1.1.2 走出“地心说”时代

在“地心说”占据了人类文明主流长达两千年后，14世纪，意大利的商品经济发展起来，出现了早期的资本家，这些资本家如银行家、富商等崇尚人的自由，反对教会和封建迷信对人的思想禁锢，并要求复兴在中世纪被湮没的古希腊、古罗马时代的文化，这就掀起了欧洲著名的“文艺复兴”运动。这场运动以人文主义为核心，强调以人为中心而不是以神为中心，反对愚昧的宗教迷信，使人们的思想得到解放。

这场运动使科学得到了空前的发展——随着天文观测资料越来越多、越来越精确，托勒密的“地心说”无法解释的现象越来越多，于是学者开始对“地心说”进行不断修补，结果越修越复杂，直到哥白尼的出现，人类社会才开始从“地心说”时代走向“日心说”时代。

1491年，哥白尼到克拉科夫大学学习天文学和数学。哥白尼非常勤奋地钻研了托勒密的学说，发现了很多错误的结论。哥白尼认为，天文学要发展，不应该不断修补“地心说”，而是要发展新的宇宙结构体系。

哥白尼接受毕达哥拉斯学派提出的“宇宙是和谐的，可用简单的数学关系来表达宇宙规律”的思想，并且高度赞扬太阳，认为太阳是宇宙中心。通过观察星辰运行规律，并不断进行观测和计算，哥白尼逐渐确信，地球和其他行星都是围绕着太阳转动的。

1516年，哥白尼发表著作《天体运行论》。在《天体运行论》里，哥白尼严密地论证了行星的运动，并创建了地球运动的三种模式：第一种，地球绕着太阳转，周期一年；第二种，地球自转，周期一天，这解释了为什么会有昼夜更替现象；第三种，地球自转轴是倾斜的，旨在解释四季更替现象。

遗憾的是，哥白尼虽然提出了“日心说”，但是并没有得到教会的认可，出版《天体运行论》一书也遇到了重重困难。甚至，意大利思想家乔尔丹诺·布鲁诺（1548—1600年）因到处宣传“日心说”，反对“地心说”，被教会判为“异端”，1600年被烧死在罗马鲜花广场。

无论如何，既然关于科学原理的探索已经开始，那么就不会轻易结束。哥白尼提出的“日心说”虽然没有立即得到认可，但几十年后，开普勒在哥白尼“日心说”的基础上，提出了更加有力的开普勒行星运动定律。

1571年，开普勒出生于德国符腾堡。16岁时，开普勒进入蒂宾根大学学习文学。在校期间，开普勒的天文学教授麦斯特林秘密教授“日心说”，使开普勒受到很大的影响，开始对天文学和数学产生浓厚的兴趣。1596年，开普勒发表了他在天文学方面的第一部著作《宇宙的神秘》，并在书中肯定了哥白尼的学说。由此，开普勒的数学才能得到了丹麦天文学家第谷的赏识。不过，第谷本人并不支持“日心说”。

1600年，开普勒接受第谷的邀请，来到布拉格郊外的天文台，担任第谷的助手。第谷对天文观测的数据非常准确。开普勒和第谷共事一年多后，第谷就去世了，他把自己毕生观测的数据交给了开普勒。开普勒当了第谷的接班人后，开始认真整理、计算第谷的观测数据，想要以此来证明哪一种学说是正确的。

1609年，开普勒发表了天文学著作《新天文学》，他在书中正式提出了两大行星运动定律。其中，行星运动第一定律就是轨道定律，即每个行星都环绕太阳运转，运动轨迹是椭圆的，太阳在椭圆的一个焦点上。行星运动第二定律为面积定律，即行星在近日点速度最快，在远日点速度最慢，从行星到太阳的假想连线在相等的时间内扫过的面积相等。在提出两大行星运动定律后，开普勒又继续提出了行星运动第三定律——周期定律，即行星运动椭圆轨道半长轴的立方与公转周期的平方成正比。为了纪念开普勒的伟大，这三大行星运动定律也被称为“开普勒定律”。开普勒的发现是对哥白尼学说的完善，不仅否定了正圆轨道，也推翻了“地心说”。它使复杂的宇宙结构简单化，使人们更容易认识宇宙。自“开普勒定律”被提出后，天文学才真正成为一门精准的学科。

在开普勒完善哥白尼学说的同时，伽利略则从实验及方法的角度为科学带来新的视野。伽利略是物理学史上重要的科学家，他一生的成就很多。例如，他发现了单摆摆动的时间等长性；设计温度计，从而开启热力学领域的研究；设计望远镜，开启人类对宇宙观察的望远镜时代；等等。

而最让人们钦佩的还是，伽利略打破了两千多年的关于力与运动的束缚，第一次提出力不是维持物体运动的原因，并创造性地提出了惯性。

为了解决力与运动的关系，伽利略首次提出了加速度的概念，为后来力与运动的定量计算奠定了基础。伽利略认为“科学的真理应该在实验中和以实验为基础的理论中去寻找”，自此，物理实验被人们提到了前所未有的高度，伽利略也因此被人们称为“近代物理学之父”。同时，为了更好地向大众普及自己的观点，伽利略在《关于托密勒和哥白尼两大世界体系的对话》一书中，创造性地使用对话体进行书写，使知识更容易传播。