第一章 滥觞
懵懂
天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊，还有虎豹和豺狼。生机勃勃而又危机四伏的大地上，我们的祖先跌跌撞撞，一路迷惘。
有空迷惘，也是一种奢望，因为我们太忙。忙什么？生存。这涉及到三件大事：找点什么东西吃；防止被什么东西吃掉；繁衍后代。
但我们没有锋利的爪牙和犄角，跑得不够快，下水会淹死，想飞没翅膀，不仅没有鳞甲，连护体的毛都越来越少，到后来只剩两处不太好吃的地方才长毛，好像我们生来就是为了方便别的动物吃。这个发现真令人沮丧，原来，世界上第一种方便食品，是我们自己。
想起这些就让我们头大。难道我们走上了绝路？
其实头不白大。肢体上的劣势，逼着我们只能靠头脑生存，然后越来越聪明。
我们学会了合作，开始思考和判断。
有一天，我们拿起了石头和棍棒。从此，我们不必仅靠肢体去战斗。
有一天，我们懂得了加工石头和棍棒。它们比爪牙和犄角更好用。
有一天，我们觉得彼此之间必须得说点什么了……
生产力的提高、语言的产生，让我们的思维更活跃，更广阔。终于，我们有能力迷惘了！
我们已经忘了第一个问题是什么，但可以确定的是，那时，只有问题，而没有答案。知道为什么我们总是说“不知道”吗？因为那是人类对所有问题的第一个标准答案。
我们怎么会在这里？是谁让花鸟虫鱼山石草木飞禽走兽长成这样的？日月星辰…..天呐这太高深了…我…我…我饿了……
后来，有些问题可以解答了。凭经验。
比如：人会死吗？会的。怎么知道的？因为谁都没见过不会死的人。
比如：天会下雨吗？会的。怎么知道的？因为大家常见天下雨。
……
经验，可以帮助我们解答一部分问题。但是，这些答案不能上升到更高的层次——闹不清“为什么”，就是知其然，而不知其所以然。
人为什么会死？天为什么会下雨？不知道。
大自然是那样的丰富多彩：风雨雷电，春夏秋冬，高山深水，夜空密林，日升月落，生老病死，地震，野火，洪水……离不开，躲不掉，看不懂，想不通，我们的记忆和思考能力越来越强，于是越来越好奇，这些为什么会存在？这一切怎么发生的？

最合理的、最容易得到的答案是：有一种神秘的力量在操纵天地万物！
神秘，引来好奇，也伴随着恐惧。我们所能做的，只有膜拜。于是，原始宗教产生了。
那种神秘的力量被不同的人群解释为不同的事物：神仙？妖怪？谢谢。那只是一个代号。叫什么都好，总之，它是无所不能的。
虽然代号无所谓，但崇拜的对象及形态很重要，我们总不能膜拜空气吧？
于是从旧石器时代晚期开始，我们有了图腾崇拜、自然崇拜和祖先崇拜，鸟兽草木、高山大地、江河湖海、日月水火，还有人的祖先，都可以作为我们的神。我们希望通过请请客、送送礼，搞搞对神的崇拜和祭祀，来换取神的护佑和启示。这可能是最早的交换吧。
从此，我们懵懂无依、敏感脆弱的心灵有了寄托和归宿。
从此，很多问题有了答案：天为什么下雨？是神干的，为了让万物生长；为什么雨下多了？是有人惹神仙生气了。为什么又不下了？是神仙又生气了……洪水、火山、地震、日食、瘟疫……唉，这神仙，心眼忒小，气性忒大。所以我们只好加倍小心供奉。

