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利维坦按:去过意大利的人,想必都会对各种教堂内精致繁复的装饰及艺术品搞得眼花缭乱……怎么说呢,别说意大利全境去逛教堂了,仅仅就博洛尼亚的教堂逛完,就很容易让人产生司汤达综合征了:你或许真的会心跳加速、头晕目眩、出现幻觉。不过,今天这篇文章会从教堂的另一面来让你稍微冷静一下。


说到文中的VATT(the Vatican Advanced Technology Telescope),前几年就有人在《Exo-Vaticana》一书中称,梵蒂冈天文学家正用这台望远镜和一台名为路西法(LUCIFER)的仪器搜寻外星文明呢。作者还拜访了VATT耶稣会的天文学家盖·康索尔马格诺(Guy Consolmagno),后者认为,“任何一个实体,无论它有多少支触角,都是有灵魂的。”不仅如此,盖老师还打算为外星人提供洗礼——当然,前提是外星人同意让他来洗礼……






乔凡尼·多美尼科·卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)设计的博洛尼亚圣白托略大教堂子午线装置手稿。© LINDA HALL LIBRARY OF SCIENCE, ENGINEERING AND TECHNOLOGY


圆盘形光束掠过大教堂的地面,地面铺设的大理石被照亮,露出勃艮第酒红色、李子色、焦糖色和赭石色混合而成的多彩漩涡。地球表层的化学反应和地球内部的压力给这些古老的岩石染上了如此奇妙的颜色。大理石光滑且近乎反射的表面,的确证明了大自然鬼斧神工的高超技艺,但与此同时,光滑的表面也映射出几百年来教堂里络绎不绝的忏悔者。纷杂的足迹影影绰绰。空气中弥漫着烟和蜡油的味道,偶尔会飘过一缕路过的游客身上的香水气息。


教堂高高在上的屋顶上被打通了一个小孔,正是这个小孔形成了圆盘形的光束。小孔被精巧地用灿烂的金色光线填满,这使得它看起来像太阳一样。它的功能类似于电影放映机,日光穿过它,只在烟尘中形成一道明显的窄光束,像是神的意志化作了物质形态。时间在慢慢推移,教堂之外,太阳沿着弧形轨道缓慢地经过整片天空,在大教堂里,形成的圆盘光束也在大理石地面上缓慢地移动着。


正午时,当太阳到达它圆弧轨道的最高点,日光射到了一条镶嵌在地面上的铜线。这束光全长近220英尺(67米),或者说接近三分之二个橄榄球场的长度。虽然光束在大教堂的地面上延伸了将近一半的长度,但这似乎符合它的几何规律:它在两座塔楼之间形成了一条完全将两栋建筑劈开的对角线,和建筑的平面图正好相对,就像和建筑本身的构造对抗着。


更奇怪的是,在这条“铜线”两侧,赞美诗句和描绘天国的图画早已被雕进墙壁里,在罗马数字和冬夏至点中间,夹杂着代表黄道十二宫的十二种符号。水瓶代表水瓶座,海洋生物和蛇尾的奇怪结合体代表摩羯座,正在将着火的箭架到弓上的人代表射手座。乍一看这些符号是异教的,甚至是亵渎神明的,就像这片土地下和信徒们的凝视之外,旧教体系中占星术的残存。


不过,这些符号并不是用来占星,更不是用来施法。这些符号是教堂管理者和天文科学家故意留在教堂里的。圣白托略大教堂,这座位于意大利博洛尼亚的教堂,某些时候,同样是世界上观测最精准的天文台。这些十二宫的符号是测量二分二至点的天文工具的一部分。


孔洞高悬在来访者的头顶,在教堂的拱顶上几乎看不见。这个孔洞让阳光成为一束投进教堂,也是子午线装置得以运作的关键。© GEOFF MANAUGH


“毫不夸张地说,我被这个现象困扰了很久。”科学史研究者约翰·L.海尔布隆(John L.Heilbron)向我解释道。海尔布隆是加利福尼亚大学伯克利分校的名誉教授,同时在历史和物理两个学科都拥有最高学位。1934年他在圣帕特里克节(该节是每年的3月17日,是为了纪念爱尔兰守护神圣帕特里克)出生,目前仍旧从“涡环”理论讲到尼尔斯·玻尔的认识论。他除了为天文学家伽利略作传外,还是《教堂的太阳》的作者:这本书将大教堂作为天文观测台,进行子午线的相关研究。


