行星不乖

李剑龙

450年前的1564年，伽利略·伽利莱出生了。在其后的几十年里，他不仅发明了温度计、脉搏计数器、天文望远镜、地理军事两用圆规等许多有用的东西，更把人们的头脑搞得“一团糟”：人们心目中那个“完美”的宇宙被他用强有力的观察与论证所颠覆，一种全新的世界图景浮现在世人面前。爱因斯坦称他为“现代科学之父”。而在他去世的那一年，牛顿出生了。

450年后的我们，依然需要学着像他那样思考。

在日本电视剧《神探伽利略》中，那个绰号“伽利略”的汤川教授与警方联手，利用物理学知识破解了一个又一个貌似“超自然现象”的案件。在好奇心比猫还重的人类面前，也摆着一个“千古谜案”：我们生活的这个世界，到底是什么样子的？

就像如今网上的各种争论一样，人们给出了各种答案而且互不相让。有人说，大地像一张平平的桌面，天像一只大碗一样盖在上面；有人说，宇宙像个鸡蛋，大地就像是蛋黄；有人说，世界就是驮在一只大乌龟背上的一块平板……但正如柯南所说，“真相只有一个”，究竟哪个说法是对的？尤其是考虑到宇宙之中人是如此渺小，我们又凭什么来判别什么是对、什么是错呢？

在伽利略的那个年代，大部分欧洲人可能会告诉你，去听听亚老师怎么说。

亚老师就是亚里士多德，在今天我们的科学课本里常常以“反面人物”出现，但在当时人们的心目中，他是自有人类以来最牛逼的大学问家，没有之一。

亚老师生活的年代比伽利略还早1900多年，是古希腊哲学思想的集大成者。要是论博学多才，古今中外恐怕还真没几个人能超过他。那么，在亚老师看来，世界是什么样子的呢？

亚老师认为：地上的万物都是由土、水、气、火这四种元素构成的，其中土最重，火最轻，水和气介于其间；大自然给每一种元素规定了它“最恰当”的位置，就像大家有目共睹的，重物总是向下落，轻物总是向上升，就是因为它们的本性驱使它们去往自己那个“最恰当”的位置；因为土元素总是向下的，四面八方的土元素都往各自的“下”方汇聚，必然就会凝结成一个实心的球体，而这里也必然是宇宙的中心；土元素凝聚在中心（最下面），水元素覆盖其上，气元素再上，而火元素努力地向更上面的地方升腾、跳跃，没错，这就是我们生活的地球。

而在地球之外，包着一层又一层的“天球”——具体来说，是九层天，从里到外分别是月球天、水星天、金星天、太阳天、火星天、木星天、土星天、恒星天和“原动天”，它们像俄罗斯套娃那样一层层地套在一起。构成这些天球以及镶嵌在其中的星体的材料，是跟土、水、气、火四大元素完全不同的“第五元素”（亚老师管它叫“以太”），它透明、轻盈又坚硬，不生、不灭又不变。这些永恒的、完美的天球，以静止不动的地球为中心，以24小时为一个周期，一圈又一圈地做着匀速的圆周运动。而这种匀速圆周运动，正是宇宙中最为完美和永恒的运动。

哇，这是一个多么至善至美又简洁易懂的宇宙啊！

可惜行星们不乖。

辛勤的前辈们夜观天象，发现只有“恒星天”的运行比较老实——所有恒星（不包括太阳，因为太阳和月亮那时候都被当作“行星”）每天从东边地平线的同一个位置升起，又在西边地平线的同一个位置落下，而且彼此之间的位置也从不发生变化。行星就不同了，它们运行得有时快有时慢，有时近有时远，甚至有时往东有时往西……总之，根本不像是在乖乖地绕着地球兜圈子。完美的天界，咋能允许出现这样的混乱？肯定是亚老师的模型还不够完善的缘故！

比亚老师小了400多岁的古希腊天文学家托勒密解决了这个问题，他的办法是“画圈圈”。他设想行星们不是在简单地绕着地球转圈，而是在做两种运动：首先是以一个看不见的圆心在绕一个小圆圈（本轮），同时这个小圆圈又在以地球附近（但不是地球）的一个点为圆心绕大圆圈（均轮）……这样一个我们现在看起来怪兮兮的模型，却能够跟实际观测结果吻合得很好，并且勉强保住了地球的宇宙中心地位和天界的永恒与完美。一直到1000多年后，它依然被仰望星空的人们当作“标准模型”。托勒密泉下有知，一定会欣慰地说，管它怪不怪，管用就行！

一种流行的说法是，后世的天文学家观测到了越来越多跟“托勒密模型”不太相符的天文现象，但依然用“画圈圈”的老办法进行修修补补——给行星加上一个又一个本轮甚至小本轮，据说最后被画上了80多个圈圈！

哥白尼肯定受不了这个，他觉得上帝绝不可能把宇宙设计成这副闹哄哄的丑样子。即使“80多个圈圈”的说法不是真的，托勒密模型中的行星们居然敢不按照“匀速正圆周”这种绝对完美的方式运行，就足以让哥白尼看不下去了。于是他心一横，干脆把宇宙中心从地球变为太阳，而让地球变成行星，跟别的行星一起绕着太阳转圈，同时每24小时自转一圈，这样一来，行星忽远忽近、忽东忽西等各种现象就能轻易地得到解释了。从此世界安静了……吗？没有，因为哥白尼的“日心说”并没有经过严格的证明，也不能提供更加准确的观测结果，况且他心里还是装着亚老师，一心想要恢复天界的至善与至美，而今天连小学生都知道行星的轨道事实上并非“完美”正圆而是个椭圆，于是为了符合观测数据，他也不得不给它们画上各种轮子——34个。

接下来，该轮到伽利略出场了。