科学必定源于神话，并在对神话的批评中成长起来。
——卡尔·波普尔
我不觉得有责任相信，赋予我们感觉、理性和智慧的上帝故意让我
们弃之不用。
——伽利莱·伽利略
生活在地球上虽然可能成本高昂，但它却包含了每年一度的绕日免
费旅行。
——匿名
物理学不是宗教。如果是的话，我们挣钱就会容易得多。
——莱昂·莱德曼
我们的宇宙点缀着超过1000亿个星系。每个星系又包含大约1000亿
颗恒星。目前还不清楚到底有多少行星在环绕这些恒星运行，但可以肯
定的是，它们中至少有一个演化出生命。特别是，有一种生命形式已经
具备了推测这个巨大宇宙起源的能力和胆量。
人类凝视太空已有几千代人的历史，但我们很荣幸，成为第一代可
以声称对宇宙的创生和演化给予体面的、合理的和一致的描述的人里的
一分子。大爆炸模型对我们在夜空中看到的一切事物的起源提供了一种
优美的解释，这使它成为人类智慧和精神财富中最伟大的成就之一。它
是永不满足的好奇心的结果，是神话般想象力的结果，是敏锐的观察力
和无情的逻辑推理的结果。
更奇妙的是，大爆炸模型可以被我们每一个人所理解。我第一次了
解大爆炸概念还是一个十几岁的少年，我被它的简单性和完美性震慑住
了，对它那种很大程度上建立在未超出我在中学物理课上所学知识的范
畴的原理之上这一点感到叹为观止。正如查尔斯·达尔文的自然选择理
论，大多数心智健全的人都能理解并领悟其基本原理一样，大爆炸模型
也可以用非专业人士能理解的语言来说明，而不必担心弱化了理论中的
关键概念。
但在了解大爆炸模型的最早期状况之前，我们有必要学习一些基础
知识做铺垫。宇宙的大爆炸模型是在上个百年里发展出来的。这是唯一
可能的，因为20世纪的突破是建立在前几个世纪积累的天文学知识基础
之上的。同样，有关天空的这些理论和观测又是在两千多年里无数前人
刻苦钻研所创设的科学框架内取得的。往更远了说，这种科学方法，作
为获取物质世界客观真理的途径，可能在神话和民间传说的作用开始减
弱的那一刻就已经开始萌芽了。总而言之，大爆炸模型的根基和我们对
科学宇宙论的追求可以回溯到古代神话世界观衰落之时。
从巨人造物主到希腊哲学家
根据公元前600年的中国创世神话，巨人盘古由一个蛋中脱壳而
出，并着手创造世界。他用凿子刻出峡谷和山脉。接着，他设置了太
阳、月亮和天上的星星。任务完成后他便去世了。巨人造物主的死亡也
是创世过程的重要组成部分，因为他身体的碎片帮助完成了这个世界。
盘古的头盖骨形成了天空的穹顶，他的肉体变成了土壤，骨头化为岩石
矿脉，血化作江河和海洋。他的最后一口气变成了风和云，而他的汗水
则变成了雨。他的头发落到地面，产生了植物生命，头发里的跳蚤即为
人类的先祖。由于我们的出生需要以我们的造物主的死亡为代价，因此
我们都会受到悲伤的诅咒。
相反，在冰岛的（散文体）史诗神话《埃达》里，宇宙的创生不是
始于一个蛋，而是诞生于巨大的缺口。这个虚空将南方的火热之地
（MuspeII）与北方的严寒之地（NifIheim）分开，直到有一天，火热之
地的炎炎酷热将严寒之地的冰雪融化，水雾侵入巨大的缺口，点燃了巨
人伊米尔（Imir）的生命。这样，世界的创生才开始。
西非多哥的克拉钦（Krachi）人则讲述了另一个版本的巨人故事。
这个巨人叫蓝色巨神乌尔巴里（WuIbari），他就是我们再熟悉不过的
天空。他曾一度躺在地球上方，但一个用长木棒捣粮食的女人不停地戳
他，他只好将自己升空到这个讨厌鬼够不着的地方。然而，乌尔巴里还
是在人间够得着的地方活动，他曾用其腹部作毛巾，从他的蓝色身体上
取一部分体液来增添他们的汤的滋味。但渐渐地，乌尔巴里升得越来越
高，直到蓝天变得遥不可及，且一直保持至今。
还是在西非，在约鲁巴人看来，奥勒伦（OIorun）才是天空的主
人。他向下看了一眼了无生机的沼泽后，便要求另一位神带着蜗牛壳降