当我们进行交流时,海尔布隆正在约书亚树国家公园度一个周末小长假。电话里他的声音很慈祥,重新详略有致地讲述了他20年前出版的书,就像他昨天刚把它们写完一样。


“我在想这条在地面上被大理石包围的黄铜线有什么用途,”他继续说道,“所有的数据在一个天主教堂内跑上跑下,我决定研究它。它曾经真的就这么简单。”


“虽然,我也得到了一个教训,”他笑着说,“教训就是,当你来到教堂,你应该一如既往(此处双关,实际应指:你在观察教堂顶部的同时,也要看看脚下的地面)。


海尔布隆的书由哈佛大学出版社于1999年出版,是第一部认真对待这个问题的著作。书中研究了起源、解释了隐藏在这幢特殊的欧式天主教堂建筑普通装饰中的天文工具的含义。圣白托略教堂中的子午线并不是唯一存在于教堂内的子午线,尽管它被认为是所有教堂内子午线中最准确的一条。


罗马安吉利圣母堂中子午线上黄道十二宫中巨蟹座的标志。© JEAN-POL GRANDMONT/CC BY-SA 3.0


在研究这一现象的过程中,海尔布隆发现了一个不仅存在于宗教和科学之间,还存在于精密的天文学观测和天主教礼拜仪式、建筑设计和基督教日历之间惊人的渊源。这段被隐藏的历史的核心,是直接甚至充满激情的结合,这种结合将深奥的科学与规范严格的宗教信仰融为一体。


天文学观测和天主教教会有长期的联系。这一事实可能会令很多现在的读者感到震惊。这些机构的关系——如果称之为“有关系”——祭坛与望远镜、大教堂与子午线,这些组合显而易见是对立的,甚至是矛盾的。毕竟,在17世纪,因为伽利略提出了对“地心说”的公开反对,并且向世人宣告教会关于上帝对世界本质的秩序规划本身是存在缺陷的,教会将伽利略处死,这项处决在今天看来是极为不光彩的。伽利略被按照异教徒处死这件事,在当时整个天主教覆盖范围内,已经变成了割裂宗教信仰与理性的科学探究巨大裂痕的象征。


然而,宗教迫害并不是持续进行的。海尔布隆在书中指出,自中世纪至启蒙运动时期6个多世纪的时间里,天主教会一直支持和赞助天文学研究。就像我们现在看到的这样,这种赞助一直持续到21世纪,然而赞助研究子午线这件事本身的目的,完全谈不上不高尚。


乔凡尼·多美尼科·卡西尼绘制的俯瞰图,图中标示出了子午线的位置。


复活节,一个纪念耶稣死而复生的基督教节日,日期不仅由教堂礼拜仪式确定,而且还由天文情况确定。按照第一次尼西亚会议的决定,复活节并不是一个有着固定日期、以年为循环周期的节日。相反,复活节当时被确定为春分第一个满月后的第一个星期天——这个日期本身就充满了天文学含义。在春分日,象征光明的白天和象征阴暗的黑夜均有12小时,时长相等。


海尔布隆写道,在当时,每年信徒们都要冒着极大的风险选择正确的复活节庆祝日期。如果信徒们没有选择和大环境相同的日期过节,他们相信自己的灵魂会面临堕落的风险。这不仅仅是一个学术问题:站在教会日历制定问题的高度上说,16世纪后期,欧洲东部教会和西部教会的日历相差10天。这个问题在1582年教皇格里高利十三世(Pope Gregory XIII)实施教会历法改革时才得以解决。


格里高利的改革一下将欧洲西部的教会日历减去了10整天。在1582年10月4日,也就是历法改革实施的那天晚上睡着的人们,第二天早上醒来发现已经是10月15日了。虽然这次令人迷惑的历法改革最终的目的是为了将日历拉回正规,以保证能够在次年的春分日在3月21日,因为3月21日并非永远和天文学上的春分日重合。为了确保未来春分日的日期,从而能适时地庆祝复活节,教会需要一种更加精准的天文学工具。这种工具就是子午线。



