水 泰勒斯（公元前6世纪） 空气 阿那克西美尼(Anaximenes,公元前6世纪) 种子 阿那克萨哥拉(Anaxagoras,公元前6世纪) 原子 留基伯(Leucippus,公元前5世纪) 火 赫拉克利特(Heraclitus,公元前5世纪) 土 色诺芬尼(Xenophanes,公元前5世纪) 土、水、气、火 恩培多克勒(Empedocles,公元前5世纪) 土、水、气、火、以太 亚里士多德（公元前5世纪) 泰勒斯说，“存在万物赖以形成的终极物质，它是永恒不变的。”早期的 科学家从陶器和金属加工等机械技术和工艺的类比，来探求事物的运行规律。 他们相信，以不变的形式组成不同形状和色彩的事物的基本元素是永恒的。 他们拒绝对自然现象的超自然（神话）的解释，根据守恒法则，把万物约化 为基本元素。他们自由地假设，在假设的基础上自由地实验。这都是科学方 法的精髓。 公元前6世纪，从毕达哥拉斯、赫拉克利特和巴门尼德(Parmenides)开 始，新奇而有力的思想开始萌芽了。萨摩斯的毕达哥拉斯（他建立了先进思 想的学派，还可能是第一个用“哲学”一词的人)告诉人们，大地是球形的， 宇宙的和谐是数学关系支配的。以弗所的赫拉克利特（因为悲观而以“流泪 的哲学家”出名)说，万物都在变化，没有长久的事物，因此基本元素是火。 他相信，宇宙是由相反力量的对抗主宰的一股狂暴的流。他说，智慧就是认识 事物如何变化。伊利亚的巴门尼德说，没有变化的事物，万物都长久，智慧 乃是拒绝感观的欺骗。他信奉抽象的真善美的宇宙，相信一切变化不过是感 观的幻觉。赫拉克利特的狂暴的流和巴门尼德的永恒的连续体，都是极新奇 29 的概念：前者是牛顿动力学宇宙的先声，后者开启了相对论的黎曼几何的 时空。 毕达哥拉斯的和谐 巴比伦的天文学家原是祭司和预言家，而希腊化（或希腊）的天文学家 是哲学家和科学家。巴比伦人精于算术和抽象，而希腊人精于几何和隐喻。 毕达哥拉斯形象化了几何和谐的宇宙，以球、圆和旋转的运动作为宇宙 设计的基本形式。据第欧根尼(Diogenes Laertius,公元3世纪)的说法，“据 说，毕达哥拉斯是第一个把天叫宇宙，把地叫地球的人。”毕达哥拉斯的信徒 们相信，天体是在完美的圆形路径上绕着宇宙中心的火环行的完美球体，而 那中心不是凡人所能看见的。天体发出美妙的音符，那天体的乐音（或者说 天球的和谐)也不是凡人能够听见的。 早期的科学宇宙论 31
柏拉图的宇宙 苏格拉底 苏格拉底(Socrates,约公元前470~前399)生活在雅典，在那儿传授文 艺，强调人文学问的重要。他通过学生柏拉图而改变了哲学的进程。他几乎 没有什么作品流传下来，靠了柏拉图的著作，人们才了解他的学说。苏格拉 底相信不朽的灵魂（或精神)就安居在凡人的土房子里。他很看重以“为什 么”开头的问题，而希腊的科学家凭借机械工艺的类比，更看重事物是“怎 么”运行的。假如原子真的解释了物质是如何构成的，那原子又是什么构成 的呢？当然，更重要的是知道原子为什么存在，而只有在灵魂里寻觅的纯粹 理性才可能决定它们的必然和目的。70岁时，苏格拉底因为用异端学说引诱 学生的罪名，被处死了。 柏拉图 柏拉图(Plato,约公元前427~前347)在雅典建立了第一个高级学问的 学院，即著名的雅典学院（Academy)。