临到荒蛮的地球上。蜗牛壳里有一只鸽子、一只母鸡和一丁点土壤。土
壤被撒在地球的沼泽上，随后母鸡和鸽子便开始用爪子挠地，并用嘴啄
地，直到沼泽变成坚实的大地。为了检验它们的工作，奥勒伦又派变色
龙下凡，变色龙从天上降临到大地后，身上的颜色也由蓝色变成褐色，
表明母鸡和鸽子已成功地完成了它们的任务。
在世界各地，每一种文化都有它们自己的关于宇宙的起源和它是如
何形成的神话。这些创世神话差异极大，但每个神话都反映了它所起源
的环境和社会。在冰岛，正是火山和那里特有的气象条件形成了伊米尔
诞生的背景，但在西非约鲁巴人那里，则是大家熟悉的鸡和鸽子带来了
坚实的土地。不过，所有这些独特的创世神话都有一些共同的特点。无
论是巨大的、蓝色的、伤痕累累的乌尔巴里，还是中国垂死的巨人，这
些神话不可避免地都要求助于至少一个超自然的存在，来扮演宇宙创生
的解释中所起到的至关重要的作用。此外，每一种神话在其诞生的社会
中代表了绝对真理。“myth（神话）”一词源自希腊词“mythos”，其本义
可以是“故事”，但在“最后指令”的意义上也可以是“命令”。事实上，任
何胆敢质疑这些解释的人都将置自己于异端邪说的境地。
这种情况直到公元前6世纪才有了大的改变。当时在知识阶层中突
然形成了一种宽容的氛围。哲学家第一次可以自由放弃公认的对宇宙起
源的神话解释，并发展他们自己的理论。例如，米利都的阿那克西曼德
认为，太阳是一个环绕地球转动的，其内燃烧着熊熊大火的环形的洞。
同样，他还认为，月球和星星无非就是天空中的洞，露出了其中隐藏的
火。而科洛封的色诺芬则认为，土渗出可燃气体，这些气体在晚上积累
到一个临界点并被点燃，从而产生太阳。当气态的球燃烧殆尽后，夜幕
便再次降临，燃烧留下的点点火花便构成我们所称的星星。他解释说，
月球以同样的方式运行，只不过它的气体聚集和燃烧有一个28天的周
期。
色诺芬和阿那克西曼德的解释是否接近事实并不重要，因为真正的
要点是他们发展了一些不诉诸超自然的器物或神灵来解释自然界的理
论。这种认为太阳是我们透过天空中的洞看见的天火，或是一个燃烧着
的气态火球的理论，性质上不同于那种将太阳解释成战神赫利俄斯驾驶
的驶过天际的火热的战车的希腊神话。这不是说新一波哲学家必然要否
定神的存在，而只是说他们不愿相信自然现象都是上帝干预的结果。
这些哲学家是第一批宇宙学家，因为他们对物理宇宙及其起源的科
学研究感兴趣。“宇宙学”这个词源自古希腊单词“kosmeo”，意思是“有
序”或“有组织”，反映了宇宙是可以理解的，是值得分析研究的这一信
念。宇宙有模式，古希腊人的雄心就是想辨别出这些模式，予以详尽的
考察，了解其背后的机制。
称色诺芬和阿那克西曼德是现代意义上的科学家这肯定过于夸张，
认为他们的想法是完全成熟的科学理论不啻对他们的奉承。但不管怎
样，他们确实对科学思维的诞生做出了某种贡献，他们的精神与现代科
学有很多共同之处。举例来说，如同现代科学中的思想一样，古希腊宇
宙学家的观点可以受到批评和比较，被提炼或放弃。古希腊人爱好辩
论，所以哲学家的圈子里会审查各种理论，质疑其背后的原因，并最终
择出哪一种理论是最有说服力的。与此相对照，在其他许多文化中，个
人不敢质疑本民族的神话。每一种神话在其社会中都是一种信仰。
大约自公元前540年开始，萨摩斯的毕达哥拉斯帮助加强了这种新
理性主义运动的基础。作为其哲学的一部分，数学在他那里得到了长足
的发展。他展示了数字和公式如何能够帮助用来构建科学的理论。他的
第一个突破是通过数字的调和来解释音乐的和谐。古希腊早期音乐中最
重要的乐器是四弦琴，但毕达哥拉斯利用单根弦制成的单弦琴进行实
验，发展了他的理论。让弦保持固定的张力，但弦长可以改变。弹拨特
定长度的弦产生一个特定的音符，毕达哥拉斯认识到，如果将同一弦长
