人類認(rèn)識(shí)宇宙，從“看星星”開始

宇宙認(rèn)識(shí)的開端：與生產(chǎn)生活密切相關(guān)的天象觀測

“天地混沌如雞子，盤古生其中。”在古老的中國人看來，整個(gè)宇宙，也就是我們生活的世界，不過是一個(gè)混沌的類似于雞蛋的東西，盤古生在其中，創(chuàng)造了人類文明。當(dāng)然，除了這種“混天說”，早期中國人還提出了關(guān)于世界的“蓋天說”，即“天圓地方說”。“天似穹廬，籠罩四野。天蒼蒼，野茫茫，風(fēng)吹草低見牛羊。”穹隆狀的天覆蓋在呈正方形的平直大地上，天地宛如一座頂部為圓形的涼亭。

當(dāng)然，受科技水平和自身居住環(huán)境的限制，早期中國人對世界的這些認(rèn)知基本上都是通過“看天”的活動(dòng)得來的，且僅僅局限在他們所能看到的地球上。同樣，西方人最開始對宇宙的認(rèn)知也局限在自身生活的世界——地球上。他們把高山大海當(dāng)作宇宙的盡頭，認(rèn)為高山圍起了大地，而天空高高地懸掛在高山之上。每天，太陽會(huì)橫穿過天空，并在夜晚來臨時(shí)潛入地下隧道，等第二天又重新從東方升起。

“壬午卜，扶，奏丘，日南，雨”，距今三千多年的殷商甲骨文上的這段記錄，描述了人們根據(jù)太陽的位置變化來確定天氣的情景。實(shí)際上，在經(jīng)歷了不斷抬頭望天、看星星，以及對自身生存的世界的諸多猜測之后，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了天象（泛指各種天文現(xiàn)象）跟地球上的氣象（發(fā)生在天空中的風(fēng)、云、雨、雪等一切大氣的物理現(xiàn)象）密切相關(guān)，而氣象直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和季節(jié)變換。于是，有意識(shí)地觀察和認(rèn)識(shí)天象，以更好地服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活，就成了早期人類最感興趣的活動(dòng)之一。而這，也成了人類認(rèn)識(shí)宇宙的開端。

“斗柄東指，天下皆春，斗柄南指，天下皆夏，斗柄西指，天下皆秋，斗柄北指，天下皆冬。”距今2000多年的戰(zhàn)國古書《鹖冠子》中的這段內(nèi)容，描述了人們根據(jù)黃昏時(shí)分觀測到的北斗七星的位置來判斷季節(jié)的情況。實(shí)際上，經(jīng)過不斷觀測天象，人們逐漸從日月星辰的升降隱現(xiàn)中總結(jié)出了日、月、年的概念，并由此制定出了簡單的歷法。據(jù)記載，中國在殷商時(shí)期就制定出了陰陽歷，年有平年、閏年之分，平年12個(gè)月，閏年13個(gè)月，閏月置于年終，稱十三月。但在甲骨卜辭中還偶有十四月甚至十五月出現(xiàn)，這說明當(dāng)時(shí)人們還不能很好地把握年月之間的長度關(guān)系。此外，古埃及人很早就意識(shí)到了季節(jié)的變換，并有專門的人負(fù)責(zé)觀測天象。經(jīng)過長期的觀測，古埃及人產(chǎn)生了“季節(jié)”的概念，把一年定為365天。我們現(xiàn)在用的陽歷，就來源于古埃及的歷法。

就這樣，立足于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活，人們開始了天象觀測活動(dòng)，并根據(jù)天象逐漸總結(jié)制定出了系統(tǒng)的歷法。而這些天象觀測，無疑為人類認(rèn)識(shí)宇宙打開了大門。接下來，在繼續(xù)觀測天象的過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了天體（宇宙中各種實(shí)體如恒星、行星的統(tǒng)稱）運(yùn)行的規(guī)律，并開始有意識(shí)地研究這些規(guī)律從而重新認(rèn)識(shí)自身生存的世界。

