颍⒔鹦呛退恰Ｋ行行嵌荚谠残蔚墓斓郎先铺簦⊿ol）转动。月球被认为在圆形的轨道上绕着地球转动。
哥白尼和托勒密的体系并不是16、17世纪时仅有的关于太阳和行星的图景。图 1。10，摘自乔万尼·里奇奥利（Giovanni Riccioli，1598～1671）于1651年所著的《新至大论》＇25＇，很好地总结了摆在后哥白尼时代的天文学家面前的各种世界图景。这里有六个不同的太阳系模型（标为Ⅰ~Ⅵ）。
图 1。9 哥白尼的太阳中心模型，发表于 1543年。太阳周围的同心圆用罗马数字进行了标记。最外面的恒星层（Ⅰ）是固定的，里面是转动的行星层（Ⅱ~Ⅶ），依次是土星、木星、火星、地球（月球被表示成了新月的形状）、金星和水星的轨道
模型Ⅰ是托勒密体系，地球处于中心，太阳的轨道在水星和金星轨道之外。
图1。10 乔万尼·里奇奥利在1651年出版的《新至大论》中展示的六种主要的世界体系
模型Ⅱ是柏拉图体系，地球在中心，太阳和其他所有行星都在环绕地球的轨道上，但太阳的轨道在水星和金星轨道的里面。
模型Ⅲ称为埃及体系，其中水星和金星绕着太阳转，并随着外面的行星一起绕着地球转。
模型Ⅳ是伟大的丹麦天文学家第谷·布拉赫（1546～1601）提出的第谷体系，其中地球被固定在中心，月球和太阳绕着地球转动，但其他所有行星都绕着太阳转。因此水星和金星的轨道有一部分在地球和太阳之间，而火星、木星和土星的轨道则整个把地球和太阳包含在内。
模型Ⅴ叫做半第谷体系，由乔万尼·里奇奥利本人发明。在这个模型中，火星、金星和水星绕着太阳，并随着木星和土星绕地球转。里奇奥利之所以想要把木星和土星同水星、金星和火星区别开，是因为当时已经知道它们像地球一样有卫星（火星的两个卫星当时还未被发现），所以它们的轨道必须以地球为中心，而不是太阳。
模型Ⅵ就是哥白尼体系，我们已经在图1。9中展示过。
众多的古代宇宙观教给了我们一些简单的道理。仅靠观察宇宙就想理解它并不容易。我们被局限在一个特殊行星的表面上，同其他行星一起环绕着一颗中年恒星。因此，我们在地球表面所处的地点和时间以及可能抱有的对于我们应在大千世界中处于什么地位的观念，都强有力地决定了我们从夜空中能看到什么。我们的宇宙观预先确定了我们的宇宙模型。
随着我们对于宇宙的视界日益宽阔，这些问题也变得更为重要了。为了有所进步，我们需要描述和预言我们所能看到的宇宙中的天体运动。最终我们想了解整个宇宙究竟是什么样子的。在这个方向上，18世纪的天文学家果断地迈出了第一步。让我们跟上他们的步伐。
注释
＇1＇ C。 Cotterill；The Coroner’s Lunch； Quercus； London； （2007）； p。 123。
＇2＇ Presidential Address； Royal Astronomical Society； February 1963； see W。 H。 McCrea；Quart。 J。 Roy。 Astron。 Soc。 4； 185 （1963）。
＇3＇ G。 Gamow；My World Line； Viking； New York （1970）； p。 150。
＇4＇ 关于 universe一词的词源，可以追溯到 12世纪古法语中的 univers，而这个词又来自从前拉丁语中的universum。而这个词的源头又是unus，意思是“一”，以及vesus，动词vertere的过去分词，意思是“转变，围绕，合为或改变”。所以，我们得到的字面意思是，一切都“变成一”，或者“合为一体”。在卢克莱修（Lucretius，约公元前 99年～约公元前 55年）创作于约公元前 50年的拉丁文诗歌《物性论》（De rerum natura）的第4章第262行中，人们首次发现了universum的诗歌缩写体unvorsum的用法。另一种关于词源的解释则主要与“一切都围绕一”的想法有关，这个想法反映了古希腊宇宙学的思想，即天空最外层水晶球面转动，因而把变化和运动传递给了内层的行星球面，地球则静止地待在这些球面的共同中心。
＇5＇ 这其中包括著名的爱尔兰哲学家约翰·斯考特·爱留根纳（Johannes Scotus Eriugena，815～877）。他将大自然（事物最全面的集合）划分为存在的和不存在的两组。这两组又可以进一步分为四类：（1）可以进行创造，但不能被创造的；（2）可以进行创造，也可以被创造的；（3）可以被创造，但不能进行创造的；（4）既不能被创造，也不能进行创造的。爱留根纳把上帝归为第一类和第四类，所谓一切事物的开端和终结。柏拉图式的理念世界属于第二类，而第三类则是上帝主宰的物质世界。在13世纪后期，中世纪的教会区分了三种“万千世界”或万千宇宙，一种是在时间上前后相继的万千世界，一种是在时间上同时存在的万千世界，还有一种是在空间上并存且被虚空隔开的万千世界。