怀疑
几十万年过去了。人，越来越聪明。
我们根据经验，学会了用火、播种、放牧，发明了弓箭、陶器、铜器、铁器，创造了绘画、文字……
传说在石器时代，中国的伏羲就创造了八卦，把自然界中相对立而又相联系的事物，如冷暖、日月、高低、软硬、雌雄、明暗等，归纳为“阴阳”，用阴阳相生相克来解释万物。如果这件事发生的年代确定，这大概是史上第一个不用神力解释自然的系统理论了，它朴素、简单而优美，实在是一个伟大的创举。
但是，这个理论过于聪明了。说过于聪明，是因为这个理论是靠纯粹的聪明创造的。当然，那是在原始社会，我们不能站着说话不嫌腰疼，苛求人家创造出既有事实依据，又有实验支持，还有观测检验的理论来。所以，它只能是靠“（经验+直觉）×智慧”来支撑的哲学。
遗憾的是，后来国人把这种哲学技巧推高到极致。它的特点就是，结论笼统隐晦，一言多解，不能被证伪，可以解释一切已经发生的，但不能肯定、准确地预言将要发生的。只管“定性”，不管“定量”。解释清了是理论精深，预言不准是你没学好。虽然我谁也打不过，但谁也打不倒我。总之拎不清。
到公元前1000多年前，周文王以伏羲八卦为原理，著成《易经》，成为中国传统思想文化中自然哲学与伦理实践的根源。这是后话不提。
语言、文字、人的思维能力，这三者是互促互进的。人类文明开始迅速发展。
公元前3000年前后，埃及人搞出了十进制数学。
公元前2000年前后，巴比伦人的数系得到充分发展，十进制和六十进制（比如计时）并存。
公元前1800年前后，数字符号开始丰富起来了。
公元前1100年前后，姬昌也就是后来的周文王蹲监狱时写了一本书：《易经》。
公元前776年，中国史载日蚀记录。第一届奥运会在古希腊奥林匹亚召开。
公元前613年，中国《春秋》记录哈雷彗星。其后不久，古希腊阿那克西曼德的《论自然》问世。
有证据的最早的医学著作，是写于公元前2500年—1200年间的“埃及纸莎草书”。书云：
人为嘛生病？是魔鬼啊等坏东西进到身体里了。
咋治？祈祷、念咒、斋戒或佩戴符咒，赶跑这些坏东西，至少让它们稍安勿躁。
当然，还得搞搞仪式，吃些动物、植物、矿物原料配制的药物什么的。
宗教也在迅速发展。教义和礼制越来越丰富、越来越完备了。神的形象和分工也越来越细了。
虽然神仙越来越具体，但由于他们从不出现，所以总是让人感到太飘渺太虚无了。人越思考，神的形迹就越可疑。
经验，再次帮了我们的忙，人们发现，你虔诚，或者不虔诚，病就在那里，不来不去；你祈祷，或者不祈祷，天气就在那里，忽阴忽晴……没人见过神仙，巫术也总掉链子。没人见过无处不在的神干过什么。为什么？
这是怀疑的开始。
我们依靠经验，能预言很多东西，比如：乌云密布，可能会下雨；秋天来了，树叶会落；种子埋在土里，会发芽；公羊和母羊洞房后，会生小羊；石头扔进水里，会沉下去……这就是归纳，科学的最初手段。归纳来归纳去，我们发现，这一切，似乎与神物无关。
与神物有关的预言，往往又不灵。比如，世界许多人群都相信，日食和月食，是被天狼或者天狗吃下去了，只要我们制造大量噪音，就能像轰走其他动物一样，轰走这些贪吃的家伙，把太阳GG和月亮MM救出来。几千年也没人深究：这天杀的吃得下太阳，个头一定很大，为啥它在太阳旁边时，我们看不见它？
一个相当古老的夜晚，有个失恋的男青年，独自来到山坡上看月亮。这时，月食发生了。他邪恶地想，反正酋长的女儿再也不会陪我看月亮了，吃了就吃了吧。万籁俱寂中，青年惊奇地发现，像以往的月食一样，月亮渐渐消失，又渐渐出现，不快也不慢。咦？！
再后来，越来越多的人发现，日食、月食、火山、地震跟神仙无关，跟人也无关。
神仙好像只顾忙自己的事，他个仙人板板啥子也不管。靠谁不如靠自己啊！

起步
公元前5世纪和4世纪之交。
期盼已久的时刻终于来到了——中国也出了一个牛人：墨子。墨家学派的创始人。他不仅是思想家、教育家、军事家、社会活动家，还是个哲学家、科学家。

