望远镜的出现戳破了人类对于夜空的完美想象。
我手上有一本名叫《星际信使》的小书（拉丁文的原书名叫作SidereusNuncius），由意大利数学家和科学家伽利略·伽利莱写于1610年。《星际信使》首印了550本，其中有150本依然在世。数年前，佳士得拍卖行为每一本首版书的估价从60万到80万美元不等。我手上的平装本印刷于1989年，大约值12美元。
尽管科学史尚未授予《星际信使》与牛顿的《自然哲学的数学原理》或达尔文的《物种起源》相同的荣誉，我还是认为，它是有史以来出版过的一本最具影响力的科学著作。在这本小书中，伽利略报告了他将新造的望远镜对准天空后所见到的东西：这些强有力的证据表明了天体由普通物质构成，就像鲁特岛上冬季结的冰一样。结果就导致我们对于天与地分离的想法有了变革，物质世界出现了让人头脑混乱的扩张，还对“绝对性”提出尖锐的挑战。星星的物质属性，再加上能量守恒定律，这二者决定了星星注定会湮灭。天空中的星星是最惹人注目的、不朽与永恒的象征，却总有一天会到达终点，宣告灭亡。
伽利略出生于比萨，成长于佛罗伦萨。从1592年起，他在帕多瓦大学教授数学。光靠学术工作的薪水，他无法履行自己的赚钱职责――他得要支付妹妹们的嫁妆，还要供养情妇为他生下的3个孩子――于是他接纳寄宿生，出售科学仪器。在16世纪80年代的后半期，他完成了关于运动和坠落物体的著名实验。1609年，伽利略45岁，他听说在荷兰刚刚发明出一种全新的放大装置。他甚至都没有见到实物，就迅速地亲自设计和建造出一台望远镜，放大倍率比荷兰人的望远镜强大了好几倍。他似乎是第一个将望远镜对准夜空的人类。（望远镜在荷兰被称为spyglasses，这使我们不禁猜测它们的用途。）
看见星星：伽利略在1610年用来观察夜空的望远镜，这个望远镜目前收藏于佛罗伦萨的伽利略博物馆
伽利略亲自研磨和抛光出镜片。他制造的第一台望远镜将物体放大了大约十多倍。他最终能够建造出放大倍率为1000倍的望远镜，把目标物体拉近了30倍。你可以在访客稀少的佛罗伦萨伽利略博物馆里看见保存至今的伽利略望远镜。他制造的第一台望远镜有36.5英寸长，直径为1.5英寸，望远镜的管子由木头和皮革制成，一端安装了一片凸透镜，另一端有一片凹透目镜。我最近试用了一件复制品。首先，我惊讶于视野是如此之小，就像是在一根长管子的末端，隔着一条手臂那么远的地方，有一个10美分硬币大小的光圈。而且很昏暗。然而，在眯眼看了一会儿后，我确实能辨认出那个10美分大小的昏暗光圈内的模糊图像。当我将这个原始的望远镜对准100码之外的建筑物时，我能看见墙砖的细节，那是我用肉眼看不见的。
很难想象，当伽利略首次用他新设计的仪器抬头望向天空，凝视“天体”――数世纪以来被描述为旋转球体的月亮、太阳和行星时，他当时感到何等的兴奋和惊奇。人们一直认为天体之外是多个旋转中的、容纳星星的水晶球体，最终是最外层的球体“第十层天”（PrimumMobile，也有译为“宗动天”“原动天”的），由上帝的手指推动旋转。据推测，所有这些都由亚里士多德的第五元素以太构成，在物质和形状上完美无瑕，弥尔顿在《失乐园》形容为“天堂中轻巧的第五元素”，而且所有这些都与上帝神圣的感觉中枢一致。伽利略透过望远镜的管子实际看到的东西是月球上的坑洞和太阳上的“暗疮”。
数世纪以前，圣托马斯·阿奎那成功地将亚里士多德的宇宙学理论与基督教教义结合，包括天体的以太性质和地球纹丝不动地处在宇宙中心的观念。（阿奎那只对亚里士多德学派的一个观点表示异议：宇宙的存在期，根据亚里士多德的说法是无限的，而根据基督教的说法是有限的。）伽利略在天体中发现了不完美之处，这严重地挑战了教会的理论。但望远镜本身也是一种挑战。伽利略的3英尺长的望远镜是第一批放大人类感官的仪器中的一种，那些仪器显示出自然情况下的眼睛和耳朵所无法明明白白看见或听见的世界。大家以前从未见过这类仪器。许多人充满怀疑，质疑设备的可靠性，从而质疑发现的有效性。有些人认为这个古怪的管状望远镜具有魔力，并非来自这个世界，就像一台手机被交给1800年的某个人。伽利略本身尽管是个科学家，但他不理解望远镜的具体工作原理。