＇6＇ Genesis 28： 12–13。
＇7＇ 世界的起源是什么？是否会终结？如果会，又将以怎样的方式终结？人类对这类问题的探索有着悠久的历史。这种探索通常最早是以神话故事的形式出现，也就是把宇宙看作一种“东西”。就像地球上环绕在我们周围的那些东西一样，宇宙也是由别的东西做成的。受到各自不同生活方式的影响，人们提出了不同的宇宙模型。有的模型认为，宇宙是一种活的东西，是由众神孵化出的。有的模型认为，宇宙是一个人潜入海底时捉到的。有的模型认为宇宙起源于自泰坦之间的一次冲突。还有一些模型认为，宇宙就像一粒种子，发芽生根，到时候它会枯萎，然后又重生，就这样永远处于生死轮回之中。有的文化认为，宇宙根本没必要存在一个开始的时刻。他们认为宇宙的生死轮回是永恒的，不存在什么东西都没有的情况：宇宙就是一种东西，所以不可能什么东西都没有。即使在后来基督教“从无中创造”的创世理论中，也不存在什么都没有的情况。上帝永远存在，即使物质的宇宙不存在的时候也存在。在古希腊的思想家，如柏拉图（约公元前427年～公元前347年）看来，在表面的现象背后，存在一些永恒的法则或理念。在古代，没有任何理论认为，宇宙会无缘无故地产生。但这是一种非同寻常的想法。我们通常认为周围一切事物的产生都有各自的原因。桌子有其产生历史，由于某种原因，它从不那么有序的木头变成了桌子。可是，宇宙是不是一种像桌子一样的“东西”呢？又或者，宇宙就像社会一样，是某种东西的集合？两者之间的区别非常重要，因为社会的每个成员都有自己的母亲（各自的原因），但社会本身并没有母亲。关于各种文化的创世神话，以下书籍的内容非常全面：M。 Eliade；The Myth of the Eternal Return； Pantheon； New York （1954）； M。 Leach；The Beginning： Creation Myths around the World； Funk and Wagnalls； New York （1956）； C。 H。 Long； Alpha： The Myths of Creation； George Braziller； New York （1963）； E。 O。 James；Creation and Cosmology； E。 J。 Brill； Leiden （1969）； C。 Blacker and M。 Loewe （eds）； Ancient Cosmologies； Allen and Unwin； London （1975）。
＇8＇ 地磁南极和地磁北极的连线并不平行于地球的自转轴。
＇9＇ 伦敦在北纬51。5度，而新加坡在北纬1度。
＇10＇古代人把太阳在一年中所走出的圆形轨迹分成了黄道十二宫，并把它们叫做十二星座。古人认为地球是天体运动的中心，所以太阳绕着地球的视运动就会经过十二星座。人们在天空中给每个宫分配了大约 30度长（十二宫加起来就是 360度的圆）、18度宽（约定俗成）的地方。
＇11＇这些星星叫做北天拱极星。
＇12＇由于天空中存在这些不可见的区域，而且随着观测者所处纬度和时期（就像陀螺一样，地球的自转轴正以 26 000年为周期在发生摆动）的不同，不可见区域的分布也会发生变化。人们试图利用这一规律来确定古代星图制作者所生活的时期和纬度。古代星图所描绘的星空和今天观察到的星空有所不同，这是因为对当时的观测者来说，今天我们可见星空的一部分区域永远都不会从当时的地平线上升起。这些研究还面临着诸多困难，最近的一篇综述请见：J。 D。 Barrow； Cosmic Imagery； Bodley Head； London （2008）； pp。11–19。
＇13＇关于北方神话中大磨盘问题的调研，有一本书很有趣：Hertha von Dechend and Giorgio de Santillana； Hamlet’s Mill； Gambit； Boston （1969）。作者说，由于星空呈现为一个大磨盘的样子，北半球高纬度地区流传的天空神话之间存在某种文化上的一致性。不过，由于对某些问题一概而论，这本书招致了古代天文学研究者的批评，可参见以下书评：C。 Payne…Gaposchkin； J。 Hist。 Astronomy 3； 206 （1972）。
＇14＇ D。 G。 Saari；Collisions； Rings； and Other Newtonian N…Body Problems； American Mathematical Society； Providence； RI （2005）。
