第1部分

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是先露出船帆，然後才是船身？

亞里士多德認為地球是不動的，太陽、月亮、行星和恆星都以圓周為軌道圍繞著它轉動。他相信這些，是由於神秘的原因，他感到地球是宇宙的中心，而且圓周運動最為完美。在公元后兩世紀，這個思想被托勒密精製成一個完整的宇宙學模型。地球處於正中心，包圍著它的是八個天球，這八個天球分別負載著月亮、太陽、恆星和五個當時已知的行星：水星、金星、火星、木星和土星（圖1。1）。這些行星被認為是沿著附在相應天球上的更小的圓周運動，以說明它們在天空中被觀察到的相當複雜的軌跡。最外層的天球被鑲上固定的恆星，它們總是停在不變的相對位置，但是總體繞著天空旋轉。最後一層天球之外為何物一直不清楚，但有一點是肯定的，它不是人類所能觀測到的宇宙的部分。

圖1。1從最裡面往最外面順序為月亮球、水星球、金星球、太陽球、火星球、木星球、土星球和固定恆星球。最中心為地球。

托勒密模型為預言天體在天空的位置提供了相當精密的系統。但為了正確地預言這些位置，托勒密必須假定月亮軌道有時離地球比其他時候要近一倍，這意味著月亮有時看起來要比其他時候大一倍。托勒密承認這個瑕疵，儘管如此，他的模型雖然不是普遍地、卻是廣泛地被接受。它被基督教接納為與《聖經》相一致的宇宙圖象。這是因為它具有巨大的優點，即在固定恆星天球之外為天堂和地獄留下了很多地方。

然而，1514年一位名叫尼古拉·哥白尼的教士提出了一個更簡單的模型。（起初，可能由於害怕教會對異端的迫害，哥白尼只能將他的模型匿名地流傳。）他的觀念是，太陽是靜止地位於中心，而地球和其他行星繞著太陽作圓周運動。將近一個世紀以後，他的觀念才被認真地接受。後來，兩位天文學家——德國的約翰斯·開普勒和義大利的伽利雷·伽利略開始公開支援哥白尼的理論，儘管它所預言的軌道還不能完全與觀測相符合。直到1609年，亞里士多德——托勒密的理論才宣告死亡。那一年，伽利略用剛發明的望遠鏡來觀測夜空。當他觀測木星時，發現有幾個小衛星或月亮繞著它轉動。這表明不象亞里士多德和托勒密所設想的，並不是所有的東西都必須直接圍繞著地球轉。（當然，仍然可能相信地球是靜止地處於宇宙的中心，而木星的衛星沿著一種極其複雜的軌道繞地球運動，表觀上看來它們是繞著木星轉動。然而哥白尼理論是簡單得多了。）同時，開普勒修正了哥白尼理論，認為行星不是沿圓周而是沿橢圓（橢圓是被拉長的圓）運動，從而使預言最終和觀察相互一致了。

就開普勒而言，橢圓軌道僅僅是想當然的，並且是相當討厭的假設，因為橢圓明顯地不如圓那麼完美。雖然他幾乎是偶然地發現橢圓軌道能很好地和觀測相符合，但卻不能把它和他的行星繞太陽運動是由於磁力引起的另一思想相互調和起來。對這一切提供解釋是晚得多的事，那是由於1687年伊薩克·牛頓爵士出版了他的《數學的自然哲學原理》，這部也許是有史以來物理科學上最重要的單獨的著作。在這本書中，牛頓不但提出物體如何在空間和時間中運動的理論，並且發展了為分析這些運動所需的複雜的數學。此外，牛頓提出了萬有引力定律，根據這定律，宇宙中的任一物體都被另外物體所吸引，物體質量越大，相互距離越近，則相互之間的吸引力越大。這也就是使物體落到地面上的力。（由於一個蘋果落到牛頓的頭上而使他得到靈感的故事，幾乎肯定是不足憑信的。所有牛頓自己說過的只是，當他陷入沉思之時，一顆蘋果的落下使他得到了萬有引力的思想。）牛頓繼而指出，根據他的定律，引力使月亮沿著橢圓軌道繞著地球執行，而地球和其他行星沿著橢圓軌道繞著太陽公轉。

哥白尼的模型擺脫了托勒密的天球，以及與其相關的宇宙存在著自然邊界的觀念。“固定恆星”除了由於地球繞著自身的軸自轉引起的穿越天空的轉動外，不改變它們的位置，很自然會使人設想到固定恆星是和我們的太陽類似的物體，只是比太陽離開我們遠得多了。

按照他的引力理論，牛頓意識到恆星應該相互吸引，看來它們不能保持基本上不動。那麼它們會一起落到某處去嗎？在1691年寫給當時另一位最重要的思想家裡查德·本特里的一封信中，他論證道，如果只有有限顆恆星分佈在一個有限的空間區域裡，這確實是會發生的。但是另一方面，他推斷如果存在無限多顆恆星，多少均勻地分佈於無限的空間，這種情形就不會發生，因為這時不存在任何一個它們落去的中心點。