近代的宇宙结构说

第二节　近代的宇宙结构说

从地心说到日心说

早在公元前4世纪，古希腊哲学家亚里士多德就已提出了“地心说”，即认为地球位于宇宙的中心。公元140年，古希腊天文学家托勒密发表了他的13卷巨著《天文学大成》，在总结前人工作的基础上系统地确立了地心说，即:地为球形，且居于宇宙中心，静止不动，从地球向外，依次有月球、水星、金星、太阳、火星、木星和土星，在各自的圆轨道上绕地球运转。其中，行星的运动要比太阳、月球复杂些:行星在本轮上运动，而本轮又沿均轮绕地运行。在太阳、月球行星之外，是镶嵌着所有恒星的天球——恒星天。在外面，是推动天体运动的原动天。这一学说从表观上解释了日月星辰每天东升西落、周而复始的现象，又符合上帝创造人类，地球必然在宇宙中具有至高无上地位的宗教教义，因而流传世间长达1400余年。

在15、16世纪，随着社会生产力的提高和航海事业的发展，推进了对天象的观测，人们对宇宙的认识开始发生革命性的改变。1543年，波兰天文学家哥白尼(1477～1543)出版了他的不朽著作《天体运行论》，提出了太阳中心说，认为:地球不是宇宙的中心，太阳是宇宙的中心，行星都绕太阳运转;地球是围绕太阳运转的一颗普通行星，本身在自转着;月球是地球的卫星，地球带着月球绕日运行;行星在太阳系中的排列次序是土、木、火、地、金、水，它们的绕日周期分别是30年、12年、2年、1年、9月、88天。

地心说示意图

哥白尼的日心说比较合理地解释了行星的不规则运动及其他天体的运动现象，摧毁了地球居于宇宙中心是上帝安排的神学宇宙观，给宗教神学以沉重的打击。因此引起教会的惊恐和不安，《天体运行论》也被教廷列为禁书。后来，意大利学者布鲁诺因坚持日心说并宣扬宇宙无限的思想，在1600年被教会判火刑焚死在罗马。

德国天文学家开普勒(1571～1630)是哥白尼日心说的坚决拥护者。他经过十几年的艰苦工作，发现了行星运动的三大定律:轨道定律、面积定律和周期定律。这三条定律的发现，在理论上证明和发展了哥白尼学说。也因此，开普勒被称为“天空立法者”。

日心说壁画

伽利略(1564～1642)是科学革命过程中以及近代科学史上的一位关键性人物，在人类对宇宙的探索上起了重要作用。1609年，伽利略把自制的望远镜指向了天空，发现了月球上的山脉和环形山;发现银河是由许许多多的恒星构成的;次年发现了木星的4颗卫星。后来他又发现了金星的相位，说明行星也和地球一样，是被太阳照亮的。这些发现为哥白尼的日心说提供了有力的证据。由于伽利略的发现和积极宣扬，哥白尼的日心说日渐深入人心，影响越来越大。最终，伽利略于1633年受到宗教裁判所的审判，并被判处终身监禁。

牛顿(1642～1727)是英国的天才科学家，兼长数学、天文学和物理学，最终由他将哥白尼、第谷、开普勒和伽利略的杰出成就与不懈努力统一建构起来，形成完整的体系。1666年，年仅24岁的牛顿就发现了万有引力定律。1687年，出版了他的不朽巨著《自然哲学的数学原理》。在这本书中，牛顿证明了作轨道运动的物体如果遵从开普勒三定律，必然受到万有引力作用，反之亦然;他还提供了非常可靠的观测数据，用以说明行星绕太阳的运动，以及卫星绕行星的运动都符合开普勒第三定律;牛顿还讨论了潮汐现象、月球轨道、地球形状和彗星等问题。最终，牛顿把天体和地球统一起来，结束了自古以来的无休止的宇宙学争论，向人们展示了一个崭新的世界。

日心说从被哥白尼提出到最终为世人接受，其间的斗争一直持续了3个世纪，是科学史上具有划时代意义的观念革命。