墨子反对老子关于“天下万物生于有，有生于无”的说法。他认为，宇宙是一个连续的整体。时间和空间都是连续不间断的。对于整体来说，时空是无穷的，而对于部分来说，时空则是有限的。
他说，物体的运动，在时间中表现为先后的差异，在空间中表现为位置的迁移。离开时空的运动是不存在的——这个相当的牛。
他还讨论了物体受力运动，提出作用力和反作用力，如果没有阻力的话，物体会永远运动下去——这个太牛了！
墨子还对光学、力学进行了研究，讨论了平面镜、凹面镜、凸面镜成像的现象，阐明了光沿直线前进、光影关系和小孔成像原理，用秤杆平衡为例，阐明杠杆原理，还对斜面、重心、滚动摩擦等问题进行了研究。
墨子研究数学，给出了直线、倍、平、同长、中、圆、正方形等数学定义，比如，“圆，一中同长也。”与欧几里得几何学中圆的定义完全一致。
值得一提的还有“墨辩逻辑”，它使得中国古代逻辑，无论在理论上还是在体系上，都达到了较为完整的程度。
我是有多希望墨家——这个中国古代的科学家集团强盛起来啊！但是没有。
那么好吧，墨子取得了这么多的成果，在世界科学史上应该占有较高的位置了吧？这个总该有吧？
还是没有。这个答案太狗血。但，这就是历史。
我们知道，由于古代信息不畅，一些科学定律、理论，在不同的地区被反复发现和建立，这就涉及到科学发现的优先权问题。对此，我们不仅要看发现的时间，更要看它是否问诸于世、是否得到世人承认和传播，以及产生了多大的影响。比如，公元前3世纪，古希腊天文学家、数学家阿利斯塔克就提出地球自转、还绕太阳转的“日心说”，但，一来他没有给出充分证明；二来没被世人接受，也没产生什么影响，所以日心说不归他。
虽然墨子的科学成果已经达到当时的世界水平，有的观念还相当的领先。但可惜的是，那时中国人的注意力都在眼前利益上。而解释万物，都喜欢用含糊晦涩的表达来显示高深。儒道二家的话，领导们爱听，就得到大力弘扬，浸入国人的灵魂，刻进了我们的DNA。劳心者治人，劳力者治于人。自然科学被划在“劳力”范畴，地位低下。于是，国人对摆布人的兴趣，远远超出研究自然的兴趣，如果能把这两种兴趣定量，将出现一个十分变态的比例。所以除了墨家，没人对这些不能当饭吃、不能换取金钱地位美女的东西感兴趣。于是，墨子之后，他的成就便渐渐束之高阁，无人问津，到汉朝就淡出了历史舞台，著说多有失佚。直到两千多年后，才被学者们从一些残篇中“发现”。可以说，墨子科学成就所产生的影响，只是让两千多年后的我们震惊了一把。
唉！不毛之地。不知是毛的悲哀，还是地的悲哀。既然搞不清楚，那咱们还是说说古希腊吧。
柏拉图，活跃在公元前4世纪和3世纪之交，古希腊伟大的哲学家，也是全部西方哲学，乃至整个西方文化最伟大的哲学家和思想家之一。我们最初认识阿图，大概都很浪漫，是从“柏拉图式爱情”开始的。虽然阿图的巨大贡献与爱情无关，但“柏拉图式爱情”的概念，也反映了阿图尊崇理性、排斥感官感受的一贯思想。
阿图把理性推上至高无上的地位。他认为，我们凭感官感觉到的这个世界，只是真实世界的简单投影而已。所以，人要获得真实的知识，感觉是靠不住的，必须完全靠理性才行。也就是说，我们必须把看到的、听到的、闻到的、尝到的、触摸到的这些感觉统统忘掉，只有用纯理性的逻辑思辨，才可能找到世界的真相——最根本的实在。

人们把能想到的各种动物、植物、矿物放在一起，各种炼，企图炼出宝物，可得到的总是废物。但偶尔也会有意外收获。
1000多年前，中国，一名执著的炼丹家沐浴焚香，白袍美髯，信心满满地把新配方放进炼丹炉，照例点火……

第二章 晕死人的时间
什么是时间？这个闲得蛋疼的问题，你要是凝眉沉思，然后深沉地问出来，就是一个哲学命题。
2500多年前，子在川上曰：逝者如斯夫！
1100多年前，韦庄无限感慨：但见时光流似箭，岂知天道曲如弓。
70年前，王洛宾在欢快的韵律中忧伤的唱道：太阳下山明早依旧爬上来，花儿谢了明年还是一样的开，美丽小鸟一去无影踪，我的青春小鸟一样不回来。
他们说，时间就像流走的河水，射出去的箭，还像那飞走的鸟，一闪而逝，这小没良心的，他一走，你再也找不回来了。
理性的思考，加上感性的类比，用优美的诗歌表现出来，是很形象，是很容易理解，但是，科学吗？
我们挑几种认可度高的时间概念，试着理解一下（如果看着晕，可跳过本节）：
·哲学定义：时间指物质运动过程的持续性、间隔性的矛盾统一和物质运动状态的顺序性。时间具有一维性，即不可逆性，它只有从过去、现在到将来的一个方向，一去而不复返。
——这不难理解，聪明的你和我自古以来就是这样认为的。
·物理定义：是事件发生到结束的时刻间隔。时间的本质是事件先后顺序的量度。
——这似乎也不难理解，时刻嘛，间隔嘛，顺序嘛，量度嘛，地球人都知道，对不对？
·还是物理定义：时间是人类用以描述物质运动过程或事件发生过程的一个参数，确定时间，是靠不受外界影响的物质周期变化的规律。例如地球绕太阳周期，原子震荡周期等。
——这个嘛，也可以理解，似乎本该如此，对吧。
·伟大的爱因斯坦说，时间和空间是人们认知的一种错觉。
——What？错…觉？！等等……再看一遍，果然没看错，爱因斯坦就是这样说的，不仅时间，连空间也是咱俩认知的一种错觉。我朝你挥一挥衣袖，时间和空间都有，怎么会是错觉……有点晕了吧？
·大爆炸理论认为，宇宙从一个起点处开始，这也是时间的起点。
——神马？时间会有一个起点？如果有，那个起点之前的一秒怎么算？之前的时间哪去了……难道你要告诉我，那时神仙们很忙，都“没有时间”？这下晕了吧？