减半，则产生的音调高八度，且与原长的弦所发出的音相和谐。事实
上，按简单的分数或比值来改变弦的长度，将产生一个与第一个音符和
谐的音（例如：比例3:2发出的音现在称为五度乐音），但按照不合适
的比例来改变弦长（例如15:37）就将导致不和谐。
自从毕达哥拉斯证明了数学可以用来帮助解释和描述音乐之后，随
后几代科学家便都试着用数字来探索一切事情——从炮弹的轨迹到混沌
的天气。威廉·伦琴，就是在1895年发现了X射线的那一位，便是毕达哥
拉斯数学科学学派的坚定信徒。他曾指出：“物理学家在准备工作时需
要三样东西：数学、数学还是数学。”
毕达哥拉斯的口头禅是“一切皆数”。在这种信念的推动下，他试图
找出支配天体的数学法则。他认为，天空中太阳、月亮和行星的运动产
生出特定的音符，具体音高由它们的轨道长度来确定。因此，毕达哥拉
斯得出结论，这些轨道和音符必然具有特定的数值比例，因为宇宙是和
谐的。这成为当时流行的理论。我们可以从现代的角度来重新审视它，
看看它在当今严格的科学方法面前是不是还能站得住脚。从积极的一面
看，毕达哥拉斯声称宇宙中充满了音乐这一点没有诉诸任何超自然的力
量。而且，这个理论相当简单，也相当优美，这两种特质在当今科学里
受到高度重视。在一般情况下，一个建立在单个简洁、优美的方程基础
上的理论要比一个建立在多个复杂、丑陋的方程（其品质需要诸多繁复
虚饰的注解来说明）基础上的理论更受青睐。正如物理学家伯恩特·马
蒂亚斯所言：“如果你在《物理评论》上看到一个公式占了超过四分之
一页，算了吧，是错的。大自然不会那么复杂。”然而，简洁和优美还
不是科学理论最重要的特征。最重要的是理论结果必须与实际相吻合，
必须能被检验，而这正是天体音乐理论不完备的地方。根据毕达哥拉斯
的解释，我们时时刻刻都沐浴在他假想的天籁之中，但我们之所以感知
不到它，是因为我们自出生后就一直听到它，已经变得充耳不闻了。但
不管他怎么解释，说到底，任何理论，如果它预言有一种音乐你可能永
远听不到，或有一种东西你无法检测到，那么它只能是一种蹩脚的科学
理论。
每一种真正的科学理论都必须对宇宙间的事物做出可观察或可测量
的预言。如果实验或观测结果与理论预言的结果相匹配，那么我们就有
充分的理由接受这一理论，并将其并入更大的科学框架内。反之，如果
理论预言不准确，而且与实验或观测结果相冲突，那么这一理论就必定
会被拒绝，或至少是需要更改，不论从美学还是简单性上看这一理论有
多好。这是最高级别的挑战，是最残酷的挑战，但每一种科学理论都必
须是可检验的，并与实际事实相容。对此19世纪的博物学家托马斯·赫
胥黎这样论述道：“科学的大悲剧——一个美丽的假说被一个丑陋的事
实所戕害。”
幸运的是，毕达哥拉斯的后继者们在他的想法基础上建立并改进了
他的方法论。科学逐渐成为一门日益复杂和强大的学科，它能够取得惊
人的成就，例如对太阳、月球和地球的实际直径，以及它们之间的距离
进行测量。这些测量活动是天文学史上的里程碑，它们代表了人类在了
解整个宇宙的道路上迈出的试探性的第一步。因此，这些测量活动值得
在此稍加详细地说明。
在天体的距离或大小可以计算出来之前，古希腊人最先建立起大地
是一个球体的概念。随着哲学家慢慢熟悉这样一种现象——远去的帆船
逐渐消失在地平线下，只露出桅杆的顶——这种观念得到了古希腊人的
认可。因为这种现象只有将海面看成是曲面并在远处消失才能够说得
通。如果海面具有曲面性质，那么可推知大地也应如此，这意味着它可
能是一个球体。这一观念通过对月食的观测得到了强化。月食的发生源
自地球在月球上投下的圆盘形影子，其形状恰如你所预料的一个球形物
体的投影一样。同样重要的事实是，每个人都可以看到，月球本身就是
圆的，这表明球形是存在的一种自然状态，这一点为球状大地假说增添
