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图2-1 托勒密宇宙模型原理图[4]
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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？
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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。
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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。
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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。
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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：
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●为什么行星沿着椭圆形轨道运行？
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●为什么行星不能在天空中随机漫游？
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●是什么使行星保持运动而不是静止？
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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。
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时间重生：从物理学危机到宇宙的未来 [:1700876949]
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大一统，逃脱时间的掌控
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第谷和开普勒打破了天体球的局面，从而将两个世界统一在一起。这一统一也将古人的时间观一同埋葬。在亚里士多德和托勒密的宇宙学中，一个没有时间的完美世界包裹着尘世。生老病死，这一切都说明我们所生活的世界受制于时间，局限于月亮轨道之下，而在其之上，是一个个永恒的、完美的圆形轨道。现在，将世界一分为二的天体球被彻底粉碎了。对于时间，这样一个新世界只能作出一种选择。整个宇宙是否都受制于时间，生生灭灭？抑或万事万物都逃脱了时间的掌控，生老病死不过是一些幻象？我们依然会就这一问题辗转反复。
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开普勒和伽利略并没有解决神的世界、永恒的数学世界和我们所生活的世界之间的联系。他们将这一问题继续深化，并打破天地之间的分界，将地球视作另一颗在天空中运行的神圣星球。他们发现，地球同其他行星一道，沿着以太阳为中心的数学曲线运动。但是，受时间约束的现实世界与独立于时间的数学世界之间依然横亘着裂痕，裂痕并未愈合。
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到了17世纪中叶，科学家和哲学家不得不对这一问题作出艰难的选择。这个世界要么存在于时间之内，要么存在于时间之外的数学世界。两条关于现实世界本质的线索仍然没有得到解答，尽管人们对于解释它们早已期待许久。一条线索是，开普勒发现行星沿椭圆形轨道运行，另一条线索是，伽利略发现物体沿抛物线下落。这两条线索都可以通过简单的数学曲线加以表达，每一条都是物体运动之谜的部分答案。分开看，它们都是伟大的科学发现；放在一起，它们是即将绽放的科学革命之花的种子。
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这种情况并没有发生在今日的理论物理学界。我们同样有两个伟大的发现，量子理论与广义相对论，我们渴求统一二者。大统一问题一直是我工作的焦点，我深感今日我们在这一问题上取得的成就来之不易。但同时我也深信，一些简单却不为我们所见的想法，可能会成为最终解决这一问题的关键。我们正在等待的不过是一个小小的新观点，可没有它，科学就无法进步。承认这一点，让身为科学家的我们蒙羞，但这确确实实在历史上发生过。在伽利略和开普勒提出他们的简单发现之前，科学革命一直被天堂尘世两分法所阻碍。这种两分法不允许人们把数学应用于尘世，同时它使人们相信我们无须考虑天体完美运动的成因，这无疑阻碍了我们对世界的理解。
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假如这一错误观念早早被人识破，科学史会发生怎样的改变？每当想到这个问题，我都会激动地颤抖。
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或许在伽利略之前1 000年，就有一位智者凭借人类当时取得的观测数据与数学工具，取得伽利略的成就；或许在第谷之前1 000年，就有一位希腊或者伊斯兰的天文学家，凭借当时的天文观测，取得开普勒大部分甚至全部的发现成就。我们无须等待哥白尼宣布地心说。早在公元前3世纪，天文学家阿里斯塔克斯（Aristarchus）便将日心说放上了台面。他的日心说被托勒密和其他伟大学者热议，这其中或许会包括亚历山大城的大数学家、哲学家希帕提娅。如果她和她聪慧的弟子，在此后发现了伽利略的物体下落轨迹定律，又或者是开普勒的椭圆轨道定律，科学史又会怎样发展？[5]或许在公元6世纪就会出现一位牛顿，整个科学革命将会提早1 000年。
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历史学家可能会对此提出异议：如果没有文艺复兴将思想家们从黑暗时代教条的桎梏中解放，哥白尼、伽利略、开普勒根本无法提出他们伟大的发现。但是，在希帕提娅生活的希腊化时代，黑暗尚未降临，希腊学和宗教原教主义之间的斗争尚未抹杀理性探索的精神。如果在罗马时期的亚历山大港或者是几个世纪后伊斯兰世界的某个学术中心，有人能够排除地心说，那么人类的历史将大为不同。只可惜，我们之中最杰出的科学家在最好的环境下依然不能实现观念上的跨越。他们无法想象数学定律可以管辖尘世，也无法想象动态的力在天堂中可以起到举足轻重的作用。只有在观念上将分割两个世界的球面彻底击碎，伽利略和开普勒才会提出他们伟大的发现。
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伽利略和开普勒都没能迈出这一步，他们都没能统一太空中行星划出的椭圆形轨道和地上物体下落时划出的抛物线轨迹。牛顿做到了这一点。
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在伽利略和开普勒的晚年，天地之间的边界已被打破。他们完全能够提出这样的问题：当一个物体被全力扔出时，它是否会绕着地球运行？如果此时物体的速度降低，它是否会下落？对于我们来说，这两个问题其实是一个问题，这显而易见；但对伽利略和开普勒来说并非如此。有的时候，从一个科学新发现到理解这个天体新发现背后的含义将足足花费一代人的时间。半个世纪后，牛顿彻底理解了，天体绕行不过是另一种形式的下落。天与地，终于完成了统一。