第三章 我们应该怎样认识世界
我们前面说过，柏拉图不相信“感觉”，因为感觉有很大的局限性。为了说明我们感觉到的世界，他讲了一个相当悲惨的故事，就是著名的“洞喻说”：
有一群倒霉的人，他们一出生，就被囚在一个深洞中，他们身体各部位都被固定，彼此也看不见，每个人只能看见面前的一堵墙。
他们身后有些人畜的雕像，再远一点有一个光源。就像放电影那样，光源一亮，囚徒面前的墙上，就华丽丽地出现各种雕像的投影。
囚徒们从小到大只看见这些投影，其余一无所知。所以，他们必然认为，这些影子就是真实的东西，而不知道还有实实在在的雕像，更不知道有雕像的原型——活生生的动物和人。
终于有一天，一个囚徒挣脱束缚，向身后看去，还走出了洞口……然后发生的事情你一定猜得到。他回去把自己的见闻告诉其他囚徒：我们原来看见的不是真实的东西，只是雕像的投影，那是由于雕像挡住了射向墙面的光造成的，而这些雕像也不过是复制品，真正的人畜是活生生的……但是你知道，其余囚徒肯定打死也不信，因为他们心中没有光、影子、雕像、人、畜的概念。他们很自信：除了那些影子，不会有别的东西。
柏拉图告诉我们：人的感觉是有限的，我们被有限的感觉束缚，就相当于那些囚徒，以为感觉到的事物就是真实的存在。
所以他建议我们，抛除感觉，完全凭理性去认知世界。这无疑走得太远，因为我们的理性也来自感觉，凭借感觉认识客观事物，才有了思维能力，才有了理性。所以，我们应该很充分地利用感觉，借助更广泛更细致的观测，与理性充分结合起来，认知世界，才能更接近“根本性的实在”。但柏拉图的建议很好地为我们提了个醒：只凭感觉认识事物，可能离真相会很远。

第四章 所谓常识
重温常识是如何诞生的，有助于我们进一步了解这几个问题：
一是转变固有观念的艰难程度。
二是应该怎样对待新思想、新事物。
三是如何正确对待不一致的意见。
地球是圆的，地球和它的7个哥们围着太阳转，这对现在的我们来说是常识，一点也不稀奇。但人们是怎样知道这些的？是谁第一个发现，又是怎样证明了这些事实？
怎样知道地球是球形
这个事实是古人发现和证明的，那时没有飞机、没有火箭、没有卫星、没有天文望远镜……他们有的，只是一双好奇的眼睛，和一颗不安分的、爱瞎琢磨的脑袋。
人类几何学先躯——古希腊人从美学的角度推测，大地是圆的，理由是：球体是几何图形中最完美的形状——这是感性的推测，或者说，这只是一种美好的主观愿望，即是说对了，也算不得数的。
咱们低头向下看看，再向四周看看，脚下的大地虽然不十分平整，但目光所及，没有证据表明我们站在一个圆球上，它更像一块平板——这就是“天圆地方”的由来，非常直观的看法，当时深受广大人民群众的理解和欢迎。
站在大地上，能凭感官感觉到大地是一个球的，不是人，是神。
思来想去你会发现，不离开地球，能够凭借对万物的观察，理性分析，然后意识到大地是球形，并找出证据证明大地是个球的人，真是太伟大了！伟大到你不为他做点什么都觉得问心有愧，反正我都想请他吃火锅了——不加口水油的那种。
人类在地球上直立行走了100多万年，成为智人20万年，创造文明6000余年，但直到2350年前，人类才开始逐步认识到地球是圆的。
那是在公元前340年，希腊哲学家亚里士多德在他的《论天》一书中，论证了我们生存在一个圆球上，而不是一块平板上。他提出了两个强有力的论证：
论证一：他意识到，月食是由于地球挡住了太阳照到月亮上的光引起的。地球在月亮上的影子总是圆的，这只有在地球是球形的前提下才成立。你可能会说：圆板也能投射圆形的影子。你说的没错。但亚里士多德和你一样聪明，他说，除非那个圆板的圆面总是正对着光源，否则只要偏一些，影子就会变成椭圆。观测表明，不管月食在什么位置发生，人们从未发现过椭圆形的影子。
论证二：喜欢旅行和四处乱看的希腊人发现，分别在南方和北方观测北极星，北极星的位置在南方看起来较低，在北方看起来较高。还不明白？那就用极端的观测位置来说明：由于北极星的位置在地球北极的正上方，所以，站在北极看北极星，它在我们的头顶、天的正中，须仰视才见；站在赤道上看北极星，它刚好在地平线上，平视就能看见，而站在南极，你只有做梦才能看见北极星。只有大地是球形才可以解释这种观测结果。
希腊人还为地球是球形提供了第三个论证：从地平线（海平面）驶来的船总是先露出船帆，然后才露出船身。