古代人類的宇宙學(xué)說：從星占學(xué)家到球形大地

“天象垂，見吉兇，圣人象之。”距今三千多年的《周易·系辭上》上的這句話，體現(xiàn)出古代人類利用天象來預(yù)測吉兇的情況。實(shí)際上，在通過觀測天象制定出歷法、分出時(shí)節(jié)之后，人們從天體運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)頗有意思的東西——星辰的變化預(yù)示著人世間的興亡更替。于是，基于天文觀測的星占學(xué)說出現(xiàn)了，它給人類觀測研究天體運(yùn)行、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)宇宙奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“紫微星下凡”是古代中國人熟知的一句話。在他們眼中，紫微意味著紫禁城，是人間皇帝住的地方，因此紫微星就是“真命天子”。“每逢亂世，紫微星就會(huì)下凡，拯救世間蒼生，而他身邊總是跟著二十八個(gè)人。”這樣的說法聽來很玄妙，卻是當(dāng)時(shí)天文觀測成就的體現(xiàn)，紫微星和其身邊的二十八個(gè)人，其實(shí)就來自中國古代的天文圖——二十八星宿。二十八星宿，又稱二十八舍或二十八星，是古人為觀測日、月、星運(yùn)行而劃分出的二十八個(gè)星區(qū)，用來說明日、月、星運(yùn)行所到的位置。我們現(xiàn)在熟知的五行八卦中的四大神獸“青龍、白虎、朱雀、玄武”就來自二十八星宿。

同樣地，西方世界的天文觀測成就也體現(xiàn)在星占學(xué)上。公元前2000多年的美索不達(dá)米亞文明中的蘇美爾人就建造了七級(jí)神廟，每一級(jí)代表一個(gè)天體，即月亮、太陽、水星、金星、火星、木星和土星。他們認(rèn)為，這七顆天體可以為祭師們鋪平通向神的路。此外，他們還制定了自己的星座，并把天空分成三部分。

在蓬勃興起的星占學(xué)的刺激下，古代的天文觀測取得了卓越的成就，而星占學(xué)家對太陽、月亮和行星的研究，給整個(gè)天體運(yùn)動(dòng)研究提供了重大的驅(qū)動(dòng)力。借助于這些系統(tǒng)的觀測結(jié)果和天文圖，人們開始從科學(xué)層面重新認(rèn)識(shí)自身生活的世界，并有意識(shí)地建立關(guān)于世界本質(zhì)的宇宙模型。

我們知道的第一個(gè)宇宙學(xué)家是來自古希臘的泰勒斯。有“科學(xué)和哲學(xué)之祖”之稱的泰勒斯，是古希臘第一個(gè)提出“什么是萬物本原”問題的人。他認(rèn)為，水是世界初始的基本元素，大地一開始從海底升起，地面漂浮在海面上。隨后，泰勒斯的門生阿那克西曼德提出了新的學(xué)說，他試圖在這個(gè)學(xué)說中解析天體的形成。他認(rèn)為，太陽是天上最高的天體，其下是月亮，再下是“固定的”恒星，最后是行星。他同時(shí)相信，大地是一個(gè)圓柱體，人類就生活在圓柱體的一端。

公元前340年，古希臘哲學(xué)家亞里士多德的著作《論天》的出版，把人們帶入了認(rèn)識(shí)宇宙的新階段。在《論天》中，亞里士多德用絕對的事實(shí)論證了地球是球形的。首先，他發(fā)現(xiàn)月食的產(chǎn)生是地球運(yùn)行到太陽和月球之間引起的，此時(shí)地球把它的影子投射在月球上，導(dǎo)致了月食發(fā)生。由于地球的影子總是圓的，因此可以肯定，地球是一個(gè)圓球。另外，從地平線駛來的航船，一開始總是一個(gè)看不清特征的小點(diǎn)，當(dāng)它越來越近，你會(huì)看到更多細(xì)節(jié)。在這個(gè)過程中，人們總是先看到船帆，之后才會(huì)看到船身。高聳在船身上的桅桿首先露出地平線，這也說明地球是球形的。

從亞里士多德的“球形大地”開始，西方世界逐漸進(jìn)入了系統(tǒng)而科學(xué)地研究宇宙本質(zhì)規(guī)律的時(shí)期。而在中國，雖然人們很早就進(jìn)行天象觀測并取得了非凡的成就，但因?yàn)榉饨瘷?quán)的限制，這種研究并沒有形成體系。因此，在亞里士多德球形大地的基礎(chǔ)上，西方世界進(jìn)入了建立宇宙模型的階段，并由此帶領(lǐng)人類邁入了宇宙認(rèn)知的新篇章。

宇宙地心說：靜止不動(dòng)的地球，是宇宙的中心

據(jù)說，最早提出“地心說”觀點(diǎn)的人是古希臘學(xué)者歐多克斯。在這之后，“地心說”經(jīng)亞里士多德完善，并最終由托勒密發(fā)展成為“地球是宇宙的中心”的宇宙模型。