了更充分的理由。一切都开始变得好理解了，包括希腊史学家和旅行家
希罗多德的著作。希罗多德在书中讲述道，在遥远的北方，人们一睡就
是半年的时间。如果大地是球形的，那么球面上不同的地区根据其纬度
的不同会有不同的白天时长，这自然就产生了极地的冬季和夜晚要历时
6个月的现象。
但是，球形的地球产生了一个问题，这个问题即使在今天依然让孩
子们困惑不解——是什么力量阻止了南半球的人们不会掉下去？古希腊
人解决这个谜团的办法是基于信仰——相信宇宙有一个中心，一切都受
到这个中心的吸引。地球的中心理应恰与这个假设的宇宙中心重合，因
此地球本身是静态的，其表面上的一切东西都被拉向中心。因此，希腊
人都因为这个力才能够站在地面上，正如地球上的其他人一样，即使他
们生活在地球的背面。
测量地球大小的壮举最早是由出生于约公元前276年的昔兰尼（今
利比亚）的埃拉托色尼完成的。甚至在他还是个小男孩时，埃拉托色尼
就显露出过人的聪慧，他的知识遍及任何学科，从诗歌到地理。他甚至
被戏称为“五项全能者”，就是说像一个从事五项全能运动项目的运动员
一样，才华遍及各领域。埃拉托色尼作为图书馆馆长在亚历山大城住了
很多年。图书馆馆长这个职位在古代世界可以说是最有名望的学术职
务。当时，大都会亚历山大城取代雅典成为地中海地区的知识文化中
心，该城的图书馆是世界上最受尊敬的学术机构。这里可没有成天在书
上加盖日期的刻板的图书管理员，也没有人交头接耳窃窃私语，因为这
是个充满活力、令人兴奋的地方，到处是鼓舞人心的学者和让人眼花缭
乱的学生。
正是在主持这个图书馆期间，埃拉托色尼了解到，在埃及南部的赛
伊尼城（今阿斯旺镇）附近有一口具有奇特用途的井。每年的6月21日
夏至这天的中午，太阳直射井底。埃拉托色尼认识到，在这个特定的日
子里，太阳必定在头顶正上方，而这种事情从来没有在赛伊尼以北几百
千米外的亚历山大发生过。今天我们知道，这是因为赛伊尼靠近北回归
线，那里是太阳可以在头顶正上方的最北端的纬度区域。
图1 埃拉托色尼在亚历山大城用一根立杆的影长来计算地球的周长。他在夏至这天进行了这项
实验。这天地球对阳光倾斜得最厉害，使得沿北回归线的城镇都处在阳光直射的状态。这意味
着在这些城镇的正午时刻太阳正好在头顶的正上方。为清晰起见，本图和其他的图中的距离未
按比例绘制。同样，角度可能有夸大。
埃拉托色尼意识到，太阳之所以不能同时在赛伊尼和亚历山大两地
过头顶，原因在于大地是弯曲的。他想到应该可以利用这个性质来测量
地球的周长。他考虑这个问题的方式可能与我们今天的考虑有所不同，
他的几何解释和他所用的符号也不尽相同，因此这里给出的是他的方法
的现代阐释版本。图1显示了来自太阳的平行光线在6月21日中午直射地
球的情形。在正午时刻，在赛伊尼，阳光直射井底；在亚历山大，埃拉
托色尼在地上立了根直杆，并测量了阳光与立杆之间的角度。最重要的
是，这个角度等同于亚历山大和赛伊尼两地到地球中心的两根径向延长
线之间的夹角。他测得的角度为7.2°。
接着，假设有人决定从赛伊尼径直走到亚历山大，然后马不停蹄地
继续走下去，直到他环绕地球一圈回到赛伊尼。那么这个人便绕了360°
整整一圈。因此，如果赛伊尼与亚历山大之间的角度为7.2°，那么赛伊
尼与亚历山大之间的距离即为地球周长的7.2/360即1/50。接下来的计算
就简单了。埃拉托色尼测得两个城镇之间的距离是5000斯塔德。[1]如果
这代表地球周长的1/50，那么总的周长必为250000斯塔德。
但你可能会嘀咕，这25000斯塔德到底是多长？我告诉你，一个斯
塔德就是举行体育比赛用的跑道的标准长度。当时奥林匹克体育场的跑
道为185米，所以地球的周长由此可估计为46250千米，这仅比40100千
