1700877552
1700877553
现代科学似乎早已脱离了这种古代宇宙观，但先人们的观念依然影响着我们日常生活中使用的比喻和语言。我们经常讲“迎难而‘上’”，我们祈祷“上”苍；而“下坠”（比如说“坠入爱河”）则意味着失去自我控制。更进一步说，“上”和“下”象征着肉体与精神之间的冲突。天堂在我们头上，而地狱在我们脚下。如果我们堕落，就会沉入大地深处。神明以及人类的一切终极追求，都在我们之上。
1700877554
1700877555
音乐是我们祖先体验超凡之感的另一种方式。聆听音乐时，我们常常会体验到一种能让时间永驻的美感。古人认为这种非凡美感背后肯定存在着一个有待破解的数学之谜。这样的想法自然而然。毕达哥拉斯（Pythagoras）学派2发现，音乐中的和弦与数字间的比例存在密不可分的关系，对于古人来说，这无疑是数学可以描述神之世界的另一条线索。
1700877556
1700877557
尽管我们对毕达哥拉斯和他的弟子们知之甚少，但我们完全能够想象，这些古人也会注意到对于数学的热忱与对于音乐的天赋往往会同时涌现。可以说，数学家和音乐家拥有一种共同的能力——他们都能识别、创造并操纵各种各样的抽象模式。或许，古人们会说，他们都能够感知神明。
1700877558
1700877559
在成为科学家之前，伽利略从小就精通音律。[3]他的父亲文森佐·伽利雷（Vincenzo Galilei）是一位著名的作曲家和乐理学家。有传言说，文森佐为了能让儿子了解和弦与数字比例的关系，将小提琴弦拉长，以至于穿过了家里的阁楼。一次，伽利略在比萨大教堂做祷告。在感觉无聊时，他偶然注意到，吊灯从一边荡到另一边的时间和它摆动的角度无关。单摆周期（周期指走完一次来回或轨道所需要的时间）与振幅间的独立性是伽利略的第一个科学发现。他是怎么注意到的呢？如果是我的话，肯定要用秒表或者时钟，可伽利略当时什么也没用。或许故事是这样的，当伽利略看到吊灯摆过他的头顶时，他开始默默地唱歌，用来计时。毕竟，伽利略后来声称，他可以心测1/10的脉搏时间。
1700877560
1700877561
当伽利略向大众介绍哥白尼的学说时，他多少显露出一些音乐家特有的浮夸。他用意大利语表述他的观点，而不是学者们常用的拉丁文。他塑造了两个虚构角色，当他们一起就餐或出行时，两人开始谈论科学，而伽利略的观点在谈话中得到了生动体现。由于这些表现形式，伽利略被誉为一位抛弃了教会和大学的官僚体系、为大众进行科普的民主主义者。
1700877562
1700877563
作为一名辩论家和实验学家，伽利略表现出了超凡的智慧。而更令人震惊的，是伽利略著作中所提出的新问题。这些问题的提出部分归功于文艺复兴后古代教条的瓦解。天堂尘世两分法此前一直阻碍着人们的思考。可伽利略对这种古老的观点却不以为然。达·芬奇在静态图像中发现了比例与和谐之美；伽利略却在诸如单摆摆动、小球滚落斜坡等日常运动中，找到了数学的和谐之美。在平等地向世人传播科学知识之前，伽利略早已是另一个意义上的民主主义者。在他眼中，宇宙是平等的，没有天地之别。
1700877564
1700877565
伽利略发现，古人所言的完美天堂，不过是一个谎言。借此，他破除了天空的神性。尽管伽利略不是望远镜的发明人，也不是用望远镜观测天空的第一人，但他利用自己独特的视角与才能，在天堂的不完美上大做文章。他发现太阳上有黑点；月亮上有山峰，而不是由第五元素组成的完美球面；土星呈奇怪的三重折叠形状；木星也有卫星；宇宙中还有许多其他恒星，只是之前它们不被人的肉眼所见。
1700877566
1700877567
已有前人预见了神之世界的衰落。早在1577年，丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe）就观测到一颗彗星穿破了天堂那层层完美的球壳。第谷是最后一位裸眼天文学家，也是其中最伟大的一位。在他的一生中，第谷和他的助手们积累了最为准确的行星运动测量数据。1600年之前，这些数据一直沉睡在第谷的资料手册中。正是那一年，第谷雇用了一个易怒的年轻助手，他的名字是：约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler）。
1700877568
1700877569
时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876948]
1700877570
从地心说到日心说
1700877571
1700877572