在亞里士多德論證地球是球形的同時(shí)，他就表達(dá)了“地球是宇宙中心”的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，宇宙是一個(gè)有限的球體，分為天地兩層，地球是靜止的，位于宇宙的中心。在地球之外，有9個(gè)等距離的天層，從里到外依次是月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恒星天和原動(dòng)力天，此外就空無一物。上帝推動(dòng)了恒星天層，從而帶動(dòng)所有天層運(yùn)動(dòng)。此外，亞里士多德還提出了構(gòu)成物質(zhì)的“五種元素”，即地球上的物質(zhì)是由水、氣、火、土四種元素組成，而天體則由第五種元素“以太”組成。

有人說，亞里士多德之所以認(rèn)為地球是宇宙的中心，是出于一些神秘的原因。不過，盡管他的“地心說”模型有模有樣，但隨著對行星觀測的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)它無法很好地解釋行星的“不規(guī)則”運(yùn)行。于是，公元2世紀(jì)，另一位天才的希臘天文學(xué)家托勒密在亞里士多德理論的基礎(chǔ)上，提出了更為完善的“地心說”。

在托勒密看來，要解決行星的不規(guī)則運(yùn)行，如某些時(shí)候行星會(huì)出現(xiàn)“逆行”現(xiàn)象，向著反方向運(yùn)行，勢必要在原本繞地球運(yùn)行的軌道之外，給行星再加一個(gè)運(yùn)行軌道。因此，他提出了“本輪”和“均輪”的理論，即各行星都繞著一個(gè)較小的圓周運(yùn)動(dòng)，而每個(gè)圓周的圓心都在以地球?yàn)橹行牡膱A周上運(yùn)動(dòng)，每個(gè)小圓周叫作“本輪”，繞地球的圓周叫作“均輪”。

在本輪和均輪的基礎(chǔ)上，托勒密提出了他的地心說宇宙模型。宇宙是一個(gè)套著一個(gè)的大圓球，地球位于圓球的中心，在地球周圍是8個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓球，上面依次承載著月球、水星、金星、太陽、火星、木星、土星和恒星。

對宇宙而言，最外面的圓球即是某種邊界或容器，而圓球之外為何物，還沒有人弄得清。在最外層圓球上，恒星占據(jù)著固定的位置，因此當(dāng)圓球旋轉(zhuǎn)時(shí)，恒星間的相對位置不變，圓球和恒星作為一個(gè)整體一起旋轉(zhuǎn)著穿越天穹；內(nèi)部的圓球攜帶著行星，這些行星除了在圓球上運(yùn)行外，還會(huì)繞著本輪的小圓周運(yùn)行，因此相對于地球，它們的軌道就顯得復(fù)雜，這就導(dǎo)致了它們的運(yùn)行有時(shí)候不規(guī)則。

相對于亞里士多德的地心說模型，托勒密的更為復(fù)雜，當(dāng)然也能更好地解釋行星的運(yùn)行。與此同時(shí)，他還提供了一種非常合理的精確系統(tǒng)，可以用來預(yù)測天體在天空中的位置。但是，為了正確地預(yù)測這些位置，托勒密不得不假設(shè)月球沿著一條特殊的軌道前進(jìn)，即在這條軌道上，月亮和地球的距離有時(shí)是其他時(shí)刻的一半，這意味著月亮在某些時(shí)刻看起來應(yīng)當(dāng)是其他時(shí)刻的2倍！這無疑是個(gè)瑕疵，但在當(dāng)時(shí)，由于托勒密地心說模型給恒星之外的天堂和地獄留下了大量的空間，因此天主教教會(huì)接納它為世界觀的“正統(tǒng)理論”，人們也開始普遍接受它。

科學(xué)發(fā)展最終證明，“地心說”是錯(cuò)誤的。但由于以地球?yàn)榉€(wěn)定中心，其他一切都圍繞著地球運(yùn)動(dòng)的觀念是如此令人信服，以至于好幾個(gè)世紀(jì)之內(nèi)托勒密的地心說模型都占據(jù)統(tǒng)治地位。但是，真理的殿堂從來都是不斷否定不斷建立新理論的過程，1300年后，終于有人大膽地反抗這一理論，并以大無畏的精神提出了全新的宇宙模型，這個(gè)人就是哥白尼！

日心說出爐：哥白尼“抗議”——太陽才是宇宙的中心

跟“地心說”一樣，最早提出“日心說”的人并不是家喻戶曉的哥白尼，而是古希臘最偉大的天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家阿里斯塔克斯。