当然，上面的结论只是逻辑的结果，证实地球是球形，是一次伟大的“西游”完成的。
1519年9月20日，葡萄牙贵族麦哲伦率领256人组成远航船队，从西班牙出发，一直向西航行，于1522年9月26日回西班牙，完成了人类历史上第一次环球航行。地圆论也因此得到了证实。
那么，地球是不是一个正球体呢？
牛顿在研究地球旋转中的离心力时计算出，两极的扁平度约为地球的1／230。所以有人就说，地球像一个橘子。
后来人们用卫星测得的地球赤道半径为6378140米，极半径为6356755米，两者相差为21385米，它的扁率为1/298.2，接近300比1，这可比橘子圆多了。
此外，人们又从测量中发现，地球赤道最大半径与最小半径相差200多米；北半球要比南半球细长一些；北极地区的平均海平面比参考扁球体要高出10米左右，南极地区则要凹进去30米左右。因此，又有人兴奋地宣称地球看起来不是正球体，而应该是像梨一样的“梨状体”。
本文盲认为，对于一个直径12700余公里的大球来说，别说半径有几百米、几十米的偏差，就算差个十几二十几公里，在视觉上也不影响地球的完美球形。说地球像橘子、像梨的人，纯属比例感缺失。你看一眼不带阴影的地球卫星图片，有这么圆的橘子和梨吗？桂圆也没这么圆啊。
实际上，如果我们把地球按比例缩小到直径1米，赤道半径只比极半径长1毫米多。这点微小差别，别说是个球体，就算做成两根分别长1米和1.002米的棍子，并排间距10厘米以上，摆在你面前，你也看不出谁长谁短。要是一横一竖，就算把短的那根再锯掉10毫米，你也看不出长短来，所以虽然从严格定义上来说，地球不算正球体，但用肉眼看，地球还是正球体。
所以要是再有人告诉你，地球是梨形的，你就让他去买一只像地球那么圆的梨回来look look先。

