当天堂不再完美

我我手里有一本小书吗星光熠熠的信使(星座信使（原文为拉丁文），由意大利数学家兼科学家伽利略·伽利略于1610年撰写。这本书第一次印刷时有550本书信使. 还有一百五十个。几年前，佳士得对每一本第一版的估价在60万到80万美元之间。我的平装本是1989年印刷的，大约12美元。

虽然《科学史》没有获奖信使和牛顿一样的荣誉原理或达尔文的《物种起源》，我认为这是有史以来出版的最重要的科学著作之一。在这本小书中，伽利略报告了他将新望远镜转向天空后所看到的情况：强有力的证据表明天体是由普通物质构成的，就像卢特岛的冬季冰。这一结果引发了一场关于天地分离的思想革命，物质世界版图的扭曲扩张，以及对绝对论的尖锐挑战。恒星的物质性，加上能量守恒定律，决定了恒星注定要灭绝。天空中的星星，不朽和永恒最引人注目的象征，总有一天会消亡。

伽利略出生在比萨，在佛罗伦萨长大。从1592岁起，他在帕多瓦大学教数学。他不能独自支付学业上的经济负担，他不得不支付他的姐妹的嫁妆，除了支持他三个孩子的一个情妇，他在寄宿者和销售科学仪器。在1580年代后期，他对运动和下落的物体进行了著名的实验。1609年，45岁的他听说荷兰刚刚发明了一种新的放大装置。在没有看到这一奇迹的情况下，他很快自己设计并制造了一台望远镜，比荷兰型号的望远镜强大好几倍。他似乎是一名出色的天文学家荷兰的望远镜被称为“望远镜”，这使得人们开始猜测它们的用途

伽利略磨光了自己的镜片。他的第一批仪器把物体放大了十几倍。他最终造出了可以放大1000倍的望远镜，使物体看起来比实际距离近30倍。在佛罗伦萨的伽利略博物馆，你可以看到伽利略保存下来的望远镜。他的第一个眼镜长36.5英寸，宽1.5英寸，是一个由木头和皮革制成的管子，一端有一个凸透镜，另一端有一个凹面目镜。我最近从一个复制品里看出来。首先，我惊讶于视野是如此之小，在一臂之遥的长管末端出现了一个一角大小的光圈。不过，眯着眼睛看了一会儿，在那微弱的光线中，我确实能辨认出一些模糊的影像。当我把原始望远镜对准100码外的一座建筑时，我可以看到砖块上肉眼看不到的细节。

很难想象当伽利略第一次用他的新仪器仰望“天体”——几个世纪以来被描述为月亮、太阳和行星的旋转球体时，他会感到多么激动和惊讶。除此之外，是旋转的水晶球体，它承载着恒星，最后是最外层的球体，移动的Primum，由上帝的手指旋转。所有这些都被认为是由亚里士多德的第五元素以太构成的，在物质和形式上都完美无缺，正如弥尔顿在《圣经》中所描述的那样失乐园被誉为“天堂的精髓”。所有这一切都与上帝的神圣感觉融为一体。伽利略实际上通过他的小管看到的是月球上的环形山和太阳上的暗疮。

正是这种物质性，所谓天体的谦卑，打击了恒星的绝对本性。

几个世纪前，圣托马斯·阿奎那（Saint Thomas Aquinas）成功地将亚里士多德的宇宙学与基督教教义结合起来，包括天体的空灵性质和地球静止在宇宙中心的概念。（有一个亚里士多德的观点阿奎那持反对意见：宇宙的寿命，亚里士多德认为是无限的，基督教认为是有限的。）伽利略对天体不完美的发现严重挑战了教会。但望远镜本身也是一个挑战。伽利略的3英尺长的管子是最早放大人类感官的仪器之一，它显示了一个肉眼和耳朵看不见的世界。以前从未见过这样的仪器。许多人对此表示怀疑，质疑该装置的合法性，从而质疑其发现的有效性。有些人认为这种奇怪的管子是神奇的，而不是这个世界，就好像1800年有人送了一部手机。伽利略本人虽然是一名科学家，但并不完全了解这件事是如何运作的。

我们应该记得，在16和17世纪，对魔法、巫术和巫术的信仰在欧洲很普遍。就在这两个世纪里，40000名女巫嫌疑人，其中大多数是妇女，被烧死在火刑柱上，被绞死在绞刑架上，或者被迫把头放在砧板上。1597年，苏格兰国王詹姆斯六世（1603年成为英格兰詹姆斯一世）抱怨说“这个时候，在这个国家，这些可憎的迪维尔奴隶、女巫或缠身者到处都是可怕的东西。”人们相信，巫师可以通过伤害一根头发或一个目标受害者的指甲来施法。这位意大利数学家的装置有点魔法吗？