阿里斯塔克斯出生于大約公元前310年，是人類歷史上有記載的首位提倡日心說的天文學(xué)者。他將太陽而不是地球放置在整個(gè)已知宇宙的中心，認(rèn)為太陽與固定的恒星不會(huì)運(yùn)動(dòng)，而地球繞著太陽運(yùn)動(dòng)。

不幸的是，由于阿里斯塔克斯的宇宙觀和日心說理論遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了時(shí)代前面，因而在當(dāng)時(shí)并未得到公眾的承認(rèn)，甚至還險(xiǎn)些被人以褻瀆神明罪起訴。于是，這個(gè)超前的理論就像珍貴的戒指被扔入大海般消失得無影無蹤，直到1800多年后哥白尼的出現(xiàn)。

1473年，哥白尼出生在當(dāng)時(shí)屬波蘭王國普魯士行省的小城托倫。在當(dāng)時(shí)，天文學(xué)采用的是托勒密的地心說體系。在這個(gè)體系中，由于托勒密提出了本輪和均輪的復(fù)合，因此它可以預(yù)測日食、月食，也可以解釋一些現(xiàn)象。但是，隨著天文觀測技術(shù)的進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)在托勒密的宇宙模型中，需要在行星軌道上附加太多本輪來調(diào)整軌道的周期，以適應(yīng)觀測的結(jié)果（在文藝復(fù)興時(shí)期，托勒密提出的本輪和均輪數(shù)目就達(dá)到了80多個(gè)）。這種現(xiàn)象引發(fā)了哥白尼的懷疑，他認(rèn)為，如果假設(shè)太陽是宇宙的中心，其他天體都圍繞著太陽旋轉(zhuǎn)，那么就不用人為地加上如此多的本輪了。但這樣的觀點(diǎn)在當(dāng)時(shí)是萬萬不敢提出的，因?yàn)樯系凼窃谖挥谟钪嬷行牡牡厍蛏蟿?chuàng)造了人類，如果說太陽是宇宙的中心，那無疑會(huì)被認(rèn)為是異端邪說。

不過，哥白尼并未因外界的壓力而放棄科學(xué)探索。1506年，在回國任教后不久，他就開始著手寫作自己的天文學(xué)說著作《天體運(yùn)行論》。1512年，哥白尼還把他任職地的城堡西北角的箭樓修建為自己的小型天文臺(tái)，用自己研制的簡陋儀器來進(jìn)行天文觀測和計(jì)算。之后，在1514年，由于害怕遭受教會(huì)的迫害，哥白尼通過匿名方式發(fā)表了自己的宇宙模型，即“日心說”。

他的觀念是：太陽靜止地位于宇宙的中心，地球和行星都在圍繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)。

他指出，人類生存的地球只是圍繞太陽的一顆普通行星，地球每天自轉(zhuǎn)一周，由此形成天穹的旋轉(zhuǎn)，而月球則在圓形軌道上繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，太陽在天球上的周年運(yùn)動(dòng)是地球繞太陽公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，地球上人們觀測到的行星的倒退或者靠近現(xiàn)象都是地球和行星共同繞日運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的結(jié)果。當(dāng)然，完整的日心體系在哥白尼1543年出版的《天體運(yùn)行論》中得到了詳細(xì)闡述，這本書也被認(rèn)為是現(xiàn)代天文學(xué)的起步點(diǎn)。

大地是運(yùn)動(dòng)的，對古代人來說，這一觀點(diǎn)是難以接受的。此外，“日心說”指出行星圍繞太陽做圓周運(yùn)動(dòng)，但行星運(yùn)動(dòng)的觀測結(jié)果并非完全符合圓周這一結(jié)論。因此，在哥白尼的《天體運(yùn)行論》出版后半個(gè)多世紀(jì)里，日心說仍然很少受到關(guān)注，支持者更是寥寥。直到1609年，伽利略使用剛發(fā)明的望遠(yuǎn)鏡觀測木星時(shí)發(fā)現(xiàn)，在木星周圍有幾顆小的衛(wèi)星在繞著木星做運(yùn)動(dòng)。這說明，天體并非都像亞里士多德和托勒密認(rèn)為的那樣直接繞著地球運(yùn)動(dòng)。幾乎在同時(shí)，另一位天文學(xué)家開普勒改進(jìn)了哥白尼的理論，使理論預(yù)言和觀測一下子完全符合起來，由此徹底宣告了托勒密“地心說”體系的死亡。

開普勒三大定律：我證明，地球是圍繞太陽運(yùn)行的

說到開普勒三大定律，就不能不說丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫。正是由于參考了他的大量珍貴、精確的天文觀測資料，開普勒才最終研究并發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，為牛頓萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。