对脚下的地球，解决形状问题很艰难，解决位置问题更艰难。

怎样知道地球不是宇宙中心
天旋？地转？
环顾四周，山河壮丽，地大物博，万类霜天竞自由；仰望苍穹，日月星辰东起西沉，你方唱罢我登场……眼前这一切，让人很难相信我们地球不是中心。
人的视野决定见识。
由于条件所限，连亚里士多德那样聪明的家伙都认为，地球是不动的，太阳、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围着地球转。大家跑出来朝天上一看，果然是这样的，于是一致认为这个结论是英明的、伟大的、无比正确的，纷纷表示要坚持这个思想一万年不动摇。
约500年后，还是古希腊，天文学家、数学家托勒密把这一思想发扬光大，他系统地研究了日月星辰的构成，以及运动方式，最重要的是，他把天体运行数学化，写了一本书：《天文学大成》，创立了地心说，还根据这个理论，制成一个精致的宇宙学模型（几乎是同时，汉代天文学家张衡创制了漏水转浑天仪）。这个模型告诉我们，天旋，地不转。在模型里，地球理所当然地处于正中心，8个天球包围着它，这8个天球依次一个比一个大，大的套小的，分别负载月亮、太阳、恒星和5个当时已知的水、金、火、木、土5颗行星，恒星在最外面的天球上。旋转这些天球，基本和人们平时观察的日升月落、斗转星移情况差不多。
为什么说了 “基本”，还要说“差不多”呢？当然是因为模型上的天体运转轨迹，有很多与现实不符。
我们现在知道，由于地球向东自转，因此在地球上看起来，日月星辰基本上是东升西落，这种“东升西落”的规律，用地心模型表现起来问题不大。但是，用肉眼可以看见太阳系的5颗行星，因为它们围绕着太阳在公转（当时并不知道这一点），所以在地球上看起来，它们有时跑得快，有时跑得慢，有时会离开由东向西的规则轨道逆行，然后原路倒退，来回折腾，周而复始，千百年不变。
托勒密模型是怎样解决这个问题的呢？他先地球放在行星天球的偏心位置上，这就解释了行星运转快慢的问题，还顺便解决了地球四季的问题；然后而让行星和月亮在随着天球转动（均轮）的同时，各自沿着一个小圆圈（本轮）做穿透天球面的圆周运动（想象一下：月亮围绕地球转，并随地球绕太阳转，这时地球突然消失，而月球轨迹不变），托勒密笑了：这样就可以解释行星轨道的复杂性。他通过计算，校正行星运转的速度和方向，努力让行星转动的轨迹与实际相符。数学功力深厚的他做到了，模型上的行星运转真的越来越接近观测了！
但是这样做也有漏洞，太阳、月亮、彗星等等，不像恒星那样老老实实的沿着固定的轨道运转，它们总是在变换轨道！一个十分明显的漏洞是，在这个模型里，月亮离地球最远时和最近时的距离相差达2倍，月亮本来就离地球很近，如果距离上再有明显调整，其大小一定会有明显变化——为什么月球的大小看起来没有随距离变化而相差2倍呢？不和谐呀！难道，它远离地球时会慢慢变大，而接近地球时又会慢慢变小？
托勒密也承认这个BUG，但没有提出解决办法。他挠头道，是啊，这是为什么呢？我只能说，它就是发生了。闻者摇摇头离开：关我屁事，我是出来打酱油的。于是这个模型就这样被糊里糊涂的沿用了一千多年。
基督教会对这个模型推崇备至，因为它不仅与实际观测基本差不多，还在固定的恒星球之外，为天堂和地狱留下了大量的空间，这与《圣经》相契合，所以教会极力维护它的权威性。

达·芬奇反对把过去的东西作为金科玉律，他倡导人们到自然界中寻求知识和真理。指出“理论脱离实践是最大的不幸”，抨击教会是“一个贩卖欺骗与谎言的店铺”，他说：“真理只有一个，它不在宗教中，而在科学中”。他认为，地球不是太阳系的中心，更不是宇宙的中心，它只是绕着太阳转的一颗行星。
当然，教会是不肯承认这些结论的。在事实面前，他们有一种本能，那就是歪曲和遮掩。
科学事实虽然不那么显而易见，但遮掩起来也不是件容易的事，因为它就在那儿摆着。
波兰教士尼古拉·哥白尼发现，以地球为中心，难以解释行星、月球甚至太阳的运行轨道。并且，托勒密理论周转圆数量居然有77个，这和自然规律的简洁美十分不符——它们干嘛把自己的路绕得如此复杂？难道是为了参加全民健身运动锻炼身体？按照托勒密对月球运行的解释，一定会得出一个荒谬的结论：月亮的体积时大时小。一颗星球怎么会周期性、大幅度地膨胀和收缩呢？
即便如此，托勒密的体系，还是那时最精密、最符合观测的理论。
那个年代，信息极不发达，各种学说真伪难辨，连月圆月缺，也没个统一说法。甚至很多人相信，月亮圆了缺了，是由于它本身膨胀了或收缩了。要知道，在那个年代，既没有膨大剂，也没有瘦肉精。就算是只气球，也要定期充气、放气才行——哪个妖怪会吃饱了撑的，去做这种无聊而又费力的事？太不和谐了！难道，这只是一个奇迹？！

当然，无论推理如何有理，也只是逻辑推测。
科学事实更要依据实际观测。
所以，我们不得不回到那著名的一夜。
下弦月。
夷地微寒。
夜空清朗，繁星闪闪。
这样的日子本不适合杀人。事实上哥白尼和玛利亚也没打算杀人。
但你绝不能低估哥白尼的能力。圣约瑟夫教堂塔楼上的每个人都不能低估。
事实上，塔楼上只有两个人。
一个是哥白尼，一个是玛利亚。
教会，近年来江湖上最令人胆战心惊的一个组织。自从给月亮吹气放气之后，便声名鹊起。
他们要向教会说不，替受气的月亮，也替天下讨回公道。
现在，那弯月牙浮游太空，缓缓向金牛座最亮的那颗星“毕宿五”移近。
哥白尼皱了皱眉头，而玛利亚却睁大了眼睛。他们，密切关注着这一切。
果然，当毕宿五和月牙相接而还有一些缝隙的时候，毕宿五忽的从视线里消失了。就像从来没存在过那样。
这说明什么呢？这证明，月亮还是圆的，而不是缩小成了月牙，挡住毕宿五的，是月亮本身的阴影部分。
也就是说，月球的体积并没有缩小。我们只看见一弯月牙时，是因为只有那个部位反射了太阳的光，而其余部分是阴影。
那一天是1497年3月9日。