乔凡尼·多美尼科·卡西尼的肖像。


通过科学的观测理解宇宙的构成和运作规律和天主教的宗教崇拜并不冲突。科学的观测也是信徒们表达虔诚的必要方式之一:这是一种将宗教活动和宇宙神圣又无形的时间规律相结合的热忱。由于大教堂内的地面已经嵌入了巨大的天文学观测设备,复活节的庆祝日期可以依据绝对精准的数据,而不再依靠粗略的判断和推测。


博洛尼亚的第一条子午线在1575年,由一位名叫伊尼亚齐奥·丹蒂(Egnazio Danti)的多米尼加绘图师制作;教堂扩建多年后,1653年,一面用来承载装置的墙面被挪动了位置,致命性地破坏了子午线的预期功能。名叫乔凡尼·多美尼科·卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)的天主耶稣会会士,同时也是天文学家和工程师,几乎第一时间将装置复原,并扩大和优化了丹蒂制造的原装置。卡西尼后来成为著名的巴黎天文台和“红点”股票信贷(为发现木星成立)的顾问。1997年10月,在美国航天局拍摄土星卫星的任务中,他的名字被刻在了着陆飞行器的显眼位置。


1655年,卡西尼开始了我们现在在博洛尼亚仍然能见到的子午线装置的设计。除了1695年进行的维修和1776年的再次维修,装置始终保持着17世纪卡西尼的设计。


为了保护子午线装置,而且为了吸引更多人注意,教堂将子午线用绳子隔挡起来。图中可以看到双鱼座和天蝎座的标志出现在二分点侧。© GEOFF MANAUGH


圣白托略教堂现在试图最大限度地利用这条子午线。虽然这条线现在已经被围起来,部分还被放在有机玻璃箱中,这些格挡反而会吸引更多游客注意这条在大理石上的对角线。在教堂入口附近的地方可以买到小本的说明册,说明册是当地的历史学家所著,并且被翻译成了多种语言。其中英文版本的译者不是别人,正是海尔布隆


如果教堂内铺设子午线的组合让你感到别扭,试着考虑一下子午线这样的装置所需的特殊空间环境。子午线的绘制在一个完全开放、畅通的环境,这样阳光才能精确地照射下来。此外,绘制还需要数百英尺高的小孔以保证光线可以延伸数百英尺,满足太阳到达二至点时的观测需要。“最能满足这两种要求的就是教堂了。”海尔布隆在书中写到。


子午线的运行轨迹出人意料地复杂,但又非常容易被理解。当太阳的轨迹每年从夏至日到冬至日自北向南移动时,教堂中的阳光轨迹也沿着子午线缓慢地随之变动。二至点之间的两个中点是春分和秋分点。当太阳的位置移动到春分点时,信徒们必须等待下一个满月,满月后的第一个星期日便是复活节的最适宜日期。


二至点中的冬至日点被刻在大理石地板上,旁边附有摩羯座的标识。© GEOFF MANAUGH


子午线装置到目前为止一直运转良好。制作一个可以良好运转的子午线装置并不简单,制作过程中许多方面都可能出现问题。比如说,教堂需要按照一定序列建造巨大的尖塔来支撑教堂内部的洞穴状结构,但是这个结构如何让一条直线横穿教堂的地面不弯折不间断,成为了当时复杂的难题。在博洛尼亚,子午线会会被柱子挡住,并且有部分光线被吸收;像檐板这样其他的建筑细节也会挡住阳光的轨迹,而阳光在子午线的运作机制中,起到的作用至关重要。


海尔布隆指出,一些教堂为了确保阳光可以准确地照射到子午线,移除了部分门楣。罗马的安杰利圣母堂(Santa Maria degli Angeli)便是如此。


为了将教堂改造成精密的科学观测点,欧洲部分教堂拆除了部分部件(例如门楣),教会这样的做法意义非凡。布教神坛下,观测仪现。在所有的砌筑和仪式之下,尽管只是一些特定细节的细微改动,所隐藏的天文学工具却蕴含着巨大的力量。


然而,从天主教教义的角度考虑,一个大麻烦随之浮现。这些天文学工具太精准了,过于精准的观测会让观测者发现,地球并不是静止、固定的宇宙中心,相反,地球沿着一条令人眼花缭乱的轨道绕太阳转动。这个结论与教会认可的宇宙模型相违背,并且,证明教会这个谬误的证据就是由几座欧洲最好的教堂中的装置呈现出的。