作為一個(gè)天文愛好者，第谷從十幾歲就開始查看星歷表和天文學(xué)著作，并進(jìn)行天文觀測。1572年，第谷觀測到一顆非常明亮的星星突然出現(xiàn)在了仙后座，他為此進(jìn)行了連續(xù)幾個(gè)月的觀察，最終看到了這顆星星從明亮到消失的過程。后來，人們知道這并非一顆新星的生成，而是一顆暗到幾乎看不見的恒星在消失前發(fā)生爆炸的過程，這顆被發(fā)現(xiàn)的星星也被稱為第谷超新星。在1577年，一顆巨大的彗星出現(xiàn)在丹麥上空，第谷首次將彗星作為獨(dú)立天體進(jìn)行了觀測。觀測結(jié)果顯示，彗星的軌道不可能是完美的圓周形，而應(yīng)該是被拉長的，且由視差判斷該彗星與地球的距離比地月的距離更遠(yuǎn)。

隨后，第谷通過精確的星位測量，企圖發(fā)現(xiàn)由地球運(yùn)行而引起的恒星方位的改變，但結(jié)果一無所得。由此，他開始反對哥白尼的日心說，并在1583年出版的《論彗星》一書中提出一種介于地心說和日心說之間的理論，即地球是靜止的中心，太陽圍繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，除地球外的其他行星則圍繞著太陽做圓周運(yùn)動(dòng)。這個(gè)理論曾一度被人接受，中國明朝就使用了主要依據(jù)第谷的觀測結(jié)果而編制的時(shí)憲歷。

雖然第谷的行星模型很快就被淘汰了，但他的天文觀測對科學(xué)革命來說是個(gè)重大的貢獻(xiàn)。在第谷去世之后，他的助手開普勒利用他多年積累的觀測資料，仔細(xì)分析研究并提出了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，從而揭開了行星運(yùn)動(dòng)的秘密。

針對哥白尼的日心說體系，開普勒曾做過這樣的設(shè)想，即如果行星都在圍繞太陽而不是地球運(yùn)動(dòng)，同時(shí)運(yùn)行軌道又都是橢圓形的，那么每個(gè)行星的軌道就都會(huì)是一直向前的，也就不需要再添加什么復(fù)雜的本輪來進(jìn)行調(diào)節(jié)了。這樣一來，行星的運(yùn)動(dòng)不但可以用非常簡單、優(yōu)雅的軌道來描述，還可以解釋那些不符合圓周運(yùn)動(dòng)軌道的行星運(yùn)動(dòng)的觀測結(jié)果。在這個(gè)假設(shè)的基礎(chǔ)上，開普勒參考第谷的大量觀測資料，最終提出了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律。

開普勒第一定律，也叫橢圓定律、軌道定律：每一個(gè)行星都沿著各自的橢圓軌道繞太陽運(yùn)行，而太陽則處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)中。

開普勒第二定律，也叫等面積定律：在相同的時(shí)間內(nèi)，太陽和運(yùn)動(dòng)著的行星的連線所掃過的面積都是相等的。這也就是說，行星與太陽的距離是時(shí)遠(yuǎn)時(shí)近的，在最接近太陽的地方，行星運(yùn)行速度最快，在最遠(yuǎn)離太陽的地方，行星運(yùn)行速度最慢。

開普勒第三定律，也叫周期定律：行星距離太陽越遠(yuǎn)，其運(yùn)轉(zhuǎn)周期越長，而它的運(yùn)轉(zhuǎn)周期的平方與它到太陽之間的距離的立方成正比。由這個(gè)定律可以導(dǎo)出，行星與太陽之間的引力與半徑的平方成反比，這是牛頓萬有引力定律的一個(gè)重要基礎(chǔ)。

行星在橢圓軌道上繞太陽運(yùn)動(dòng)而不是以圓形軌道繞地球運(yùn)動(dòng)，這一結(jié)論直接印證了哥白尼的日心說理論，也說明了地球確確實(shí)實(shí)是圍繞太陽運(yùn)行的。而開普勒三大定律的提出，對行星繞太陽運(yùn)動(dòng)做了一個(gè)基本完整、正確的描述，解決了天文學(xué)的一個(gè)基本問題，也為接下來牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。牛頓曾說：“如果說我比別人看得遠(yuǎn)些的話，是因?yàn)槲艺驹诰奕说募绨蛏稀！焙翢o疑問，開普勒就是他所指的巨人之一。

