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#雅典学园的长廊下 当你来到亚里士多德时代的吕克昂学园，你就会发现，地球不是宇宙的中心这种说法并没有什么新奇。大约200年前的毕达哥拉斯学派就提出过类似的观点。 毕达哥拉斯认为：宇宙的中心是一团中央火，包括地球在内的日月星辰都被镶嵌在各自的天球中，由天球带着它们围绕这团中央火做匀速圆周运动。
毕达哥拉斯宇宙模型 然而在注重实践和观测的亚里士多德看来，这样的宇宙模型站不住脚。一方面，毕达哥拉斯学派所构想的中央火无法观测，不可认知，纯粹是一种哲学，甚至是神学上的构拟；另一方面，出于这一学派特有的神秘主义气质——他们认为十是一个完美的数——因而天球也应该有十层，但是当时的观测结果只支持九层天球，为此他们特意构拟了一个同样无法被观测且不可知的“反地球”，让其独占一层天球，以便凑足完美的十层天球模型。虽然毕达哥拉斯的天球模型被后世所继承，但他们这种结果先行的做法，连雅典人都不以为然。
但是你也许会问，为什么他们没想过地球也可以围绕太阳转动呢？ 其实这对他们来讲反而是不可想象的。 一方面，古希腊人认为如果地球围绕太阳运动会导致地球上刮起永不停止的强风，就像奔跑的人会感受到迎面吹来的风一样。这是由于希腊人不相信宇宙是真空的，亚里士多德还有一个著名的论断：“自然界厌恶真空”，也不可能知道空气是因为引力被束缚在地表。 而更重要的另一方面，希腊人已经发现了视差现象。譬如二人并排站立，一同观测远处的雕像，站在左边的人会看到雕像出现在视野的右侧，而站在右边的人则相反。而如果地球在公转，那么当人们从太阳这一侧观测一颗恒星所在的位置，与从太阳另一侧观测同一颗恒星的位置，一定会有所差别，这便是恒星视差现象。但是事实上由于恒星距离地球都十分遥远，囿于当时的观测手段，希腊人发现不了这样细微的视差。
天体视差现象 因此实际上就古希腊的科学观测能力而言，恰恰是地心说更能站得住脚。 然而，博学的你知道，从地球上看，行星运行轨道其实远不像希腊人所说的那样做匀速圆周运动，相反还有些杂乱无章。其中典型的现象便是行星逆行。 正常的行星运行轨迹是自西向东运转，但是每年总有那么几个月，它会逆行一段时间，然后再恢复顺行的状态。从地球上看，大体呈现这样的轨迹。
从地面上看到的行星逆行 实际上逆行现象很容易用日心说的观点来解释，一图胜千言。
从日心说的角度看行星逆行 本质上，行星的逆行，都是因为不同轨道上的星球运行速度不同而导致的。而用亚里士多德那个时代的地心说模型，根本无法解释，因而逆行也被定义为天体运动的例外情况。 #托勒密的宇宙 其实逆行问题在古典时代晚期便已经逐渐通过一种新的地心说模型解决了。这就是著名的托勒密模型。 托勒密是罗马帝国时期的希腊天文学家（并非那个亚历山大的部将），他在总结古代天文学家阿波罗尼乌斯和希帕索斯的著作后，完善了一种叫本轮—均轮系统的天体运行模型。
本轮与均轮 具体而言，在托勒密系统中，围绕地球运转的不是行星本身，而是行星公转的圆心，在这个系统里，行星公转的轨道叫本轮，而本轮圆心围绕地球运行所画出的圆周，就叫均轮。当行星运行在均轮以外时，它便是顺行的，在均轮以内运行时，从地球上看它便是逆行的。而且可以通过天文观测结果推定行星运行的速度，计算每颗行星的本轮和均轮的大小，从而几乎完美地解释所有的顺行和逆行周期。
托勒密模型中的行星逆行 这样便在不触动地心说的基础上，将曾经被视为例外情况的行星逆行现象统一到宇宙模型中。而且更令人惊叹的是，当时的科学家已经观测到行星围绕地球转动时，在不同位置的速度是不一样的。这一发现将让开普勒发现足以开启现代科学的三大运动定律，但是在当时，学者普遍认为天体运行受着神圣法则的统御，而必须保持数学上完美的匀速（无论何时，线速度永远不变）圆周（圆周上每一个点与圆心的距离不变）运动。那么如何将实际观测结果和这种带有神学意味的理论统一起来呢？托勒密系统引入了偏心轮概念。