米的实际值大了15%。事实上埃拉托色尼得到的值可能更精确。因为埃
及人的斯塔德不同于奥林匹亚人的斯塔德，前者只有157米，这样给出
的周长是39250千米，误差只有2%。
他的误差是2%还是15%是无关紧要的。重要的是，埃拉托色尼如何
科学地估算出地球大小的方法。不够精确仅仅是诸多因素——角度测量
不够好，赛伊尼—亚历山大之间距离的测量有误差，至日中午的时间掐
得不够准，以及亚历山大不是位于赛伊尼的正北等——的结果。在埃拉
托色尼之前，没有人知道地球周长是4000千米，还是40亿千米，所以能
够确定下来大致为40000千米不啻一个巨大成就。它证明了，一个人要
想测量这个星球，需要的不只是尺子，还要有一颗大脑。换句话说，只
要智慧与某些实验装置嫁接起来，那么几乎所有事情都有可能实现。
图2 地球与月球的相对大小可以通过月食期间观测月球穿过地球阴影的时间来估计。比起地月
间的距离，二者离太阳的距离非常非常远，因此，地球的影子的大小可以大致等同于地球本身
的大小。
图中显示了月球穿过地球的影子的全过程。在这个特殊的月蚀——月亮大致穿过地球的影子中
心——过程中，月亮从月面上刚出现阴影到被完全覆盖，需要50分钟，所以50分钟是月亮自身
直径的指示。从月面完全隐没在地球的阴影里到月面完全离开阴影区所需的时间为200分钟，这
是地球的直径的指示。因此地球的直径大约是月球直径的4倍。
对埃拉托色尼来说，现在有可能推算出月球和太阳的大小以及它们
与地球的距离。这方面的大部分基础性工作已经由早期自然哲学家完
成，但在地球的大小被确立之前，他们的计算都是不完整的，现在埃拉
托色尼有了这个缺失的值。例如，通过比较月食时地球在月球上投射的
阴影的大小（如图2所示），就有可能推断出月亮的直径约为地球的四
分之一。一旦埃拉托色尼知道了地球的周长为40000千米，那么其直径
大约就是（40000/π）千米，这大概是12700千米。因此，月球的直径为
12700/4千米，即大约为3200千米。
接下来埃拉托色尼很容易估计出地月之间的距离。一种方法是伸出
你的手臂，竖起手指，闭上一只眼，盯着满月看。如果你试着这么做，
你就会发现，你的食指指尖可以遮住月亮。图3显示了你的指甲与你的
视线形成一个三角形。月亮与你的视线构成一个相似的三角形，虽然二
者大小差很多，但比例相同。你的臂长与指甲高度之间的比大约是
100:1，这个比值必然也是地月之间的距离与月球自身的直径之比。这
表明地月间距离大致是月球直径的100倍，即320000千米。
图3 有了月球的大小，计算地月间距离就相对容易了。首先，你会发现，你在一臂之长的距离
上用指尖就可以遮蔽掉月亮。因此，问题很清楚，指甲的高度与臂长的比大致等同于月亮的直
径与地月间距离的比值。手臂的长度大约是指甲高度的100倍，所以到月球的距离大约是月球直
径的100倍。
接下来是估计太阳的大小和距离。要感谢克拉佐美纳伊
（CIazomenae）的阿那克萨哥拉提出的假设，和萨摩斯的阿里斯塔克斯
为此提出的绝妙论证，它使得埃拉托色尼能够用来计算太阳的大小以及
日地间距离。阿那克萨哥拉是公元前5世纪的一位激进的思想家，他认
为人生的目的就是“研究太阳、月亮和天堂”。他认为，太阳是一块白热
化的石头而不是神。同样，他相信各个恒星也是热的石头，只是距离太
远无法加热地球。相反，月亮被认为是一块冰冷的石头，是不发光的，
而且阿那克萨哥拉还认为，月光只不过是对太阳光的反射。
尽管阿那克萨哥拉所居住的雅典的学术氛围越来越宽容，但要宣称
太阳和月亮是岩石而不是神仍然存在很大争议，以至于嫉妒的竞争对手
指责阿那克萨哥拉为异端，并组织起一场声讨运动，导致他被流放到小
亚细亚的兰萨库斯。雅典人有一个爱好，就是用偶像来装饰他们的城
市，这就是为什么大主教约翰·威尔金斯会在1638年不无讥讽地指出，