宇宙無限性理論：布魯諾相信，宇宙沒有中心

喬爾丹諾·布魯諾，文藝復(fù)興時(shí)期意大利著名的思想家、自然科學(xué)家和哲學(xué)家。作為哥白尼日心說的堅(jiān)決擁護(hù)者，布魯諾用自己的生命將日心說傳遍了歐洲，成為人們眼中反教會(huì)、反經(jīng)院哲學(xué)的無畏戰(zhàn)士、捍衛(wèi)真理的殉道者。

1548年，布魯諾出生在意大利那不勒斯的一個(gè)小鎮(zhèn)上，自幼靠神甫們撫養(yǎng)長大。9歲時(shí)，布魯諾前往那不勒斯城學(xué)習(xí)人文科學(xué)、邏輯和辯論術(shù)，滿15歲時(shí)，他進(jìn)入當(dāng)?shù)氐男薜涝鹤隽艘幻薜朗浚@得教名喬爾丹諾。在修道院，布魯諾學(xué)習(xí)了亞里士多德學(xué)派的哲學(xué)和托馬斯·阿奎那的神學(xué)，并于24歲時(shí)被任命為神父。雖然已經(jīng)成為一名神職人員，但年輕人勇敢無畏、懷疑一切的精神使布魯諾在接觸哥白尼《天體運(yùn)行論》后不久就被吸引了，開始對宗教產(chǎn)生了懷疑。他認(rèn)為，教會(huì)關(guān)于上帝具有“三位一體”的教義是不對的，據(jù)說他還因此把基督教圣徒的畫像從自己的房中扔了出去。當(dāng)然，這樣離經(jīng)叛道的行徑激怒了教會(huì)，不久教會(huì)就革除了他的教籍。到1576年，為躲避宗教裁判所的追捕，28歲的布魯諾不得不逃出修道院，出國開始了長期漂流的生活。盡管如此，布魯諾依然大力宣揚(yáng)哥白尼的學(xué)說，并利用一切機(jī)會(huì)與官方經(jīng)院哲學(xué)的陳腐教條展開激烈辯論。

其實(shí)，布魯諾的專業(yè)既不是天文學(xué)也不是數(shù)學(xué)，他卻以超人的預(yù)見性豐富和發(fā)展了哥白尼的日心說體系。在他的著作《論無限性宇宙及世界》、《論原因、本原和統(tǒng)一》中，他提出了宇宙無限的思想，即宇宙是統(tǒng)一的、物質(zhì)的、無限和永恒的。他認(rèn)為，宇宙沒有中心，無論在空間還是時(shí)間上都是無限的，地球不是宇宙的中心，只是環(huán)繞太陽運(yùn)轉(zhuǎn)的一顆小行星；太陽也不是宇宙的中心，只是太陽系的中心。在無限的宇宙中，有千千萬萬顆像太陽那樣巨大而又熾熱的星辰，它們都以巨大的速度向四面八方疾馳不息，在它們周圍，也有許多像地球這樣的行星，行星周圍又有許多衛(wèi)星。此外，在無限的宇宙中，有無數(shù)個(gè)“世界”在產(chǎn)生和消滅，不過作為無限的宇宙本身，卻是永恒存在的，生命不僅在地球上有，在那些看不見的遙遠(yuǎn)行星上也可能有。

當(dāng)時(shí)，哥白尼的《天體運(yùn)行論》雖然已經(jīng)出版，但由于種種原因并未廣為人知，而布魯諾的大力宣揚(yáng)無疑讓整個(gè)歐洲都知道“日心說”體系。這對于宗教“上帝是在位于宇宙中心的地球上創(chuàng)造人類”的說法簡直是公然反抗。與此同時(shí)，布魯諾關(guān)于“宇宙無限”的種種學(xué)說，雖然現(xiàn)在看來無疑是那個(gè)時(shí)代最為超前的預(yù)見和理論，但在當(dāng)時(shí)幾乎無人理解，教會(huì)更直接斥責(zé)其為“駭人聽聞”，他本人也被看作極端有害的異端和十惡不赦的敵人。1592年，布魯諾在威尼斯被捕入獄，之后被囚禁牢中達(dá)8年之久。1600年，宗教裁判所判處布魯諾火刑。在羅馬的百花廣場，這個(gè)捍衛(wèi)真理的殉道者被活活燒死。