我们应该回忆起，在16世纪和17世纪的欧洲，对法术、魔法、巫术的信仰仍然广泛存在。仅仅在那两个世纪，就有4万人被怀疑是巫师――大多数是女性――并被烧死在火刑柱上，被吊死在绞刑架下，或者被迫将他们的脑袋放到砧板上等待屠刀的落下。1597年，苏格兰的詹姆斯六世（他在1603年成为英格兰的詹姆斯一世）抱怨说，“在这个时代和这个国家里，对于这些惹人憎恶的魔鬼走狗、巫师或术士的恐惧大量存在。”据信，巫师能够通过毁损意图中的受害者的一缕头发或一片指甲的方式来施咒。这位意大利数学家制造出的装置是不是巫术？
其他人带着猜疑看待伽利略的望远镜的发现，不是因为这些发现散发出黑魔法的味道或者违背神学教义，而是因为它们挑战了个人的世界观和哲学承诺。切萨雷·克雷莫尼尼（CesareCremonini）是帕多瓦大学的亚里士多德学派哲学教授，也是伽利略的同事，他谴责伽利略声称月球上有坑洞和太阳上有斑点的做法，但拒绝用望远镜向外看。克雷莫尼尼后来说的一句话被人引用：“我不希望去赞成一些别人声称的东西，我对那些东西一无所知，我从未见过那些东西……而且，透过那些镜片观察世界令我头痛。够了！我不想再听到任何有关的话。”伽利略的另一位同代人朱利奥·利布里（GiulioLibri）是比萨大学的亚里士多德学派哲学教授，也拒绝使用望远镜。伽利略在他写给同辈科学家约翰内斯·开普勒（JohannesKepler）的一封信中回应了这些抵制：
亲爱的开普勒，我希望我们可以对这些普通人的惹人注目的愚蠢一笑置之。这所学校内重要的哲学家们脑袋内却充满顽固不化的狗屁想法，不想看一眼行星、月亮或望远镜，即使我已经有千来次免费且特意地向他们提供机会。你有什么话要说呢？说真的，就像笨蛋捂上了耳朵，这些哲学家同样对真相之光闭上了眼睛。
伽利略的这本小书献给了最尊贵的美第奇家属的科西莫二世、第四任托斯卡纳大公。标题页上如此写道：“星星的信使，展露伟大且奇妙的景象，呈现给所有人的注视，但尤其是哲学家和天文学家，这些景象由佛罗伦萨贵族、帕多瓦大学的知名数学家伽利略?伽利莱观测，借助了他近期发明的望远镜的帮助……”在他的书中，伽利略展示了他通过望远镜观察月球后画下的钢笔画，显示出月球的明暗区域、谷地、山丘、坑洞、山岭和山脉。他甚至通过阴影的长度估计了月球上的山脉的高度。
当他凝视着月球上明与暗的分隔线，也就是所谓的晨昏线时，它不是一条光滑曲线（对于神学理论所相信的完美球体，会有这样的预计），而是一条参差不齐的不规则曲线。“任何一个人那时都会明白，”伽利略写道，“以理智确凿地判断，月球绝不可能拥有光滑的表面，而是粗糙不平的，而且就像地球表面一样，到处都有着高耸的山脉、深不可测的沟壑以及悬崖峭壁。”他还报告说看见木星周围的卫星，使得其他星球与地球相似这种观念更加可信。换言之，地球不再特别。所有这些都支持了哥白尼在67年前提出的想法，即行星系的中心是太阳而非地球。伽利略在这本小书中塞入了为数不少的新颖想法，而且没有对亚里士多德或教会表示道歉。
《星际信使》出版两个月不到，伽利略就成为名声响彻欧洲的著名人物――部分原因是望远镜除了科学价值外，还具备军事和商业价值。（站在“威尼斯最高的钟楼”，伽利略向一位好友写道，你可以“观察到远方的海上船帆和船只，距离如此之远，就算船只满帆向港口驶去，也需要两小时或者更多时间后，才能在不使用望远镜的情况下望见。”）通过信函和口耳相传，伽利略的这个发明的消息被传遍四方。