一个把神变成石头的人会受到一个把石头变成神的人的迫害。
图4 阿里斯塔克斯认为，利用出现半月的月相时地球、月球和太阳形成直角三角形这一事实，
可以估算到太阳的距离。在半月时，他测量了图中所示的角度。然后用简单的三角学和已知地
月间距离就可以确定地球-太阳的距离。
在公元前3世纪，阿里斯塔克斯对阿那克萨哥拉的想法进行了论
证。如果月光是对阳光的反射，他论证道，那么当太阳、月亮和地球形
成一个直角三角形时，必然会出现半个月亮，如图4所示。阿里斯塔克
斯测量了地球分别到太阳和到月亮的连线之间的夹角，然后用三角学算
出了地月之间和日地之间距离的比值。他测得的角度为87°，这意味着
日地之间距离大约是地月间距离的20倍，而我们前面的计算已经给出了
我们到月球的距离。事实上，正确的角度是89.85°，而且太阳要比月球
远400倍，因此阿里斯塔克斯显然还得为精确测量这个角度继续努力。
同样，测量的精度不是关键，关键是希腊人想出了一种有效的方法，这
才是关键性的突破，更好的测量工具将使得未来的科学家更接近真实的
答案。
最后，导出太阳的大小就简单了，因为一个公认的事实是，日食期
间月球几乎完全遮盖住太阳。因此，太阳的直径与日地间距离的比必然
等于月亮的直径与地月间距离的比，如图5所示。我们已经知道月亮的
直径和它到地球的距离，而我们也知道太阳到地球的距离，因此太阳的
直径很容易计算出。这种方法与图3所示的方法是一样的，只不过现在
月球取代了那里的指甲的位置。
图5 一旦我们知道了太阳的距离，我们就可以估计它的大小。一种方法是利用日全食和我们关
于月球的距离和直径的知识。在地球上，日全食只有在特定时间在某个小区域才可见，因为这
时太阳和月亮看起来几乎有相同的大小。这个图（未按比例）显示了地球上的日蚀观察者如何
处在两个相似三角形的顶点。第一个三角形延伸到月球，第二个三角形到太阳。知道了到月球
和到太阳的距离，又知道月球的直径，因此足以推断出太阳的直径。
埃拉托色尼、阿里斯塔克斯和阿那克萨哥拉的惊人成就说明，古希
腊的科学思维正在取得进步，因为他们对宇宙的测量依赖的是逻辑、数
学、观察和测量（现代对他们测量的结果修正如表1）。但希腊人真的
能够享有奠定科学基础的荣耀吗？那么巴比伦人在天文学上的贡献又当
如何看待呢？毕竟，作为伟大的、讲求实际的天文学家，他们曾进行过
数以千计的观察。科学哲学家和科学史学家普遍认为，巴比伦人不是真
正的科学家，因为他们仍然满足于相信神主宰宇宙和神话解释。不管怎
么说，比起真正的科学，收集数百种测量结果和罗列数不清的恒星和行
星的位置只能算是小打小闹。科学的志向是要凭借对宇宙基本性质的理
解来解释这些观察。法国数学家暨哲学家亨利·庞加莱对此说得很到
位：“科学是由事实建立起来的，就像房子是用石头建造的。但事实的
收集还不是科学，正像一堆石头不是一所房子一样。”
如果巴比伦人不算是第一批原始科学家，那么埃及人又当如何呢？
胡夫大金字塔可是要比帕特农神庙早了两千年，而且就埃及人发展出的
秤、化妆品、油墨、木门锁、蜡烛和其他许多发明来看，他们肯定远远
走在了希腊人的前面。然而，这些是技术，不是科学。技术是一种实践
活动，正像上述埃及人的例子所展示的那样，它们有助于使葬礼变得隆
重，促进交易、美容、写作、安全和照明。简言之，技术是要让我们的
生活（和死亡）变得更舒适体面，而科学则是单纯为了理解世界。科学
家们受到的是好奇心的驱使，而不是舒适和实用的驱使。
虽然科学家和技术人员有着非常不同的目标，但是科学和技术经常
被混淆为同一件事情，这可能是因为科学发现往往会导致技术上的突
破。例如，科学家们花费了数十年做出关于电的发现，而技术专家则借
此发明了灯泡和其他许多电力设备。然而，在远古时代，技术的增长无
须得益于科学，所以埃及人可以是成功的技术人员而无须掌握任何科