宇宙在運(yùn)動(dòng)：牛頓引力理論表明，宇宙不可能靜止

雖然開普勒發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動(dòng)的三大定律，但有一件事一直讓他很煩惱，那就是：是什么原因?qū)е滦行菄@太陽運(yùn)行。他曾以為是磁力導(dǎo)致行星圍繞太陽公轉(zhuǎn)，但行星運(yùn)行的橢圓軌道無法跟這一思想保持一致。事實(shí)上，直到1687年艾薩克·牛頓發(fā)表他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》，這一問題才最終得以解決。

有人曾把牛頓稱作“現(xiàn)代科學(xué)之父”，這一說法雖有些夸張，卻并不為過。時(shí)至今日，人們依然認(rèn)為《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》的出版，可能是物理科學(xué)領(lǐng)域有史以來最重要的著作。在這本書中，牛頓提出物體如何在空間和時(shí)間中運(yùn)動(dòng)的理論，認(rèn)為如果不受外力作用，任何物體都將保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。也就是說，一旦物體靜止下來，那么一定有一種外力阻止了它的運(yùn)動(dòng)，就像摩擦力和空氣的阻力會(huì)使?jié)L動(dòng)的足球靜止下來一樣。同樣的道理，如果一個(gè)物體做加速運(yùn)動(dòng)或者減速運(yùn)動(dòng)，或者是運(yùn)動(dòng)方向改變了，那么也一定是有外力作用在了它上面。

力的效應(yīng)能夠使物體運(yùn)動(dòng)或者改變物體的運(yùn)動(dòng)，這跟行星以橢圓軌道繞太陽運(yùn)行有什么關(guān)系呢？事實(shí)上，正是在這個(gè)力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系的基礎(chǔ)之上，牛頓在一個(gè)不慎掉落在其頭上的蘋果的啟發(fā)下提出了萬有引力定律：自然界中任何兩個(gè)物體間都是相互吸引的，這個(gè)吸引力的大小與兩物體的質(zhì)量的乘積成正比，與兩物體間距離的平方成反比。萬有引力定律，揭開了行星繞日運(yùn)行的真相。

在牛頓的理論中，自然界中的任何一個(gè)物體都用一個(gè)叫作引力的力吸引著其他的物體，一個(gè)大質(zhì)量的物體能把另一個(gè)小質(zhì)量的物體吸引到自己身上來。正因?yàn)槿绱耍覀兛吹匠墒斓奶O果總是落在地球的表面之上。事實(shí)上，蘋果對地球也有吸引力，但因?yàn)樘O果的質(zhì)量跟地球相比相差太多，所以看起來蘋果就像只被引力吸到地面上一樣。當(dāng)然，引力非常微弱，把兩個(gè)同樣大小的蘋果放在一塊是不會(huì)吸引到一起的。

不過，一旦引力作用在質(zhì)量巨大的物體，如太陽和行星之間，那影響就很大了。牛頓設(shè)想，如果沒有引力，天體一般會(huì)沿著某個(gè)方向做直線運(yùn)動(dòng)，但如果某個(gè)天體對另一個(gè)天體，如太陽對地球施加了引力，而這個(gè)引力又不足以大到讓它們撞在一起，那么地球的運(yùn)行軌道就會(huì)彎曲，變成繞太陽運(yùn)行。

為此，牛頓提出一個(gè)方程式來表示這種關(guān)系，并將這些數(shù)學(xué)方程應(yīng)用到開普勒的橢圓軌道上去。結(jié)果表明，二者符合得非常好，用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出的火星、木星、土星的軌道跟實(shí)測的結(jié)果完全符合。由此，人們知道，哥白尼和開普勒是正確的，行星是在引力的作用下在橢圓軌道上繞太陽運(yùn)行的。

萬有引力定律解釋了行星的運(yùn)動(dòng)，也確定了地球的運(yùn)動(dòng)，是現(xiàn)代物理學(xué)、天文學(xué)的開端。而它的提出，更是引發(fā)了天文學(xué)家們對宇宙狀態(tài)的關(guān)注：根據(jù)引力理論，恒星彼此間會(huì)相互吸引，這樣一來它們幾乎不可能保持所謂的靜止?fàn)顟B(tài)。這也就是說，宇宙不可能是完全靜止不變的，它事實(shí)上是運(yùn)動(dòng)的。運(yùn)動(dòng)的宇宙？這是真的嗎？在這個(gè)觀念的影響下，天文學(xué)家們開始了對宇宙狀態(tài)和起源的推測。

