宇宙

从地心说到日心说

最早研究太空的是撒马利亚人和巴比伦人。受限于认知，他们觉得水对人类很重要，所以所有东西都来自水——给水赋予了一种宇宙意义的价值。而天上则充满了洞，也就是星星，天空背后则是神圣的火焰。这些理论为古希腊人研究太空铺好了路基，但是后者确是使用更高级的工具，数学，来进行分析，远比撒玛利亚或巴比伦人走得远。希腊地理学家埃拉托色尼（Eratosthenes）设计了最早的一个科学实验，求出了地球的周长约为四万公里。这个结果已经相当准确了。

托勒密运用数学和几何工具计算推导出了一个数学上较为圆满的宇宙模型：他把地球放在了模型的中心，然后依次用更大的圆环指代月球、水星、金星、太阳、火星、木星以及土星的运行轨道，最外面一层则是恒星。他的计算结果以肉眼为度量时非常精确，并且成功使用本轮概念解释了行星的逆行现象（retrograde motion）。在教会的支持下，托勒密的天体模型深入人心，影响持续了一千四百年年，直到十六世纪的哥白尼。

哥白尼是教会中的神职人员，也是大教堂参事会的成员。他曾经十分欣赏托勒密的模型，一心想要把它简化。最终，他的理论把宇宙的中心从托勒密的地心说转移到了日心说。可惜的是，其作品一直被人们忽视。直到他去世六十年后，其理论才被开普勒拿出来作进一步研究。有了第谷记录的精准的数据支持，开普勒以其惊人的数学天赋，发现了三大定律。在第一定律中，他发现行星的运行轨道是椭圆形的，给占星学、天文学和哲学带来冲击。

伽利略比开普勒更进一步，他把支持日行说的著作发表成书向大众宣传，并引起了轰动。教会采取了镇压的手段作抵抗，彻查了相关著作，把伽利略和哥白尼的作品列为了禁书。由于受到宗教审判，伽利略被迫收回言论，他本人也被终生软禁。在这段时期，他发明了望远镜，并对月球、木星等天体进行了观测与绘制。

《Stephen Hawking's Universe》

光是宇宙的语言，也是用来分析宇宙的基本工具。牛顿改进了伽利略的望远镜，使其提高了一倍的放大倍率。这给他带来了十足的名声。光谱学约 1814 年被德国光学物理学家法朗霍伐发明。通过分析光谱，我们能知道光源所对应天体的组成元素。漩涡状星系第一次被人类观测到是在十九世纪。罗斯大伯爵三世在 1850 年打造了一款六英尺高的望远镜“帕斯城的巨海兽”，通过观测并绘制了漩涡状星系的插图。

爱因斯坦通过广义相对论推翻了牛顿的万有引力理论，并猜测宇宙在不断扩张。此时，哈勃的同事史聂赫（Vesto Slipher）以多普勒理论分析光线，发现所有可见的星系都有红移现象。而哈勃通过分析红移现象，发现不同星系的红移程度居然和我们距其距离成正比——这证实了爱因斯坦的猜想。据此，我们也就可以猜测，宇宙的“创世时刻”，也就是宇宙扩张之初，也许是一次大爆炸（Big Bang）。

从“地心说”到“日心说”，不是简单的意识形态斗争

科学革命的动机是科学方法论的简化——改变一个坐标系，就使得计算规则大大化简。