学。当他们酿制啤酒时，他们感兴趣的是技术方法和结果，而不是原
因，他们不必知道一种原料为什么或怎样转化为另一种物质。他们不具
有工序背后的化学或生物化学机制的知识。
因此，埃及人是技术专家，而不是科学家，而埃拉托色尼和他的同
事们则是科学家，不是技术专家。二千年后的亨利·庞加莱对古希腊的
科学家的意图做了如下描述：
科学家研究自然不是因为它有用，而是因为他对它感兴趣。他之所
以对它感兴趣，是因为它很美。如果自然不美，它就不值得去理解，如
果自然不值得理解，生命就没有意义。当然，我这里说的不是那种作用
于感官的美，那种品质和外观之美；我不是要低估这种美，远离这种
美，而是这种美与科学没有任何关系。我在这里谈的是更深刻的美，它
来自各部分之间和谐的秩序，并且只有智力可以把握。
总之，希腊人展示了如何从到太阳的距离的知识去获知太阳的直
径，而前者又取决于对到月球距离的了解，而这则取决于对月球直径的
认识，这种认识又取决于对地球的直径的认识，地球直径的获知则是埃
拉托色尼的伟大突破。获取这些距离和直径的垫脚石则是由一系列观察
——北回归线上深的竖井，地球投射在月球上的阴影，太阳、地球和月
球在半月月相期间构成直角三角形的事实，以及月亮在日食期间完全遮
住太阳等——铸就的。除此之外，一些假设，如月光是对太阳光的反
射，和科学逻辑框架的初具规模，也是必不可少的条件。科学逻辑的这
种架构有其内在的美，这种美体现在如何将各种论据组合在一起，如何
将几个测量结果彼此联系起来，以及不同的理论是如何突然被引入来支
撑知识大厦的过程中。
完成了最初阶段的测量后，古希腊天文学家们现在可以准备考查太
阳、月亮和行星的运动了。他们试图建立一个宇宙的动力学模型，以便
辨别各天体之间的相互作用。这将是更深入了解宇宙的征途上的下一
步。
圆套圆
我们最遥远的祖先详细研究了天空，从预测天气变化、跟踪时间到
辨别方向，应有尽有。他们白天看着太阳穿过天空，晚上盯着接踵而来
的星星列队游行。他们站立的土地是坚实固定的，所以认为重物都向着
静态的地球运动而不是相反是很自然的事情。因此，古代的天文学家发
展出地球中心论的世界观，就是说，地球是一个让整个宇宙围绕它旋转
的静止的球。
实际上当然是地球绕着太阳运动，而不是太阳绕着地球转，但没有
人认为存在这种可能性，直到克罗顿的菲洛劳斯参与到论战里来。菲洛
劳斯是公元前5世纪的毕达哥拉斯学派的门生，他第一个提出地球绕太
阳转而不是相反。在接下来的一个世纪里，庞杜斯的赫拉克利德斯接过
了菲洛劳斯的想法，尽管他的朋友们都以为他疯了，给他起了个绰号叫
paradoxoIog——“矛盾制造者”。给这种宇宙图像进行最后的润色的是阿
里斯塔克斯，他出生于公元前310年，即赫拉克利德斯去世的同一年。
表1
埃拉托色尼、阿里斯塔克斯和阿那克萨哥拉的测量结果不准确，因
此下表引用这些不同距离和直径的现代的精确值予以修正。
地球的周长40100千米=4.01×104千米
地球的直径12750千米=1.28×104千米
月球的直径3480千米=3.48×103千米
太阳的直径1390000千米=1.39×106千米
地月距离384000千米=3.84×105千米
日地距离1.5亿千米=1.50×108千米
此表也可作为指数计数法——一种表示大数的方法——的介绍。宇
宙学里有一些非常非常大的数。
101表示10=10
102表示10×10=100
103表示10×10×10=1000
104表示10×10×10×10=10000
等等
例如，地球的周长可以表示为：40100千米=4.01×10000千米
=4.01×104千米。
指数计数法是一种简洁的表达，否则将需要用很多个零。10N的另
一种考虑是省去1后面的N个零，故103是1后面三个零，即1000。