伽利略宣布太阳上有黑斑，这对天空的神圣完美造成更大的挑战。我们如今知道，“太阳黑子”是由太阳外层磁能的暂时集中引起的。太阳黑子是暂时性的，会出现又会消失。1611年，施瓦本（位于德国西南地区）的一位耶稣会数学家克里斯多夫·沙伊纳（ChristophScheiner）亲自做出一台望远镜，证实了伽利略对太阳正面移动的黑斑的目击报告。然而，沙伊纳的探究是从不容争辩的亚里士多德学派前提“太阳是完美无瑕的”出发，他进而提出各种各样不牢靠的理由，要证明为什么这个现象不是由太阳本身引起的，而是由绕太阳周转的行星或卫星引起的。
正如他的书的标题页上所表明的，伽利略是位数学家。数学通常被认为存在于抽象逻辑的世界。数学帮助学者计算和预测“真实世界”，但它与那个世界截然不同。尤其是，天体系统的反神学模型被仅仅当作计算手段，描述表象而非现实。因此，亚里士多德和托勒密以地球为中心的行星系，以及哥白尼以太阳为中心的行星系作为计算方法可以被置于平等的地位，因为对于行星的位置，它们都给出相当准确的解释。但前者符合神学和哲学信仰，从而被认为反映了现实。
当伽利略的观察为人所知后，教会人士的反应是报以怀疑。1611年3月19日，罗马学院的院长、红衣主教罗贝托·贝拉尔米诺（RobertBellarmine）写信给耶稣会的数学家：
我知道诸位阁下已经听闻一位杰出数学家进行的最新天文观测……我希望了解，因为我听到不同意见，而且诸位尊敬的神父在数学科学上造诣精深，能轻易地告诉我，这些新发现是否有牢固的根据，是不是表象而已，是不是并非真实。
尽管教会的数学家争论了伽利略的发现的细节情况，但他们也一致同意，观测到的景象是真实的。然而，伽利略用望远镜做出的发现，以及他对哥白尼日心说模型的支持被认为是对神学信仰的攻击，而这种行为不可原谅。他最终受到宗教裁判所的审判（伽利略是一位虔诚的天主教徒，曾经严肃地考虑过担任神职人员），被迫放弃他在天文学上的大部分主张，在软禁中度过人生的最后岁月。
我现在不想聚焦于地球作为宇宙中心的位置遭到取代这件事，而想要聚焦于新近构想出的天穹的物质属性。因为正是物质属性――所谓的天体的降格――在试图毁掉星辰的绝对性。降格起始于月球上被观察到的坑洞和凹槽。1610年之后，数十位思想家和作家开始将月亮和行星视为拥有泥土、空气和水的地方，适合人类之类的生物（虽然显得古怪）居住。1630年，约翰内斯·开普勒（伽利略曾经给他写信抱怨过“普通人的愚蠢”）完成了一本极受欢迎的幻想作品《梦》（Somnium），讲述一位少年与他的母亲穿越太空去往月球（被称为利瓦尼亚）。利瓦尼亚的一切都比在地球上更加极端。在利瓦尼亚上，山脉比地球上的山脉远远更高，山谷比地球上的山谷远远更深。利瓦尼亚的热带居住着生物，他们体型庞大，只活一天。这些生物能游泳、飞翔和爬行，但存活时间不够建设起城镇或政府，但他们能找到维生的养分。因为开普勒是一位卓越的科学家，他的小说被有识之士认真对待，在17世纪、18世纪，甚至到了19世纪，都有人读这本书。
还有其他许多类似的幻想。在诗人塞缪尔·巴特勒（SamuelButler）创作的《大象月亮》（TheElephant Moon，1670年）中，自视甚高的绅士科学家透过望远镜观测月球时，目击到一场进行中的大战。战事中，一头月亮上的大象在仅仅几秒内就从一排士兵跃向另一排士兵（可能是因为月球上重力降低，才能这样自由地飞跃）。1698年，荷兰数学家及科学家克里斯蒂安·惠更斯（ChristiaanHuygens）写了一本书《被发现的天上世界，或者关于行星上世界的居住者、植物、生产的推测》（The Celestial Worlds Discovered,or Conjectures Concerning the Inhabitants,Plants,and Productions of the Worlds in the Planets）。这些著作和诗歌是为普罗大众而写的。它们令我们略微了解，17世纪时的人是如何逐渐将行星视为普通物质。大象不会在以太元素构成的神圣天体上狂暴地横冲直撞。