其他人对伽利略的望远镜发现持怀疑态度，不是因为它们带有黑魔法的味道或与神学教义相矛盾，而是因为它们挑战了个人的世界观和哲学信仰。帕多瓦大学亚里士多德哲学教授、伽利略的同事切萨雷·克雷莫尼尼(Cesare Cremonini)谴责了伽利略关于月球上有环坑和太阳上有黑子的说法，但拒绝往管外看。克雷莫尼尼后来说:“我不希望批准那些我一无所知的说法，以及那些我没有看到过的东西……然后透过这副眼镜观察让我头疼。够了!我不想再听到任何关于这件事的事了。”与伽利略同时代的朱利奥·利比(Giulio Libri)是比萨大学的亚里士多德哲学教授，他也拒绝透过管子看东西。伽利略在给同事科学家约翰内斯·开普勒的信中回应了这些拒绝:

我亲爱的开普勒，我希望我们可以嘲笑普通大众的愚蠢。你有什么要说的主要哲学家这个学校充满了驴子的倔强,不想看的行星,月亮或望远镜,虽然我有自由,故意向该公司提供这些机会一千倍?真的，就像驴子闭上耳朵一样，这些哲学家也对真理之光闭上眼睛。

伽利略的这本小书是写给托斯卡纳第四大公，最安详的科西莫二世的。标题页如下：“星际信使，展现了伟大而美妙的景象，展现给每个人的目光，尤其是哲学家和天文学家，伽利略伽利略，Florentine patrician和帕多瓦大学公共数学家们在他最近设计的望远镜帮助下观察到的东西……”在他的书中，伽利略展示了他自己通过望远镜看到的月球的钢笔画，展示了黑暗和光明的地区、山谷和丘陵、陨石坑、山脊和山脉。他甚至通过阴影的长度来估计月球山脉的高度。

当他凝视着月亮上的明暗分界线，也就是所谓的明暗分界线时，它并不是神学信仰的完美球体上所期望的平滑曲线，而是一条参差不齐的、不规则的线。伽利略写道:“每个人都会明白，月球的表面绝不是光滑光滑的，而是粗糙不平的，就像地球的表面一样，到处都是巨大的突起、深深的裂缝和漩涡。”还有报道称，在木星周围发现了卫星，这为其他行星与地球相似的观点提供了可信度。换句话说，地球不再特别。所有这些都支持了67年前哥白尼的观点，即太阳而不是地球是行星系统的中心。这么一本小书里有这么多新思想。没有向亚里士多德或教会道歉。

在本书出版后的几个月内星座信使伽利略之所以闻名欧洲，部分原因是他的望远镜不仅具有科学价值，而且具有军事和商业价值。(从“最高的威尼斯,贝尔塔”伽利略写信给一个朋友,你可以“观察海帆,船那么远,面临着满帆端口,2小时前更需要他们可以看到我的望远镜。”)的发明了字母和口碑。

伽利略宣布了太阳上的黑点，这对天堂的神圣完美是一个更大的挑战。我们现在知道“太阳黑子”太阳黑子是由太阳外层的磁能暂时集中引起的。太阳黑子是暂时的，它来了又走。1611年，斯瓦比亚（德国西南部）的著名耶稣会数学家克里斯托夫·谢纳（Christoph Scheiner）然而，谢纳从毫无疑问的亚里士多德式的前提出发，认为太阳是完美无瑕的，并由此提出了各种不确定的论据，解释为什么这种现象是由其他行星或行星引起的围绕太阳而不是太阳本身运行的卫星。

恒星不再被认为是完美的东西，不再是由某种永恒和不可毁灭的物质组成的，不像地球上的任何东西。

正如他那本书的扉页所说，伽利略是一位数学家。数学通常被认为是存在于一个抽象和逻辑的世界中。数学帮助学者们计算和预测“现实世界”，但它与现实世界截然不同。特别是，天体系统的反神学模型仅仅被当作计算装置，描述外表相对于现实．因此，亚里士多德和托勒密的地球中心行星系统和哥白尼的太阳中心行星系统可以作为计算方法同等地位，因为它们都能相当准确地描述行星的位置。但前者符合神学和哲学的信仰，因而被认为是反映现实的。

当伽利略的观测结果为人所知时，教会人士对此持怀疑态度。1611年3月19日，红衣主教罗伯特·贝拉明，罗马诺学院的领袖，写信给耶稣会的数学家们:

我知道各位大人已经听说了一位著名数学家的最新天文观测结果……我之所以想知道这个问题，是因为我能听到不同的意见，而你们这些精通数学的神父们，可以很容易地告诉我这些新发现是有根据的，还是只是表面现象，而不是事实。

尽管教会的数学家们对伽利略发现的细节争论不休，但他们一致认为这些目击事件是真实的。然而，伽利略的望远镜发现和他对哥白尼日心说模型的支持被认为是对神学信仰不可原谅的攻击。伽利略是一名虔诚的罗马天主教徒，他曾认真考虑过当一名牧师，但由于这一过失，他最终受到宗教裁判所的审判，被迫撤回了他的大部分天文学主张，并在软禁中度过了晚年。