宇宙從何開始：在某一個(gè)有限時(shí)刻，宇宙開端了

彼此相互吸引的恒星，會(huì)不會(huì)最終落到某處去呢？1691年，大科學(xué)家牛頓給當(dāng)時(shí)的另一位權(quán)威思想家理查德·本特利寫了一封信。在這封信中，牛頓指出，如果宇宙中僅僅有數(shù)目有限的恒星，那么由于相互之間的吸引力，這些恒星最終會(huì)落到一個(gè)中心點(diǎn)上。但另一方面，如果恒星的數(shù)目是無窮大，并且大致均勻地分布在無限大的空間之內(nèi)，那么恒星就不可能落到一點(diǎn)上，因?yàn)榇藭r(shí)對恒星來說根本不存在所謂的聚落中心點(diǎn)。

正確地考慮無窮數(shù)目恒星狀態(tài)的辦法其實(shí)也很容易，那就是先考慮有限的情況。在一個(gè)有限的空間內(nèi)，由于引力作用，恒星會(huì)被彼此吸引內(nèi)落并集聚在一起。現(xiàn)在，在上述有限區(qū)域外再加上一些恒星，且讓它們也大體分布均勻，會(huì)發(fā)生什么變化？根據(jù)引力定律，后來補(bǔ)充的恒星依然會(huì)跟原來的恒星一樣，接連不斷地內(nèi)落而集聚。依此類推，人們得出的結(jié)論就是，不可能構(gòu)筑一個(gè)靜態(tài)的無限宇宙模型，因?yàn)橐τ肋h(yuǎn)是一種吸引力。

宇宙在運(yùn)動(dòng)！由引力定律得出的這個(gè)結(jié)論讓相信宇宙以不變狀態(tài)永恒存在的人們大吃一驚。但更讓人吃驚的事情還在后面。通常來講，在一個(gè)無限靜態(tài)的宇宙中，幾乎每一條視線或每一條邊，都會(huì)終止于某個(gè)恒星的表面。這樣一來，人們將會(huì)看到整個(gè)天空像太陽一般明亮，即便夜晚也是如此。但事實(shí)并非如此。于是，為避免這種狀況，就只能假設(shè)恒星并非永遠(yuǎn)在發(fā)光，它們只是在過去的某個(gè)時(shí)間才開始發(fā)光。那么問題來了：是什么原因?qū)е潞阈窃谧铋_始的位置上開始發(fā)光呢？

宇宙是否有一個(gè)開端？

當(dāng)問題進(jìn)展到這一步，人們不得不面對這個(gè)一直處于神學(xué)和玄學(xué)范圍的問題。事實(shí)上，在宗教的早期傳說中，有多種關(guān)于宇宙開端的觀點(diǎn)都認(rèn)為宇宙有一個(gè)開端。《創(chuàng)世記》一書中，圣奧古斯汀就設(shè)定宇宙的創(chuàng)生之時(shí)約為公元前5000年。而接下來，埃德溫·哈勃的發(fā)現(xiàn)，終于為這一構(gòu)想提供了科學(xué)依據(jù)。

1929年，埃德溫·哈勃完成了一項(xiàng)劃時(shí)代的觀測，即無論朝哪個(gè)方向看，遙遠(yuǎn)的恒星都在快速地遠(yuǎn)離我們所在的銀河系，也就是說宇宙在膨脹。這同時(shí)意味著，在過去的某個(gè)時(shí)間，天體是緊密地聚集在一起的。很快，關(guān)于大爆炸的學(xué)說興起了，它提出，曾經(jīng)存在一個(gè)稱之為大爆炸的時(shí)刻，那時(shí)候宇宙無限小，密度無限大，大爆炸之后宇宙逐漸膨脹，成為今天我們見到的樣子。在這個(gè)學(xué)說中，時(shí)間在大爆炸時(shí)有一個(gè)開端，即宇宙開始于某個(gè)時(shí)刻。哈勃的發(fā)現(xiàn)最終把宇宙開端的問題徹底納入了科學(xué)的范疇，人們由此可以說，時(shí)間有一個(gè)起點(diǎn)，即大爆炸瞬間，這意味著在這之前的時(shí)間是完全不可定義的。當(dāng)然，宗教人士依然可以相信，是上帝在大爆炸瞬間創(chuàng)造出了宇宙，上帝甚至可以在大爆炸之后的某個(gè)時(shí)刻創(chuàng)造宇宙，只不過創(chuàng)造的方式使之看上去像經(jīng)歷了大爆炸。但無論如何，設(shè)想宇宙創(chuàng)生于大爆炸之前是毫無意義的。大爆炸的宇宙并沒有排斥造物主的存在，只不過對他何時(shí)從事這項(xiàng)工作加上了限制而已。從這一點(diǎn)上說，宗教和科學(xué)終于達(dá)成了一致。