但是，由于星辰的性质，伽利略的发现才有了大概最为深远的影响。星辰也许是一颗颗太阳，这个想法最早由意大利哲学家、作家焦尔达诺·布鲁诺（GiordanoBruno）提出。在1584年出版的著作《论无限、宇宙和诸世界》（On the infinite universe and worlds）中，布鲁诺写道，“可能有无限数量的相似环境的其他世界（地球），无限数量的相似性质的太阳或火球……”（因为他提出的天文学见解，也因为他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17世纪早期，许多思想家考虑起“星辰也许是太阳”这种想法。因此，当伽利略报告太阳上的黑斑时，他的发现对于所有的星辰都有引人瞩目的蕴涵。再也不能认为星辰是完美之物，由一些永恒不朽的物质构成，那些物质与地球上的任何东西都截然不同。太阳和月亮从地球上看起来像其他物质构成的东西。在19世纪，天文学家开始分析星辰的化学成分，方法是将星光用棱镜分解成不同波长。不同的颜色可以联系到不同的能发射光线的化学元素。星辰被发现含有氢、氦、氧、硅和许多其他地球上常见的元素。星辰是简单的物质――原子而已。
一等伽利略和其他人宣布星辰只是寻常物质而已，它们岁数有多少个千年也就确定了――因为所有物质的东西都服从于能量守恒定律。这条定律是自然界所有定律的范例，既有广泛的应用范围，又有定量和符合逻辑的表述。基本上，这条定律说的是能量无法产生也无法毁灭。能量能从一种形式变化成另一种形式，就像一根火柴的化学能转变成火苗的热量与光亮。但是在一个闭合自容系统内，总的能量保持不变。
一颗星星就像一根巨大的火柴。星球内储存了有限量的能量――在星星中，主要是核能，而非化学能。当原子融合在一起，形成更重的原子，核能被释放出来。但是，一颗星星内的核能供应是有限的，就像一根火柴中的化学能供应。随着星星“燃烧”它的核燃料，能量被释放进入太空，大多数是以光的形式。假如我们想象将星星放进一只巨大的盒子，那只盒子里的总能量仍旧恒定不变，但能量逐步转移，从星星转移到盒子中的光、所有吸收了光的东西增加的热能和化学能。
当然，星星没有被放置在巨大的盒子中，但原理依然有效。根据布鲁诺、伽利略和随后的科学家的见解，星星是自然物质，拥有有限量的能量。星星辐射的能量进入太空，就这样耗尽了有限的核能供应。最终，这种珍贵的星辰商品会被花费一空，到了那时星星将会燃烧殆尽，变得黑暗。我们的太阳也会如此，大约是在50亿年之内。再过上大约1万亿年，天穹中的所有星星都将变得冷冰冰。
到了那时，夜空将会完全漆黑一片。在白天，天空也会完全漆黑。天空中的无数星辰曾经被认为是已故法老们最终的安息之地，曾经被认为是永恒、不朽以及“绝对”的其他特质的化身，将会最终成为漂浮于太空的冰冷余烬。
资料来源Nautilus
责任编辑 彦隐
――――――――――
本文作者艾伦·莱特曼（Alan Lightman）是麻省理工学院教授，拥有物理学家与小说家的双重身份。他的著作包括国际畅销书《爱因斯坦的梦》《偶然的宇宙》《放映室》等，本文摘自莱特曼的新作《在缅因州小岛上搜寻星辰》（Searching for Stars on an Islandin Maine）。