第五章 苹果传奇
这应该是天文学史上最奇妙的一次合作。
第谷，丹麦人，在天文界以观测著称，观测资料严谨、精确、翔实，时称“星学之王”。
开普勒，德国人，著名天体物理学家、数学家、哲学家。他视力不太好，因此不擅观测，但这家伙聪明而又执着。
信奉地心说的第谷先生眼光独到。1600年，他邀请信奉日心说的开普勒任自己的助手。这俩人没有像其他宇宙观不同的人那样，按照惯例打起来，相反，他们工作和感情都十分融洽，合作在亲切友好的气氛中进行。可惜好景不长，一年后，第谷逝世。
开普勒继承了第谷精确、翔实的观测记录。宝剑配英雄，威力惊人。开普勒发现，自己的宇宙模型、哥白尼体系、托勒密体系、第谷体系，没有一个能与第谷的精确观测相符合——搞了几百年，居然没有一个是正确的？就让我来揭开谜底吧！开普勒对自己说。
开普勒找火星帮忙，用三角测量法，巧妙地测量了地球轨道。原理：火星在每个火星年的同一时刻，都会出现在自己轨道的同一位置。每个火星年的这一时刻，同时观测火星和太阳，可确定地球的不同位置，把每次观测到的地球位置点连成线，就是地球轨道。
地球轨道搞定了，地球及其向径在任何时刻的位置和距离变化，也就成为已知条件。反过来，以地球向径作为基线，从观测数据中推求其他行星的轨道和运动，对开普勒来说就是小菜一碟了。
行星轨道算出来了，下一步要弄清楚的问题是，行星运动遵循什么样的数学定律。
开普勒的目光首先盯住的还是火星。
How old are you——怎么老是你？
是因为火星色泽鲜艳、选材考究、诚实守信，用了都说好，我们大家都喜欢？
当然不是，这是因为第谷的数据中对火星的观测记录最多、最详实。
幸运的是，恰好，就是这个行星的运行与哥白尼理论出入最大，火星轨道与哥白尼日心说预言相差8弧分！还有更巧的，火星轨道是太阳系行星中偏心率是比较明显的。我们马上就会知道这些巧合很重要。
按照传统的偏心圆来探求火星轨道失败后，开普勒断定火星运动的线速度是变化的，而这种变化应当与太阳的距离有关：距离越近时，速度越快。他还认识到，火星在轨道上，其向径围绕太阳在一天内所扫过的面积是相等的。随后，开普勒看出火星的轨道有点像卵形，在连接极大与极小速度两点方向的直径似乎伸得长些，他确定了火星是在椭圆的轨道上运动。现在我们知道，为什么那些巧合很重要：如果是一颗偏心率不明显的行星，在轨道测绘不十分精密的情况下，很难确定椭圆轨道这一事实。也就是说，幸亏火星轨道“椭”得比较厉害！
说到这，我们先干点体力活，休息休息大脑，顺便复习一下椭圆是怎么回事。
在木板上钉一颗钉子，拿一根线，一头系在钉子上，一头系在笔上，保持线绷直，用笔在木板上画一圈，哇塞，原来是个圆！那个钉子钉的位置就是圆心，线长就是半径。咱俩都认识嘢，庆祝下。
现在我们在另一块木板上钉两颗钉子，拿一根线，两头分别系在两颗钉子上，系好后线的长度要大于两颗钉子的距离才行，拿一支笔靠在线上，保持线绷紧，在木板上画线，绕两颗钉子一圈，哇塞，原来是个椭圆！两颗钉子的位置就是椭圆的“焦点”，它俩的距离当然就叫“焦距”了，过两个焦点与椭圆相交的线段，叫“长轴”。
在线长不变的情况下，两颗钉子距离越远，画出的椭圆就越扁；两颗钉子距离越近，画出的椭圆就越接近圆；两颗钉子钉在一处，画出来的当然就是圆了。嗯，圆是一种特殊的椭圆，就像正方形是一种特殊的长方形一样。