一束阳光在教堂的长凳上缓缓移动,暗示着宇宙和天主教理论及其允许范围内的想象大相径庭。海尔布隆的著作中,天主教教会职员从未想过“他们的教堂会证明,宇宙和教会布道时所描述的天堂截然不同”。


卡西尼关于圣白托略大教堂设计著作的标题页细节,描绘阳光照在子午线上的场景。



不管怎么说,教会至今依旧保持着对天文学观测的高度关切。教会对天文学观测的支持并没有到子午线就终结,本世纪,教会的支持仍在继续。梵蒂冈天文台将高科技设备安装在了层层迷雾笼罩下的、相隔万里的格雷厄姆山,这座山临近亚利桑那州图森市。在那里,有一队天主教天文学家的专门小组,操作着梵蒂冈的高科技望远镜(VATT),观测一望无垠的星空,从事恒星演化、外星大气层和银河系构造演化及相关课题的研究。在明年春天,科学经验论和宗教信仰会再次站在一起。2017年5月,梵蒂冈天文台将会在冈多菲堡举行一场关于时空奇点和引力波的研讨会。冈多菲堡在罗马东南方向的阿尔巴诺山上,俯瞰由死火山口形成阿尔巴诺湖。



梵蒂冈高科技望远镜 © VATT


保罗·穆勒(Paul Mueller)是耶稣会的成员,同时也是梵蒂冈天文台的天文学家。他成长于美国中西部,在获得波士顿大学物理学学士学位之后,他加入了耶稣会。在那里,穆勒在哲学、神学和物理学上取得了惊人的成就。


穆勒对我说,现如今先进科技和天主教信仰之间的冲突和过去相比已经缓和太多了,像子午线这样的基础测量工具和天主教教义之间的小差异根本不会引起双方的不适。穆勒说话的语速略微有些快,兼具严谨和耐心。毕竟,他的确站在一个会被双方攻击的立场:信徒们不明白他和他的天文学家伙伴们为什么要执着地撬开未知宇宙边缘的一角,这种行为就像不断地推翻创世纪;物理学家们又急于将梵蒂冈天文学划为不可救药的中世纪迷信并和他们撇清关系。


但是,穆勒强调,“不论我们在进行数学推算,在做科学研究还是在做艺术工作,人类任何带着尊敬和无私的行为都是神意的体现。科学是包含在内的。”


罗马安杰利圣母堂的子午线装置。© AMPHIPOLIS/CC BY-SA 2.0


穆勒再次强调,思考宇宙的起源或者测量黄赤交角和宗教信仰完全不冲突。他认为,无论这些观测可能会揭示怎样的规律,信仰恰恰是虔诚的宗教主义和看似与之矛盾的科学数据最终和解的原因。没有理由忽视或者回避理论上来说令人不舒服的科学成果(从前引发争议的科学研究成果也包含在内),例如进化论和气候变化,目前,教皇弗朗西斯正在敦促天主教徒接受这两种理论。


伽利略那个时代的天文学家的残酷命运已经清楚地解释了当时的教会是否会认可穆勒的评价。伽利略因为推动了“日心说”的发展(更不用说海尔布隆在伽利略传记中记述的“自大和傲慢”),被教会以异端罪名绑在火刑柱上烧死。直到1992年,伽利略才得以平反——虽然1757年,教会悄悄取消了对伽利略“日心说”的禁令,这时距离他殉难已有359年。


不过,穆勒也告诫我,不要过分强调子午线在教会事物中发挥的作用,尤其是在确定复活节日期方面的作用。他说:“毫无疑问,那些子午线帮助教会确定了这个重大的节日,它们是测量日光的精巧仪器;但是一定要记住,格里高利历法改革是在1582年实施的,比子午线出现的早了将近半个世纪,比卡西尼在博洛尼亚开工早了75年。”


圣白托略大教堂内景。© GIORGIA/CC BY-ND 2.0


18世纪中期,为了能够比从前更精确,整个欧洲的子午线全部被重做、更新或者微调,子午线被更强大的、用精密研磨的玻璃镜片制成的望远镜代替。


子午线的作用并没完全消失,而是不那么重要了而已。从前子午线被用来测量二至点,发现太阳和地球之间意想不到的角度关系,决定耶稣复活的日期;现在则被用来确定当地的正午时间。