＇15＇实际上，在亚里士多德看来，这两个问题是一回事。他认为，绝对的真空不会产生阻力，因此物体的运动速度就会变成无穷大。大自然在任何情况下都不允许绝对真空和真正的无穷大出现，这种观念在西方哲学中延续了一千五百多年。
＇16＇这是人们第一次在物理学里提到拓扑问题。实际上，亚里士多德的论述并没有将球体理解为地球唯一可能的形状。为了不让地球转动时产生真空，或进入真空的区域，地球的形状只要是由任何一种旋转对称的图形绕着中心自转而成的就行了。
＇17＇任何由同心圆盘堆成的形状都可以。但球体的好处是，绕着任何直径转动都是对称的。
＇18＇Brian Malow；Nature 11 December 2008。
＇19＇行星并不是直接落在水晶球面上，而是在另一些以球面上的某一点为圆心的圆上。
＇20＇另一种方法略有不同，也就是让地球略微偏离均轮的圆心。对不同的行星来说，圆心偏离地球的程度也各不相同。如果要进一步提高精度，就要让行星的轨道处于不同的平面中。
＇21＇这是阿方索十世对托勒密行星系统的数学复杂性的评价，可能是伪托。
＇22＇在现代天体动力学的研究中，如果一种运动像中世纪学者对托勒密本轮理论的扩充一样，是由数量有限的周期运动叠加而成的，就叫做准周期运动（quasi…periodic）。如果无限多个运动叠加以后，收敛为一个有限的结果的话，那么这种运动就叫做殆周期运动（almost periodic）。
＇23＇ O。 Gingerich；The Book That Nobody Read； Walker； New York （2004）。在《无人读过的书》中，金格里奇对哥白尼《天体运行论》的价值和影响给出了极高的评价。他翻阅了所有现存的《天体运行论》的早期版本，研究它们分别被谁读过以及读得有多深入。
＇24＇公元前 3世纪，萨摩斯的阿里斯塔克（Aristarchus of Samos，公元前 310年～约公元前 230年）也提出了这个设想。在《数沙者》（The Sand Reckoner）一书中，阿基米德（公元前287年～公元前212年）提到了这个设想：“但是，萨摩斯的阿里斯塔克写了一本书，提出了一些假设，最终的结论是，宇宙实际上比我们现在所能想到的情况大很多倍。他假设恒星和太阳都是静止的。地球在绕着太阳转动，而太阳则位于地球轨道的中心。”
＇25＇ G。 B。 Riccioli；Almagestum Novum； Bologna （1651）。
第2章
对于自身重要性的执著
对称性让我平静。缺少对称性则让我发狂。
——伊夫·圣·罗兰（1936～2008，法国时尚设计师）
特殊的时间和地点
不要把它想成与赤道平行的纬线，而要意识到当初它也有机会成为赤道。
——马克·吐温（1835～1910）
尼古拉斯·哥白尼的名字已经与一整套世界观紧密联系在了一起。在科学界，人们用“反哥白尼”来作为对人类中心论思想的蔑称。在天文学界，人们常常将人类在宇宙中的位置并不特殊的假设尊称为哥白尼“原理”。我们不该像古代人那样，认为地球是宇宙的中心，而是应该假设宇宙到处都一样，并以此作为我们理论的基础。所以，地球应该是宇宙中一颗典型行星，在一个典型星系中围绕一颗典型恒星转动。
把地球和人类从宇宙中心移走，是科学家们取得的一个重大进步，但如果过于执著于此的话，我们也不得不承认这个原理也有它自身的隐患。尽管我们没有理由相信自己在宇宙中的位置在各个方面都具有特殊性，但否认它在某些方面可能具有特殊性则是过犹不及。
现在我们已经懂得，在宇宙中，生命只能存在于某些特殊地方。显然我们不能活在恒星的中心，那里连原子都不能幸存；也不能活在物质密度过于稀薄的地方，那里形成不了恒星。＇1＇如果对生命来说，宇宙的这些“典型”环境都过于严酷，使之无法生存和发展，那么我们就不可能处在典型位置上。这种对哥白尼原理的简单节制，对检验现代宇宙学理论而言至关重要。＇2＇
就像房地产经纪人所说的，地理位置不代表一切。我们也必须考虑到人类在历史长河中的位置。如果宇宙的总体性质随时间变化，例如年龄越大就越热或越冷，那么我们会发现，只有在宇宙的某些特殊时期，才可能允许恒星、行星和生命的存在。今天我们观察到膨胀宇宙的绝大多数重要特征都与这种偏倚（bias）有关联。现在的宇宙看起来已经很老了，因为构建化学复杂性的砖块，如碳、氮和氧等化学元素的原子核，早已在恒星的缓慢核燃烧过程中造了出来，核燃烧过程在超新星爆发时达到顶峰，将这些生命的必需元素在太空中散播开来。①这些成分变成了行星，最终构成了你