥白尼拟跨越自然哲学与天文学间的日心说[13]。

最后，在海峡两岸出版愈来愈多翻译的的科普书籍时，其中有非常多涉及科学史方面的旧版科学书籍。如果只从后见之明的观点来论其中朝向现代进步的成就，就像祖先崇拜一般地崇拜科学伟人，这不是科普作者创作中有关旧科学的关切点。如果我们抱着多了解旧科学作品的时代意义，《星际信使》是一个相当不错的切入点。要了解天文学的发展，特别是从裸眼转向望远镜天文学的关键转折，《星际信使》更是一本不可或缺的科学与科普经典。

参考文献：

[1] Stillman Drake, Galileo at Work: His Scientific Biography (Chicago: University of Chicago Press, 1978).

[2] Tycho Brahe, De mundi aetherei recentioribus phaenomenis (Vranibvrg, 1588).

[3] Lane Cooper, Aristotle, Galileo, and the Tower of Pisa (Ithaca, N.Y.: Cornell University Press, 1935).

[4] William A. Wallace, Galileo’s Early Notebooks: The Physical Questions. A Translation from the Latin, with Historical and Paleographical Commentary (Notre Dame: University of Notre Dame Press, 1977); Willian A. Wallace, Galileo and His Sources: the Heritage of the Collegio Romano in Galileo’s Science (Princeton: Princeton University Press, c1984), chs. 1-3.

[5]黄一农. 比例规在火砲学上的应用. 科学史通讯, 台北，1996，第 15期，页 4-11.

[6] Robert Westman, “The Copernicus and the Churchs,” in David C. Lindberg and Ronald L. Numbers (eds.), God and Nature: Historical Essays on the Encounter between Christianity and Science (Berkeley: University of California Press, 1986), pp. 76-113.

[7] Stephen Pumfrey, “Harriot's Maps of the Moon: New Interpretations,” Notes and Records of the Royal Society, 63 (2009): 163-168.

[8] Pasquale M. D'Elia, Galileo in Cina: Relazioni attraverso il Collegio Romano tra Galileo e i gesuiti scienziati missionary in Cina (1610-1640) (Romae: Apud Aedes Universitatis Gregorianae, 1947). English edition was translated by Rufus Sutor and Matthew Sciasia as Galileo in China: Relations through the Roman College between Galileo and the Jesuit Scientist-Missionaries (1610-1640) (Cambridge, M.A,: Harvard University Press, 1960).

[9] 伽利略著，范龢惇 (Albert Van Helden)英译、序言、简介与结论. 徐遐生（英）序，徐光台中译与导读，星际信使 (Sidereus nuncius, 1610), 台北：天下文化，2004.

[10] 徐光台. 异象与常象：明万历年间西方彗星见解对士人的冲激. 清华学报, 新竹，新 39卷 4期，2009年 12月，页 529-566.

[11] Adrian Johns, The Nature of the Book: Print and Knowledge in the Making (Chicago/London: University of Chicago press, 1998), pp. 20-24.

[12] Galileo Galilei, Letters on Sunspots, in Discoveries and Opinions of Galileo, translated with an Introduction and Notes by Stillman Drake (Garden City, N. Y.: Doubleday Co., 1957), pp. 87-144.

[13] Mario Biogioli, Galileo, Courtier: The Practice of Science in the Culture ofAbsolutism (Chicago/London: University of Chicago Press, 1993).