亚里士多德的球形宇宙

所谓专家，就是小心翼翼地避免了小错误，却大步流星地迈向大错误的那类人。

——本杰明·施托尔贝格（Benjamin Stolberg）

公元前350年左右，亚里士多德提出了一个宇宙哲学观点来简化天体的这套表观运动轨迹，于是一套天体运动的复杂图像诞生了。亚里士多德相信，世界并不是在过去的某个时间点诞生的，它一直都存在，并将永远存在，恒久不变。他高度重视对称性，又因为最完美的图形是球形，因此他自然而然地相信宇宙一定是球形的。为了容纳天空中的所有天体及其运动，亚里士多德提出了一套复杂的“洋葱皮”宇宙结构，包含不少于55个互相嵌套的透明水晶球，它们以地球为球心，而整套宇宙结构同样也是球形的，但这一假设却很难与观察结果相符。每个当时能被观察到的天体都处在一个水晶球层上，不同的球层以不同的角速度运动。在表示行星运动的球层中间，还存在着很多其他的壳层。这样，亚里士多德不仅能够解释现有的观察结果，也能预测天空中可能产生的新现象。亚里士多德的理论具备现代科学理论的很多特征，同时也具备一些无法辨认的特征。在亚里士多德的宇宙图像中，星星所在球壳的外层是物质无法企及的精神领域，而我们观察到的一切运动，都来自作用于这一王国边界处的“原动力”（Prime Mover），它让最外层球壳开始转动，这转动一层一层地向内传输，直到整个宇宙都进入完美的旋转运动。只要根据实际情况修正不同球层的旋转速度，夜空中的许多现象都可以用这一理论解释。

后来，中世纪基督教思想家吸收了亚里士多德的哲学思想，将其理论中的“原动力”归为《旧约》中的上帝，最外层的天球就是基督教中的天堂。这种地球处在中心位置的世界观，与中世纪人们认为人类社会为中心的思想也相一致。

地球与其他外部空间都为球形，这也带来了一个重要特点：球形在旋转的时候，不会有哪一部分“戳”进其余没有物质的“空”间里，这就意味着整个空间可以由这种球层完全充满，不留下空的地方，见图1.6a——这是16世纪英国都铎王朝杰出数学家、医生罗伯特·雷科德（Robert Recorde，1510—1558）描绘的宇宙图像。真正的“真空”是不可能存在的——比无穷大的物理量还不可能。［15］地球是球形的，所以它在旋转时所占据的空间才能保持不变，如果它是方形，它就做不到这点了。［16］但实际上，根据亚里士多德的理论，能在自转的同时保持形状不变的并不只有球形——一支高脚杯也能达到同样的效果。［17］

亚里士多德并不认为运动是由物体之间的相互作用力产生的（像牛顿提出的万有引力那样），他认为力是每个物体自身所固有的性质，它们只是沿着对它们而言“自然”的方式运动，而最完美、最自然的运动，莫过于圆周运动。

图1.6　（a）球体在转动的时候所占据的空间是保持不变的，而其他多面体在转动时会产生一些空隙。罗伯特·雷科德在其1556年的著作《知识城堡》（Castle of Knowledge）中记录下了亚里士多德学派关于地球是球形的证明。然而，即使宇宙是图（b）所示的高脚杯形状，它在绕着自己的垂直对称轴旋转时，也可以满足亚里士多德提出的宇宙在旋转时不会产生空隙的条件。