他的学说在未来几百年里的影响超越 了其他任何哲学家。他融合毕达哥拉斯和苏格拉底的学说，形成自己的宇宙 论，强调表现与实在之间的巨大差别，无常的物质与确定的精神之间的巨大 差别。倏忽多变的现象世界不过是永恒的真实世界的影像。天生的无序、杂 乱和矛盾的物质，取决于有序、连贯和和谐之源的精神。在洞穴的寓言里， 柏拉图想象人们被困在一个洞穴里，不能挪动。从他们看不见的背后射进一 缕阳光，照亮了面前的墙壁，背后的物体把阴影投射到墙壁上。他们一生都 困在洞穴里，只知道墙上的影子。柏拉图写道：“显然，这些人会相信影子就 是惟一的实在。”根据这个寓言，我们都是自己感觉的囚徒，只有理智的头脑 能接近感觉以外的真实世界。 古代世界的三个宇宙体系 亚里士多德体系，伊壁鸠鲁体系，斯多葛体系 从公元前4世纪到公元3世纪，三个理性的信仰体系一亚里土多德体 系、伊壁鸠鲁体系、斯多葛体系一一主导着地中海世界。每个体系都是一个 融合了哲学、科学和伦理学原理的世界。西方的文化遗产深深烙下了三个世 界的印迹。 亚里士多德的天球的宇宙发源于雅典，几百年后，进人了犹太一基督-伊 32 宇宙学
斯兰世界。后来，它沾染了巴比伦和波斯教的神学色彩，演化为中世纪的宇 宙，一直延续到16世纪。 伊壁鸠鲁的无限多个世界的宇宙公元4世纪后期源于雅典，几百年间在 受教育者和中产阶级中广为流传。它融合了原子论的思想，他重视生命科学， 拒绝拿神来解释自然世界，他还接受了男女平等的思想。后来，伊壁鸠鲁的 体系因为无神论而受到谴责，在犹太一基督-伊斯兰世界里处处遭到打击。 斯多葛的宇宙是公元3世纪在雅典建立的，流行于整个罗马帝国。它包 括两个部分：恒星的有限宇宙和环绕在它周围伸向无限远的虚空。斯多葛体 系不仅宜扬科学的重要，也强调论理原则和责任。 亚里士多德的字宙 两球宇宙 公元前4世纪，毕达哥拉斯的两球宇宙曾流行于柏拉图时代的雅典学院。 它包括外球（恒星）包围的一个中心球（地球）。行星以不定的方式在两球 之间运行，柏拉图向“所有真诚的学生”提出一个问题：“是什么始终如一， 规定了行星的运动？” 多球宇宙 柏拉图的一个学生欧多克索斯(Eudoxus)提出，宇宙可由多个同心旋转 的球所环绕的中心球来代表。在欧多克索斯的模型里，最外面的球像毕达哥 拉斯的两球模型一样，日夜不停地旋转，支撑着恒星。另外，中间的那些球 支撑着行星（图2.2)，以不同的速率绕着不同倾向的轴旋转。起初，这些几 何设想只不过是类比，很像现代天文馆里的机械和光学装置。但亚里士多德 将假设变成了现实。 亚里士多德 亚里土多德（Aristotle,公元前384~前322)生在马其顿，在柏拉图学 院学习。他也建立了自已的学院，叫yceum①，也就是著名的逍遥学派，因 为亚里士多德喜欢在演讲的时候在学生周围来回走动。他的兴趣广泛，演讲 笔记有满满150卷。他是一个细心的观察者，主要兴趣偏重于生命科学。他 31 ①Lyceum原是雅典东郊的一个运动场，自亚里士多德学院后，也作为一般文化教育场所的名 称。希腊译音为吕克昂（源自Lykeion,阿波罗的绰号），也有根据英文读音来翻译的，最有趣的是上 海过去有一家剧院叫“兰心”、就用的这个词。 早期的科学宇宙论 33