我现在想要关注的不是地球作为宇宙中心的位移，而是新构想的物质的天堂。因为正是这种物质性，这种所谓天体的卑微性，打击了恒星的绝对本质。降级始于月球上观测到的环形山和车辙。1610年以后，许多思想家和作家开始把月球和行星看作是有土壤、空气和水的地方，适合人类居住，尽管有些奇怪。1630年，约翰内斯·开普勒(Johannes Kepler)完成了一部非常受欢迎的奇幻小说，他就是伽利略曾写过“普通大众的愚蠢”的那个人这次(梦)，其中一个男孩和他的母亲穿越太空到月球，称为Levania。勒瓦尼亚的一切都比地球上更极端。在勒瓦尼亚，山脉比地球上高得多，而山谷则陡降得多。在勒瓦尼亚的炎热地区居住着生物，它们体型庞大，只活一天。这些会游、会飞、会爬的动物，寿命不足以建造城镇或政府，但它们能够找到维持生命的食物。由于开普勒是一位杰出的科学家，他的小说受到受过教育的世界的重视，在17、18、甚至19世纪都有读者阅读。

还有许多其他这样的幻想。“象月亮”(1670)的诗人塞缪尔·巴特勒,自鸣得意的绅士科学家,通过望远镜观察月球时,看到一个军队在战役期间,月球大象飞跃从一行的士兵在几秒钟(可能是解放了月球的重力)。1698年，荷兰数学家和科学家克里斯蒂安·惠更斯写了一本书天体世界的发现，或关于居民，植物，和在行星上的世界的产物的猜想．这些书和诗是为大众而写的。它们让我们了解了17世纪的人们是如何将行星视为普通物质的。大象不会横冲直撞地穿越神圣的境界。

但伽利略的发现也许正是因为恒星的性质才产生了最深远的影响。恒星可能就是太阳的想法是由意大利哲学家兼作家乔丹诺·布鲁诺提出的。在他的论无限的宇宙与世界在1584年出版的《星球大战》一书中，布鲁诺写道:“可能有无数个其他世界(地球)具有类似的条件，有无数个太阳或火焰具有类似的性质……(由于他对天文学的主张以及对其他天主教信仰的否认，布鲁诺于1600年被烧死在火刑柱上。)到了17世纪早期，许多思想家都有了这样的想法:恒星可能就是太阳。因此，当伽利略报告太阳上有瑕疵时，他的发现对所有恒星都具有戏剧性的意义。恒星不再被认为是完美的东西，不再是由某种永恒和不可毁灭的物质组成的，不像地球上的任何东西。太阳和月亮看起来像地球上的其他物质。在19世纪，天文学家开始分析恒星的化学成分，通过棱镜将恒星发出的光分解成不同波长的光。不同的颜色可能与发光的化学元素有关。人们发现恒星中含有氢、氦、氧、硅和许多其他常见的地球元素。恒星只是一种物质——原子。

一旦伽利略和其他人宣布恒星仅仅是物质，他们的千年就屈指可数了——因为所有物质都服从能量守恒定律。这一定律是所有自然定律的典范，无论是在其广泛的适用性方面，还是在其数量和逻辑公式方面。本质上，这一定律说能量不能被创造或破坏。能量可以从一种形式转变为另一种形式，就像火柴的化学能转变为火焰的热和光一样。但是总计在封闭和独立的系统中，能量是恒定的。

一颗星星就像一根巨大的火柴。它的内部储存着有限的能量——在恒星中，是核能而不是化学能。当原子聚变产生更重的原子时，就会释放出核能。但是，恒星中的核能供应是有限的，就像火柴中的化学能供应一样。当恒星“燃烧”它的核燃料时，能量以光的形式释放到太空中。如果我们把恒星放进一个巨大的盒子里，盒子里的总能量保持不变，但能量逐渐从恒星转移到盒子里的光以及吸收光的所有物体增加的热能和化学能。

当然，恒星并不是装在巨大的盒子里。但原则依然存在。根据布鲁诺、伽利略和后来的科学家的说法，恒星是物理物质，能量有限。恒星向太空辐射能量，从而耗尽其有限的核能供应。最终，这些珍贵的恒星商品将被消耗殆尽，届时恒星将燃烧殆尽，消失在黑暗之中。我们的太阳也会，在大约50亿年后。在大约1万亿年的时间里，天空中所有的星星都会变冷。

在那一刻，夜空将完全黑暗。白天的天空也会完全黑暗。天空中无数的星星，曾经被认为是死去的法老的最后安息之所，曾经被认为是永恒不变和绝对神的其他安排的化身，最终将是冰冷的漂浮在太空中的灰烬。

物理学家兼小说家艾伦·莱特曼是麻省理工学院的人文学科教授。他的书包括爱因斯坦的梦,一个国际畅销书;意外的宇宙,被BrainPickings评为2014年最好的科学书籍之一;和检查房间,选择的华盛顿邮报》作为2015年最好的书之一。