指数计数法也可用于书写非常小的数：
10-1表示1÷10=0.1
10-2表示1÷（10×10）=0.01
10-3表示1÷（10×10×10）=0.001
10-4表示1÷（10×10×10×10）=0.0001
等等
虽然阿里斯塔克斯对测量到太阳的距离有贡献，但比起他对宇宙的
惊人准确的概述，这只能算是一个小小的成就。他试图清除掉有关宇宙
的那种出于直觉的（但却是不正确的）图像，即地球是一切的中心的图
像，如图6（a）所示。与此相反，阿里斯塔克斯的不太显然（但却是正
确的）图像是：地球是绕着一个更占优势的太阳旋转，如图6（b）所
示。阿里斯塔克斯还说对了一点：地球绕自身轴线自转的周期是24小
时，这就解释了我们每个白天面朝太阳，每个夜晚背对着它的原因。
阿里斯塔克斯是一位受人尊敬的哲学家，他的天文学思想众所周
知。事实上，他的太阳中心宇宙论是由阿基米德记录下来的。阿基米德
写道：“他的假设是：恒星和太阳都是不动的，地球围绕太阳做圆周运
动。”然而，哲学家们完全摒弃了这种非常精准的太阳系图像，致使太
阳中心说的想法在随后的一千五百年里消失了。古希腊人被认为是聪明
人，但为什么要拒绝阿里斯塔克斯的有见地的世界观，而坚持以地球为
宇宙的中心呢？
以自我为中心的态度可能是地球中心论世界观背后的促成因素，但
人们之所以偏爱地球中心论的宇宙而不看好阿里斯塔克斯的以太阳为中
心的宇宙，还有其他原因。日心世界观的一个基本问题是它看起来太过
荒谬。事情看上去很明显，太阳每天围着静态的地球旋转而不是相反。
总之，以太阳为中心的宇宙有悖于常理。但是，优秀的科学家不应该被
常理所左右，因为事情往往是基于科学道理。爱因斯坦就谴责过常识，
宣称它是“18岁之前形成的各种偏见”。
图6 图（a）表示的是古典的但不正确的以地球为中心的宇宙模式，其中月亮、太阳和其他行
星都绕着地球做轨道运行。甚至几千颗恒星也绕着地球转。
图（b）表示的是阿里斯塔克斯的以太阳为中心的宇宙图像，其中只有月球绕地球转。在这种图
像下，恒星形成宇宙的静态的背景。
希腊人拒绝阿里斯塔克斯的太阳系的另一个原因是它显然未能经得
起严谨的检验。阿里斯塔克斯建立的宇宙模型应该是符合现实的，但人
们并不清楚他的模型是准确的。难道地球真的围绕太阳在转？批评者指
出，阿里斯塔克斯的太阳中心模式有三个明显的缺陷。
首先，希腊人认为，如果地球在动，那么我们就会感觉到始终有风
在吹向我们，我们应感觉到脚下的地面在动。然而我们并没有感觉到这
样的风，也没有觉得地面在动，所以希腊人的结论是：地球必定是固定
不动的。当然，地球确实是动的，我们之所以感觉不到这种掠过空间的
速度，是因为地球上的一切都与它一起运动，包括我们自身、大气和地
面在内。希腊人还领悟不了这种说法。
第二个成问题的观点是，运动的地球与希腊人对引力的理解不相
容。正如前面提到的，传统的观点认为，一切事物都倾向于向宇宙中心
运动，而地球已经处于这个中心，所以地球是不动的。这个理论非常有
意义，因为它解释了苹果为什么会从树上落下来向着地球中心运动，因
为它们受到宇宙中心的吸引。但如果太阳是宇宙的中心，那么为什么物
体会落向地球？相反，苹果不应该从树上掉下来，而应该被吸向太阳
——事实上，地球上的一切都应该落向太阳才对。今天，我们对引力有
了更清晰的认识，这使得日心说的太阳系变得更好理解。现代引力理论
描述了大质量地球附近的物体是如何被地球所吸引的，同样，行星的轨
道运行是受到更大质量的太阳的引力使然，然而这样的解释超出了希腊
人的有限的科学知识范围。
哲学家们拒绝阿里斯塔克斯的日心宇宙说的第三个原因是，恒星的
位置没有明显的变化。如果地球绕着太阳飞驰过巨大的距离，那么我们
应该会在一年里从不同的位置来看宇宙。我们不断变化的位置意味着从