1609年，开普勒发表了《新天文学》一书和《论火星运动》一文，公布了两个定律：
一、所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运动。太阳的位置不在轨道中心，而在轨道的两个焦点之一。这是行星运动第一定律，也叫轨道定律。
二、在同样的时间里，行星向径在其轨道平面上所扫过的面积相等。这是行星运动第二定律，也叫面积定律。
有了这个定律，可以计算任何时刻行星在轨道上的位置。爽就一个字，我只说一次。
取得了好成绩的开普勒同学没有骄傲自满，他还要解决下一个问题：行星离太阳越近，在轨道上跑得越快，那么，他们是什么数量关系呢？
开普勒又一头扎进一堆乱七八糟的数字，整理、归纳、分析数量关系，过程十分枯燥（此处删去10万字）……9年后（如果当时有对数运算的话，或许9天就能搞定，可见数学之于科学多么重要），他终于找到一个奇妙的规律：行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这是行星运动第三定律，也称调和定律。
多美丽的定律啊，复杂的行星公转关系居然与数学结合得如此简洁美妙！
在美丽的同时，它更是一条十分重要定律。它表明，行星们不是一群随便围着太阳乱转的马屁精，而是以太阳为中心，共同构成一个纪律严明、组织严密的天体社团——太阳系。不仅行星遵循着它，连同行星的卫星，以及太阳、太阳系、银河系等其他天体概无例外。从此，行星在夜空中复杂的运动，立刻就失去全部神秘性。

【图5.2】立法也不是件容易的事。
上述行星运动三大定律，被称为“开普勒定律”，它把看似杂乱、令人头痛的行星运动，与精确的数学完美地结合在一起，成为天界的“法律”。开普勒因此被称为“天空立法者”。
可是，星星们为什么要遵循这样的定律呢？是谁让星星小盆友们这样乖巧服帖？
回答这个问题，我们不得不请出本文的第一位超级牛人——牛顿。

1645年，法国天文学家布里阿德提出一个假设：“开普勒力的减少，和离太阳的距离的平方成反比”。这是第一次提出平方反比关系的思想。
1659年，惠更斯（荷兰天文学家、数学家，史上最著名的物理学家之一，介于伽利略与牛顿之间一位重要的物理学先驱，在力学、光学、数学、天文学方面都有卓越成就）从研究摆的运动中发现，保持物体沿圆周轨道运动需要一种向心力。胡克等人认为那是引力，并且试图推导引力和距离的关系。
1661 年，英国皇家学会成立了一个专门委员会研究重力问题。成员也是些牛人：
胡克：天才，英国博物学家、发明家、科学家、建筑学家，后来人们还发现他还可以做个画家。他首次用显微镜看到并命名细胞；发现双星；首次测量恒星的视差；发明的N多东西现在还在用，如车辆传动轴的万向节、钟表的游丝、相机的可变光圈等等。胡克定律记得不：F=kx。
雷恩：数学家、天文学家、英国著名建筑师，伦敦标志性建筑圣保罗大教堂出自他手。
哈雷：著名天文学家、数学家，哈雷彗星以他的名字命名。
他们在引力问题的研究上都曾做出过贡献。据说早在1661年，胡克就觉察到，引力和地球上物体的重力应该是有着同样的本质。
1664年，胡克发现彗星靠近太阳时轨道弯曲是因为太阳引力作用的结果。
1673年，惠更斯推导出向心力定律。
1674年，胡克在题为“证明地球周年运动的尝试”的演讲中提出，要在一致的力学原则的基础上建立一个宇宙学说，为此提出了以下三个假设：
第一，据观察，一切天体都具有倾向其中心的吸引力，它不仅吸引其本身各部分，还吸引其作用范围内的其他天体。太阳、月亮、地球以及其他行星都在互相影响。
第二，凡是正在作简单直线运动的任何天体，在没有受到其他作用力使其改变运动轨迹之前，它将继续保持直线运动不变。
第三，受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。一旦知道了为什么会这样，就很容易解决天体运动的规律了。
1679年，胡克和哈雷从向心力定律和开普勒第三定律，推导出维持行星运动的万有引力和距离的平方成反比。后来科学史家发现，胡克距离发现万有引力定律只有一步之遥，只是在数学计算上没取得成功——他不会微积分。当时他和牛顿之间还进行了万有引力定律发明权的持久争夺战。

我们发现，万有引力到这里已初现雏形，如果它是苹果引发的，那至少需要一筐苹果，纷纷砸向这些可爱的天才。
万有引力不是牛顿一个人的独立发现，而是历史上若干人的研究逐步探索、积累的结果。
牛顿的高明之处，在于他解决了胡克等人没有能够解决的数学论证问题。