太陽東升西落，日復(fù)一日，年復(fù)一年；人們?nèi)粘龆鳎章涠?。這幅景象自人類誕生以來，就幾乎從未改變過。一個(gè)孩子自懂事開始，就會(huì)問這個(gè)樸素的問題：為什么會(huì)有白天和黑夜？這個(gè)在今天看來簡單得不能再簡單的問題，卻在人類歷史上引發(fā)過持續(xù)上千年的世紀(jì)大辯論，古代的先哲們?yōu)榇藗噶四X筋，磨破了嘴皮。這個(gè)問題之所以重要，因?yàn)樗玛P(guān)日月星辰運(yùn)行的根本大法，是打開宇宙奧秘的第一扇大門。

一個(gè)普通人就能用自己的眼睛發(fā)現(xiàn)，太陽升起，大地一片光明；太陽落下，則夜幕降臨，雖有月亮和星光，但它們無法帶來光明。所以，任何人都可以由自己的觀察得出結(jié)論：太陽的東升西落帶來了白天和黑夜。一次太陽東升西落的周期，人們稱之為“一日”。

如果你每天晚上都觀察月亮，你會(huì)發(fā)現(xiàn)月亮每天升起的時(shí)間總是會(huì)比前一天晚上晚48分鐘，而且月亮總是會(huì)從一個(gè)彎彎的弓形慢慢地變成滿月，然后又慢慢變彎，如此周而復(fù)始。這樣的一個(gè)周期，人們稱之為“一月”。

太陽和月亮的變化規(guī)律，我們每一個(gè)普通人很容易就能注意到，然而星星的變化規(guī)律，就不是每個(gè)人都能注意到的了。如果你從今天開始，每天晚上到同一個(gè)地點(diǎn)去觀察頭頂?shù)拿利愋强?，?jiān)持觀察一年并且非常勤快地做好記錄的話，那么你應(yīng)當(dāng)能注意到這樣一些情況：

我們頭頂上的絕大多數(shù)星星都在整體緩慢地向一側(cè)移動(dòng)，例如：你每天晚上都記錄一下天狼星剛好位于遠(yuǎn)處一棵樹梢尖上的時(shí)刻，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，天狼星每天都會(huì)提早4分鐘到達(dá)這個(gè)指定位置，而整整一年后，天狼星又會(huì)在同一時(shí)刻出現(xiàn)在與一年前完全相同的位置。年復(fù)一年，周而復(fù)始。

如果你把所有星星在一個(gè)夜晚走過的路徑連接起來，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們整體繞著北極星旋轉(zhuǎn)，而這顆北極星似乎永遠(yuǎn)處在同一個(gè)位置，一年四季從不變化。人們把這些每年同一時(shí)刻都處在同一個(gè)位置的星星稱為“恒星”。

圖2-1　美麗的星軌照片

（內(nèi)蒙古鄂托克旗　　華佳俊拍攝并合成）

但是，天上還有五顆很特別的星星，雖然它們只是星星中的九牛一毛，但是你卻很容易發(fā)現(xiàn)它們（至少能輕易地發(fā)現(xiàn)其中的四顆），因?yàn)樗鼈兪翘炜罩凶盍恋哪菐最w。這五顆星星每天晚上在天空中的位置都是不同的，而且亮度也會(huì)發(fā)生變化。人類一定是很早很早就注意到了這五顆星星，中國人根據(jù)傳統(tǒng)的五行學(xué)說把它們稱為：金星、木星、水星、火星、土星。而西方人則把它們叫做：Venus（愛神維納斯）、Jupiter（眾神之王朱庇特）、Mercury（信使神墨丘利）、Mars（戰(zhàn)神馬爾斯）、Saturn（朱庇特的老爸農(nóng)業(yè)神撒圖爾努斯）。

這五顆星星在天上的運(yùn)動(dòng)變化真可以用“神出鬼沒”來形容，它們時(shí)而出現(xiàn)在早上，時(shí)而出現(xiàn)在傍晚；有時(shí)候朝這個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，有時(shí)候又朝著完全相反的方向運(yùn)動(dòng)。有些星星會(huì)整夜整夜地消失很多天，然后又突然冒出來，它們的出沒似乎完全沒有規(guī)律可循，尤其是這五顆星星互相之間排列成的圖形，那就更是千變?nèi)f化了，沒有一個(gè)晚上會(huì)重復(fù)，也沒有任何一年的任何一天會(huì)重復(fù)（這些千變?nèi)f化的圖形是占星家們有飯吃的保障，如果每天的圖形都一樣，占星家們就得集體失業(yè)）。這五顆星星相對于滿天的繁星來說，就好像是五個(gè)會(huì)行走的異類，因此，人們把這五顆星星稱為“行星”。

太陽、月亮、五大行星、恒星構(gòu)成了望遠(yuǎn)鏡發(fā)明之前的全部可見宇宙，在人類文明誕生的前4700多年中，這四種天體幾乎就是占星家們的全部家當(dāng)[1]。在古代，占星家就是天文學(xué)家，他們之間沒有區(qū)別。這些天體為什么會(huì)呈現(xiàn)這樣的變化規(guī)律，又該如何精確地預(yù)測它們在天空中的位置，這些問題讓一大批古代先哲們癡迷不已，他們爭先恐后地提出自己的觀點(diǎn)，各種學(xué)說粉墨登場，蔚為壯觀。

