托勒密的“希思·鲁滨孙”宇宙

我曾经也是一名天文学家，只不过我总是轮到白班。

——布赖恩·马洛（Brian Malow）［18］

我们已经知道，在太阳系中，太阳处在中心的位置，所有的行星以不同的速度围绕着它运动，因此我们会看到其他行星有一些奇怪的运动，比如短暂的逆行，这是我们地球与那些行星之间的相对运动所带来的假象。包括地球在内的行星以不同的角速度围绕太阳公转，因此我们有时候会看到其他行星不同寻常的反向运动。而解释这些现象，就成了亚里士多德与他的追随者们必须要完成的任务。

大约在公元130年，克劳迪乌斯·托勒密（Claudius Ptolemy）首先找到了这个复杂问题的解决方案，这个古代最接近“万物理论”（Theory of Everything）的理论，持续存在了超过1,000年。托勒密的任务是将包括逆行在内的复杂的行星运动整合到亚里士多德严密的、以地球为中心的宇宙模型中，如图1.7所示。这就需要宇宙中所有其他天体均以不同的、稳定的角速度围绕地球做圆周运动，且宇宙中所有天体的亮度或其他固有性质都保持不变——这可是项大工程。

图1.7　亚里士多德和托勒密的宇宙模型。

托勒密在他的著作《天文学集大成》（The Almagest）中解决了这一问题。他假设行星或太阳按如下方式运动：有一个点绕着地球做圆周运动（称为“均轮”），而行星则绕着这个点以小得多的半径再做圆周运动（称为“本轮”），［19］因此，行星的运动轨迹看起来就像一个不断进行螺旋扭动的大圆，如图1.8所示。

图1.8　本轮：一颗行星（P），绕着一个小圆（本轮）运动，本轮的圆心（C）沿着一个更大的圆形轨道运动。

而像火星这样的行星相对于地球的整体运动也可以被看作围绕着一个点做圆周运动，只不过这个点同时也在围绕着太阳做圆周运动。为了让他的理论更加精确，他可能还在火星绕着太阳的“本轮”上又加了新的本轮。中世纪的人们为了保持托勒密模型的准确度，给轨道加入了越来越多的本轮。［20］

为了保证理论符合观测到的行星和太阳的运动轨迹，科学家不得不对理论不断地修改。行星的逆行现象通过增加本轮就可以很好地解决：在行星运动轨道的前半程中，它围绕本轮运动的方向与本轮沿均轮运动的方向相同。而到后半程，行星围绕本轮运动的方向与本轮沿均轮运动的方向相反，这个时候，行星运动就会出现放缓、停顿、逆行，随后又放缓、停顿，最后向原本的方向前进。这是真正意义上的逆行，可不是由两个以不同轨道半径同时绕太阳运转的行星带来的表观“逆行”。

托勒密对行星与太阳复杂运动的早期描述，更加印证了仅从观测结果，或是从一个概括性的哲学原理得到对宇宙的正确描述有多么困难。如果亚里士多德学派的人能更具备批判精神的话，他们还会发现其他的尴尬问题，比如为什么地球不是个完美的球体？为什么地球的中心地位如此重要，其他行星的圆形轨道却能绕着不以地球为中心的本轮运动？为什么有时候均轮的中心可以偏离地球的位置？这样的偏离可能很小，但既然有偏离，就表示地球不是宇宙的绝对中心。