偏心轮系统 托勒密模型认为，我们之所以观测到速度变化，是因为地球并没有处在均轮的圆心上，而是有所偏离，在这种情况下，同样的线速度可以产生不同的角速度，因此会出现行星时快时慢的错觉。 托勒密体系就是这样一套精妙的体系，虽然基本可以解释当时天文观测结果，但是它的问题在于，一套本轮—均轮体系只能解释一颗天体的运动，每发现一个新的天体，就要重新设计一套，十分复杂。而数学上的极端复杂，也令其成为一座不可触动、无法修正的纸牌屋。
#启明星 1533年，教皇克莱门特七世听取了他的秘书向他汇报的，波兰神父哥白尼以太阳替代地球作为天体运转轴心的日心说研究动态，这一年距离《天体运行论》正式出版还有十年，有趣的是，纵然教廷以托勒密系统为正统宇宙学模型，但在这本书出版后整整七十年的时间里，这种明显带有异端色彩的理论却没有被罗马教廷所禁止。这种令后人惊讶的宽容态度，令本书得以启发之后的整个时代。 其中最重要的两个人物便是伽利略和开普勒。
伽利略（左） 开普勒（右） 伽利略作为一名天主教徒，因为支持日心说，得罪了一些多明我会的修士，其中一名叫劳里尼的修士甚至写信给当时的宗教裁判所秘书红衣主教史丰丹，指控伽利略在佛罗伦萨散布歪理邪说。 但是伽利略利用他改良的望远镜打碎了从古希腊时代对月球表面的美好幻想——作为神圣法则的体现者，天体应该是完美的。伽利略发现在月球上有大量和地球类似的高山深谷，甚至有一块凹坑看起来像“波西米亚的某个地方一样”。他还发现了木星的四颗卫星（他将此发现命名为美第奇星，以回报支持他的美第奇大公），原来木星和地球一样也有自己的月亮，还不只一颗。他的发现证明了地球与其他行星无二，并没有受到上帝的特殊眷顾。
木星的四颗卫星 虽然十分具有突破性，但这些发现并没有给他带来太多麻烦，甚至后来教皇乌尔班八世在一段时期内对他赞不绝口。真正给他带来麻烦的倒是他与罗马教廷的敌人——路德派新教徒的通信，而这些通信中，或许便包含了与开普勒的通信。 开普勒原是一位路德派新教徒，同时也是一位占星师，但是他才华横溢，对天体运动的研究颇有见地。1600年，年仅30岁的开普勒向丹麦著名天文学家第谷·布拉赫写信介绍了自己的观点，彻底打动了这位从事了30多年天文观测，积累了海量精确观测记录的学者。 第谷去世后，开普勒接手了第谷的观测结果，并试图从中提炼出数学规律。虽然一开始他自信满满地打赌自己能在八天内完成这项工作，但是他发现在他的计算中，火星在某一节点的位置与观测值差了整整8°！这在天文学上是一个不可接受的误差。此后，他花费了四年时间，进行了70多次复杂的计算，终于发现，从托勒密一直延续到哥白尼的匀速圆周运动和偏心轮假设其实并不成立，如果在这样的假设基础上，无论采用何种计算方式，都无法抹平误差。于是开普勒果断抛弃了这两个假设，采用椭圆形轨道变速运行假设，终于令理论与观测完全相合，并且还以此为基础提炼出他的三大运动定律，后来又成为牛顿万有引力公式的基础。 至此，地心说终于完成了它的历史使命。每一个时代的科学都以解释每一个时代的观测为目的，无论是繁是简，无论合理与否，都是汇聚了一个时代最聪明的人才的智慧与努力。诸如地球不是宇宙的中心这样一个自我们幼儿时代便知晓的常识，却也让人类付出了两千年的努力才得以获知的。 本文根据2016年牛津大学出版社出版，2020年格致出版社引进翻译的新书《次终极追问：科学与宗教的纠葛》整理而成。本书的两位作者——安德鲁·布利格斯（andrew briggs）是牛津大学材料系纳米材料研究首席教授，剑桥大学物理学博士；罗杰·瓦格纳（roger wagner）是英国著名画家，其作品被牛津大学的阿什莫林博物馆和剑桥大学的菲茨威廉博物馆都永久收藏，现任教于拉斯金艺术学院。 前者是量子物理领域的前沿科学家，后者是当代最杰出的宗教画家之一，相信两位作者对于科学与宗教的纠葛这个宏大的话题，会给读者一个严谨的交代。 上观号作者：世纪阅读 |
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