首先登場的是畢達(dá)哥拉斯學(xué)派，“掌門”畢達(dá)哥拉斯的觀點(diǎn)是這樣的：

宇宙的中心是球形的地球；地球外面被一圈球形的天空包裹著；天空的外面是一圈稱之為“和諧”的球。在這個(gè)“和諧球”里面，距離地球由近及遠(yuǎn)運(yùn)行著五大行星、月亮、太陽，再外面一圈就是“天界”，恒星在里面運(yùn)行，“天界”之外就是一圈永不熄滅的天火。所有的這些天體都圍繞著地球做著勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

然而畢達(dá)哥拉斯的一個(gè)學(xué)生菲洛勞斯（Philolaus，前480年～？）卻提出了異議：“先生，您的這個(gè)觀點(diǎn)從數(shù)學(xué)上來說，還是不夠和諧。是您親口教導(dǎo)我們，宇宙中的萬物規(guī)律必然在數(shù)學(xué)上是和諧完美的?！?/p>

畢達(dá)哥拉斯有點(diǎn)小不高興，反問道：“那你說說看，怎么就不和諧了呢？”

菲洛勞斯謙卑地說：“先生，我們來數(shù)一下，地球、月亮、太陽、金、木、水、火、土、恒星球，一共是9個(gè)天體，對不對？但是9這個(gè)數(shù)字明顯是不對的。我記得您教過我們，這個(gè)世界上只有1、3、6、10才是神圣的四重?cái)?shù)，因?yàn)檫@些數(shù)字剛好能組成一個(gè)完美的等邊三角形。因此，我認(rèn)為，天體的數(shù)量一定是10個(gè)，而不是9個(gè)?！?/p>

畢達(dá)哥拉斯呆了一呆，有點(diǎn)兒小尷尬，不得不附和說：“說得對，說得對，我怎么忘了這茬兒！呵呵，老師看來的確是年紀(jì)大了?！?/p>

菲洛勞斯：“我的觀點(diǎn)是，必然還有一個(gè)天體存在，只是我們看不到它，因?yàn)樗冀K處于地球反面的位置，我把它稱為‘反地球’，加上了這個(gè)天體，宇宙就和諧了。謝謝大家，我的發(fā)言完了?！?/p>

下面掌聲一片，菲洛勞斯的觀點(diǎn)得到畢達(dá)哥拉斯學(xué)生們的廣泛支持。

然而，過了沒多久，有一個(gè)叫做柏拉圖（Plato，約前427年～前347年）的年輕人提出了疑問：

“如果所有的天體都是繞著地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，那么為什么五大行星會(huì)時(shí)而順行時(shí)而逆行，甚至有時(shí)候會(huì)一連好幾天都待在天上的同一個(gè)位置不動(dòng)呢？”這個(gè)柏拉圖就是日后那個(gè)大名鼎鼎的唯心主義的代表人物柏拉圖，亞里士多德的老師。

畢達(dá)哥拉斯的追隨者們都沉默了，其實(shí)他們的心中也早就有這樣的疑問，只是礙于面子，不好意思提出罷了。

柏拉圖繼續(xù)說：“我提出這個(gè)疑問并不代表我反對畢達(dá)哥拉斯的觀點(diǎn)，我也認(rèn)為地球毫無疑問是宇宙的中心，天體繞著我們做著勻速圓周運(yùn)動(dòng)。但是，這些奇觀的現(xiàn)象又是客觀存在的，它的背后一定存在著某些我們還沒發(fā)現(xiàn)但又符合宇宙和諧規(guī)律的原因，需要我們這一代人去‘拯救現(xiàn)象’。”

“拯救現(xiàn)象”是天文學(xué)史上一個(gè)很著名的詞，在古代天文學(xué)的研究中，觀測到的現(xiàn)象與當(dāng)時(shí)的理論不相符是常有的事，因此每每出現(xiàn)一個(gè)不符合理論預(yù)期的現(xiàn)象，就需要被“拯救”一番。在2000多年中，人類中的那些才俊們就是不斷地在拯救各種各樣的現(xiàn)象。

柏拉圖的這席話被他的一個(gè)叫做歐多克斯（Eudoxus of Cnidus，前408年～前355年）的學(xué)生默默地記下了，他開始潛心研究導(dǎo)師留下的這道難題。為了解決五大行星的亂動(dòng)問題，歐多克斯天天食不知味，夜不能寐，一心撲在這個(gè)難解之謎上。

終于，歐多克斯沒有辜負(fù)導(dǎo)師的期望，他想出了一個(gè)絕妙的“同心球”理論，成功地解釋了五大行星的反常運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。這絕對是一個(gè)天才的構(gòu)想，按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，歐多克斯智商應(yīng)該在170以上，參加奧數(shù)比賽拿金牌肯定沒問題。歐多克斯的理論說起來有點(diǎn)費(fèi)勁，大家要有點(diǎn)耐心：