行星沿着椭圆形轨道运动，但它们的运动似乎并不总是保持一致。所有的行星大致都朝着一个方向运动，可有时，一些行星会暂停并沿反方向运动一段时间。对于古人来说，这种逆行是一大谜题。对这种行为的解释是，地球也是一颗行星，同其他行星一样，它也绕着太阳运行。古人所谓的暂停和运动不过是一种从地球视角出发所观察到的现象。当火星跑在地球前面时，它在天空中向东运动；当地球追上火星时，它会换个方向运动。因此，逆行不过是一个简单的地球运动效应。但我们的祖先不会这样看，因为他们迷信地球是宇宙的中心，是静止不动的。正因为他们认为地球是静止的，因此也就会认为自己所观测到的运动也一定是真实的。于是，古代天文学家往往会用行星的内在运动解释逆行现象。具体来说，他们会设想一个由两种圆圈构成的复杂系统；行星沿着一个小圆转，小圆的圆心再绕着地球转。
1700877573
1700877574
这些小圆被称作“本轮”（epicycle）。行星的本轮绕行周期是一年，这是因为这些本轮本质上就是地球绕日运动。另外一些参数调整引入了更多的圆。最终，整套行星运动系统需要55个圆。通过调准各个大圆的周期，天文学家托勒密将整个模型调整到相当好的精度（见图2-1）。几个世纪后，伊斯兰天文学家们对托勒密模型进行了进一步微调。到了第谷时代，这个模型可以以千分之一的精度预测行星、太阳和月亮的位置，且该模型的预测与第谷的观测相符。从数学上说，托勒密模型相当美丽。千年以来，天文学家和神学家们对它的前提假设毫无质疑。怎么可能说他们错了呢？毕竟，模型得到了观测的验证。因此，我们可以从这段历史中得到这样一个教训：数学上的美或实验上的验证，都无法保证一个理论所依赖的基本观点可以描述我们的现实世界。有时，对自然模式的解码会将我们引入歧途；有时，在个人层面或社会层面上，我们会自我欺骗。托勒密或亚里士多德的科研态度，毫不逊色于当代的科学家。他们只是不走运。在他们面前，多个错误的前提假设交织出一个运行良好的模型。对于这样的自我欺骗，实在没有什么解药。我们唯一可以做的是不断推动科学的前进，最终，其中的错误会自我显现。
1700877575
1700877576
1700877577
1700877578
1700877579
图2-1 托勒密宇宙模型原理图[4]
1700877580
1700877581
哥白尼最终解释了为什么本轮的周期都一样，为什么本轮都绕着太阳轨道运行。他赋予地球以行星身份，并将太阳放到了宇宙的中心。这一举动简化了托勒密的模型，却使得古代宇宙观无法继续生存。如果地球同其他行星一样，在天堂中穿行，那么尘世与天堂到底还有什么区别？
1700877582
1700877583
哥白尼是一个消极的革命者，他错失了其他一些线索。其中的一大线索是，在将地球的运动纳入计算之后，行星的轨道依然不是一个完美的圆。哥白尼无法脱离天体必须沿着圆运动的想法，为了解决这一问题，他还是使用了托勒密的方法，只是将所需圆的数量降至14个。哥白尼之所以引入本轮这一概念，也是出于理论符合观测数据的需要。
1700877584
1700877585
在行星中，火星的轨道偏离圆形最多。第谷给开普勒布置了一个课题，让他解释火星的轨道。这是开普勒的幸运时刻，也是科学的幸运时刻。离开第谷后又过了许多年，开普勒终于发现火星的轨道是椭圆形，而不是圆形。
1700877586
1700877587
在现代的读者看来，这一发现似乎算不上科学革命。在地心说中，行星相对于地球的轨道总是由两个不同周期的圆形轨道组合而成，因而总是不闭合的。只有当我们绘制它们的绕日轨道时，这些轨道才是闭合的。只有在轨道闭合之时，问轨道的形状如何才会显得有意义。这样看来，日心说深化了世界的和谐。
1700877588
1700877589
在我们了解行星的轨道其实是椭圆形之后，托勒密理论被彻底粉碎。一大堆新问题摆在我们面前：
1700877590
1700877591
●为什么行星沿着椭圆形轨道运行？
1700877592
1700877593
●为什么行星不能在天空中随机漫游？
1700877594
1700877595
1700877596
1700877597
●是什么使行星保持运动而不是静止？
1700877598
1700877599
1700877600
1700877601
对此，开普勒作出了一个大胆的猜想，这个猜想随后被证明半对半错。开普勒认为，源自太阳的力使得行星沿特定轨道绕行；太阳好似一条旋转的乌贼，它的触手推动着行星，使它们绕着太阳运动。这是有史以来第一次有人提出行星所受的力源自太阳。可惜，开普勒把力的方向搞错了。