如果你在太阳正午前回到圣白托略教堂(太阳正午与腕表或手机显示的12:00a.m.不同),你会看到圆盘形的光束正在向子午线水平移动。在太阳正午的特定时刻,太阳到达圆弧形轨道的最高点,光束会和子午线交叉,由早晨变成下午时,圆盘形的光束会越过子午线。


子午线沿对角线分割教堂内部,紧贴教堂的支撑柱。虽然教堂内部最贴近子午线装置制作的理想场地,但是在教堂内安装同样面临着许多独特的挑战。© GEOFF MANAUGH


这样看来,子午线像时钟一样运转着,并且随着强大的望远镜的使用,子午线作为教堂钟声的同步工具,找到了它的新角色。海尔布隆用子午线的新角色作为反驳“多维度的正午界定是非常麻烦的”的依据。当几个教堂“争相”鸣钟宣布正午已到,有些时候教堂之间会相差几分钟时,这个问题就会显得很尴尬。这种情况泄露了天主教文明看似十分严谨的时间结构下轻微混乱的状态。


这一平凡的使命某种程度上塑造了子午线目前的运作性质。正如海尔布隆指出的那样,许多制作子午线装置的工匠是钟表匠。他们金属零件加工和精密仪器制作的技能让他们在为大型建筑制作装置时有条不紊。


在现在这个原子钟、智能手机和电子计时器当道的时代,子午线的作用似乎更少了。游客们经常完全忽视它,更多地观赏壁画、拱门和彩色玻璃窗。尽管如此,子午线装置仍旧运转着。它们仍旧默默标记着时间的流逝和地球围绕太阳运动的轨迹,像宇宙中蠢蠢欲动的发条一般,在二分二至日到来时尤其不安。

更奇怪的是,这些装置实际上不是完全静止的。教堂中的永生之墙是移动的。经过这些年的移动,这些石壁开始下沉,不稳定地嵌在土壤中。离开了之前固定的黄赤交角,为测量结果引入了新的致误因素。


圣白托略大教堂屋顶的孔洞周围被饰以太阳纹路,无论象征意义还是视觉效果都是让信徒看向脚下。© GEOFF MANAUGH


佛罗伦萨圣母百花堂内由建筑师菲利波·布鲁内莱斯基(Filippo Brunelleschi)设计的子午线装置,最后只能被用来测量教堂本身移动了多少,完全不能再用于任何天文学观测,沦为建筑出现安全问题时的信号灯。


菲利波·布鲁内莱斯基(1377-1446):意大利文艺复兴早期颇负盛名的建筑师与工程师,他的主要建筑作品都位于意大利佛罗伦萨。


海尔布隆的书中记述,甚至在圣白托略大教堂,17世纪时,教堂天花板打通的孔洞就已经下滑了原始高度的4%,只有在比较圣白托略大教堂和其他教堂二至点的测量结果的时候,才发现了这一情况。关于这个孔洞到底移动了多长距离的争论也随之而来:有些人认为是原始高度的1%,有些人认为是4%,这意味着博洛尼亚数学家们的争执开始了。随后,他们很快地将争论的重点转移到教堂建筑将宇宙模型扭曲了多少上:这里说的是教堂建筑本身,而非为星体研究提供赞助的教会。


之后,有人提出了建筑移动问题的解决方案。方案中提到,可以在与教堂墙壁不相连的内柱上添加瓷片,这种做法意味着瓷片和建筑的其他部分相互隔开,这样的瓷片可以用作检查未来观测值的“基准点”。其他的解决办法建议使用独立的悬浮板,这样一来,教堂随着时间改变位置的时候,核心的科学装置会保持不变。


从某种意义上讲,这些建筑方面的细节莫名的支持了穆勒所说的观点,即现在的教会完全支持当代天文学研究。随着这些古老的建筑倾斜下沉或是成为观赏景点,我们碰触宇宙的方式也逐渐发生了改变。这些仍旧保留的子午线,是教会内产生的不幸斗争的伤痕,也是弥补信仰和物理学裂痕的桥梁。




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