首先，恒星位于一個(gè)極大的天球上，這個(gè)天球繞著地軸旋轉(zhuǎn)著，這樣就造成了恒星的運(yùn)動(dòng)。然后，太陽、月亮、五大行星的運(yùn)動(dòng)則是若干套同心球體系的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的組合結(jié)果。歐多克斯拿火星舉例，火星就是典型的時(shí)而逆行、時(shí)而順行的行星。歐多克斯說，火星其實(shí)是被四個(gè)透明的同心球帶著運(yùn)動(dòng)，這四個(gè)同心球一個(gè)套一個(gè)，最外面那個(gè)球是繞著地軸運(yùn)動(dòng)的?；鹦潜贿@個(gè)球帶著運(yùn)動(dòng)，在我們看來就是每天晚上東升西落，但是火星的運(yùn)動(dòng)還會(huì)被其他三個(gè)同心球的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)，毫無疑問，它們都做著完美和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。但每個(gè)同心球的自轉(zhuǎn)軸都不一樣，自轉(zhuǎn)的方向和速度也不一樣，只要適當(dāng)選取各個(gè)自轉(zhuǎn)軸的取向和各個(gè)球的旋轉(zhuǎn)速度，就可以使這些運(yùn)動(dòng)的組合與火星“奇怪”的運(yùn)動(dòng)軌跡相符合。

圖2-2　同心球理論示意圖

我為什么說歐多克斯能得奧數(shù)的金牌，因?yàn)樗倪@個(gè)方案需要非常精深的幾何知識(shí)，而且巧妙到令人窒息，還不會(huì)錯(cuò)。我們用現(xiàn)代數(shù)學(xué)可以證明：任一曲線運(yùn)動(dòng)都可以用多個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)的疊加來表示。如果發(fā)現(xiàn)行星的運(yùn)動(dòng)用4個(gè)同心球不夠，就可以繼續(xù)增加，從理論上來說只要同心球數(shù)量足夠多，再復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)曲線也能模擬。

歐多克斯最后給五大行星分別套了4個(gè)同心球，太陽和月亮套了3個(gè)，再加上最外面的恒星天球，一共就是27個(gè)。后來，人們果然發(fā)現(xiàn)球不夠用了，于是歐多克斯的后繼者們就繼續(xù)增加同心球的數(shù)量，越加越多，最后，經(jīng)過大師級人物亞里士多德的改進(jìn)和完善，同心球理論達(dá)到了它的巔峰。亞里士多德為這個(gè)改進(jìn)后的理論起了個(gè)更加動(dòng)聽的名稱：水晶球模型。這套理論模型在很長的一段時(shí)間內(nèi)雄霸江湖，無人匹敵。

就這樣，歐多克斯拯救了畢達(dá)哥拉斯和柏拉圖的理論，使這套理論的信徒越來越多，成了當(dāng)時(shí)古希臘天文學(xué)的主導(dǎo)學(xué)說。我們應(yīng)當(dāng)看到，歐多克斯是值得贊揚(yáng)的，他的理論是人類天文學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。

因?yàn)樵谒?，畢達(dá)哥拉斯、柏拉圖他們對宇宙的思考都基本上停留在思辨的階段，而歐多克斯則第一個(gè)開始用幾何學(xué)的思想和理論來真實(shí)地模擬天體的運(yùn)動(dòng)。正因?yàn)橛辛诉@個(gè)方法，人類才有膽量去預(yù)測天體的位置，天文學(xué)因此逐漸開始有了脫離哲學(xué)和占星術(shù)的原動(dòng)力。

當(dāng)然，離真正脫離還有將近20個(gè)世紀(jì)的漫漫長路要走，但這畢竟是一個(gè)開端。在歐多克斯之前，五大行星組成的圖形是來自神的啟示，人類只能在觀察到以后戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢地去揣測神的意圖，占星家也因此能成為一個(gè)高薪的職業(yè)（不過風(fēng)險(xiǎn)也很高，弄不好要掉腦袋）。

在歐多克斯之后，人類理性的小火苗正式竄了起來，搖曳在風(fēng)中，雖然搖搖晃晃、看上去隨時(shí)會(huì)熄滅，但已經(jīng)沒有什么力量能阻止它的燃燒了。

然而，不管是歐多克斯的同心球理論，還是亞里士多德的水晶球理論，都存在著一個(gè)致命的漏洞，這個(gè)漏洞存在了將近一個(gè)世紀(jì)都沒有人指出。這就好像美女臉上的一個(gè)小痘痘，因?yàn)槟樞蛯?shí)在太完美了，誰都不忍心把這個(gè)小瑕疵放大了仔細(xì)看，誰也不愿意去破壞這個(gè)美女在人們心目中的完美形象，直到一個(gè)叫做阿波羅尼（Apollonius，約公元前262年～前190年）的古希臘數(shù)學(xué)家兼天文學(xué)家把它殘忍地指了出來。

[1]　除此之外，還有偶然出現(xiàn)的掃帚星（彗星）、客星（超新星）、流星等不常見天體。