恒星的旋 转球面 附着在旋转球 面上的行星 图2.1两球字宙。中心是地球，嵌着恒 尾的外球日夜旋转，恒星东升西落。 图22欧多克索斯提出的多球宇宙模型。 多出的中间球绕着不同倾向的轴旋转，支撑着 行星。（图中只画了一个中间球。） 讨论过大生物链和不同生命形式的演化。在他的学生（后来是他的支持者) 亚历山大大帝死后，亚里士多德怕人说他对神大不敬，就从雅典跑出来，这 样，雅典就不会“犯两次哲学罪过”了。 亚里士多德采纳了宇宙的多球模型，并为那些球赋予了有形和无形的实 在（图2.3)。行星—月亮、水星、金星、太阳、火星、木星和土星一附 着在半透明的球面上，绕着地球转动。为了解释行星和恒星的运动，需要多 达56个支撑的球面。地上的元素土、水、气和火，构成地球和月亮下面的球， 月亮运行的球面< 然 月球面内部 天体区 (含地球) (含行星) 图23亚里士多德的宇宙（没画行星球）。多球模型被赋予了有形和无形的实在。有形的东西占 据着月球下面的球，无形的东西占据天球。 34宇宙学
而第五种元素（后来也叫quintessence①）构成外面的天球。地面元素的自然 运动方式是上下运动，依各自的重量寻求适当的位置；无形元素的自然运动 方式是不停地绕着地球旋转。 在亚里士多德的宇宙中，一切运动都需要持续的力的作用。物体之所以 运动，是因为它被直接接触的物体所推动或拉动。亚里士多德认为，虚空不 可能存在，因为孤立物体是不动的。于是，原子也不可能存在，因为原子是 彼此孤立的，中间隔着虚空。而且，假如像原子论哲学家声称的那样存在原 子，则没有直接接触的力，因而一切物体将永远没有运动。 亚里士多德的整个世界构成一个有限大小的宇宙球。据亚里士多德的理 论，宇宙必然是有限的，因为它的外边界绕着地球转动。“假如天是无限的， 而且也在做圆周转动，那么它将在无限长的时间里穿越无限长的距离…我 们知道这是不可能的。”直线不可能无限长，因为那样它们将延伸到宇宙的外 面。因此，所有直线都是不完整的，因而也是不完美的，而圆是完整的，因而 是完美的。这样，地面那些形式脆弱的元素，理所当然只能有不完美的上下运 动，趋近或远离地球的中心，这也解释了地球为什么不转动。同样，构成天球 的无形元素，理所当然只能有完美的圆周运动。“因此，天球那不息的运动是可 以理解的…万物只有在到达了它的自然终点才会停止运动，而对自然路径为 圆周的物体，每个终点也是新的起点。”亚里士多德的体系是稳恒状态的空间 有限的世界，它已经不变地存 在了无限长的时间，它的完美 运动没有开始，也没有终结。 欧多克索斯的旋转天球不 能满意地解释行星的退行（图 2.4),更不能解释为什么行星 太阳 地球 在退行时会增大亮度。解决这 外行星 个问题的第一步，是偏心圆的 思想：地球处于宇宙的中心， 但每个天圆有着各自的偏离地 图24这个图说明，为什么从地球上看外行量会 球一定距离的中心。而更重要 在天空前后摆动。在图中，地球与外行星（如火星）绕 的一步，出现在公元前3世纪， 着太阳转动。地球比外行星转动更快。在位置：，行星更 即本轮的引入。本轮是额外的 近（也更亮），仿佛在向后运动；而在位置b,行星更远 （也更暗)，看起来在向前运动。 圆运动，如图2.5和图2.6， 它们解释了为什么行星在天空向后（退行）和向前（顺行）运动，为什么在 现代字宙学也借Quintessence来称一种猜想的奇异物质，它具有负压力，作用是加速字宙的膨胀。 早期的科学宇宙论 35