世界古代中期科技史-第12章
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不赞叹他们抽象思维能力的高超。
②天体形状与宇宙结构。毕达哥拉斯学派从美学观念出发，认为宇
宙是完善的，宇宙中所有的天体的形状和它们的运动轨道也都应该是完
美的。那么，什么样的形状是完美的呢？毕达哥拉斯学派认为，一切立
体图形中最美的是球形，一切平面图形中最美的是圆形；因此，天体的
形状都是球形，它们的运动都是匀速圆周运动。毕达哥拉斯学派还提出
了宇宙系统结构的图像：球形的地球位于宇宙中心，它的周围区域称为
乌拉诺斯，也就是天空，充满着空气和云；乌拉诺斯以外的一个区域称
① 亚里士多德：《形而上学》，引自《西方哲学原著选读》上卷，第18 页。
① 拉尔修：《著名哲学家的生命和学说》，引自《西方哲学原著选读》上卷，第20 页。
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为科斯摩斯，是太阳、月亮和行星作匀速圆周运动的地方；科斯摩斯以
外的一个区域称为奥林波斯，是纯元素聚集之地，也是恒星所在之处；
最外层的区域是天火，见图4。1。天体运动轨道是正圆形的观念由此延续
了近20个世纪。直到17世纪初期，德国天文学家开普勒（1571～1630）
首先发现火星的轨道是椭圆形，进而又发现了每个行星都沿椭圆轨道运
行，这个观念才得到修正。
图4。1毕达哥拉斯学派的宇宙图像
③天体运动与宇宙和谐。毕达哥拉斯学派曾提出宇宙中心是永不熄
灭的大火，称为“中央火”（不是太阳），地球就绕着这个中央火每天
转动一周。由于人们正好住在地球背离中央火的一面，而以另一面对向
它；同时，地球与中央火之间还有一个“反地球”，将地球和中央火隔
开，“反地球”的运动速度与地球一致。因此，人们始终看不到中央火。
这是一种十分大胆的见解，因为在当时一般都认为地球处于宇宙的中
心。毕达哥拉斯学派能把地球放在一个运动中的普通天体的地位，可以
说是为最早的日心地动说的产生准备了条件。可惜的是，后来毕达哥拉
斯学派取消了中央火假说，而重新把地球放在宇宙中心的位置上。当然，
他们也并不是在所有的问题上都向后退，毕达哥拉斯学派提出了地球在
自转，认为恒星天静止不动，地球每天绕轴自转一周。此外，毕达哥拉
斯学派学还提出了“宇宙和谐”理论。他们认为天体运行时会产生出乐
音来，这是因为天体之间距离的比率是和已知的音程一致的。他们认为
日、月、星辰的轨道和地球的距离的比率分别等于三种主要的和音：八
音度（2：1）、五音度（3：2）、四音度（4：3），而这种声音只有少
数贤哲才能听到。在这种带有迷信色彩的说法中，体现着毕达哥拉斯学
派对天体运动规律的追求。这种“宇宙和谐”的理论，还体现在天体数
目的和谐上。为此，毕达哥拉斯学派引进了一个设想的天体——反地球。
他们认为10是一个最和谐的数字，而日、月、五颗行星（水星、金星、
火星、木星、土星）、地球，再加上最外面固定不动的恒星天球，只有9
个，引进了这个设想出的反地球，天球层的总数正好就等于10了，满足
了宇宙和谐的理论。
毕达哥拉斯学派的宇宙论所表现的科学水平是比较高的，譬如，关
于地球围绕中央火运动，关于反映天体彼此位置的数学关系等思想都是
超出同时代人的。由于在古希腊时代，哲学、宗教与科学尚未完全脱离
而处于混沌不分的状态，毕达哥拉斯学派的宇宙论中也夹杂着不少宗教
的成份，带有一些神秘的色彩，但这终不能掩盖住其中科学的光辉。这
种深信宇宙具有数学结构的思想，甚至影响着一些现代物理学家。
3。古希腊时期的地心说与日心说
描述天体运动的宇宙结构模型是古希腊宇宙论与天文学的一个中心
议题。
（1）柏拉图和欧多克斯的同心球体系
同心球体系是由柏拉图学派提出并加以发展的。公元前387年，柏
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拉图（公元前427～前347）在雅典城外开办了一所学校，起名为亚加德
米（即学园）。这个学园的课程有算术、几何学、声学、天文学等学科。
柏拉图作为这个学派的领袖和重要代表人物，他的思想影响是很大的。
在他的晚年写了一篇《蒂迈欧》，讲到宇宙的结构、天体的运行，尽管
这不是他的主要著作，天文学方面的研究也只是他所有研究中的次要方
面，但是他的理论却具有一定的开创作用。
柏拉图接受了毕达哥拉斯学派的关于一切立体图形中最美的是球
形，一切平面图形中最美的是圆形的观点。他提出了一种同心球宇宙结
构模型，认为地球不动并处于同心球体系的中央，从地球向外，依次是
月亮、太阳、水星、金星、火星、木星和恒星，这些天体都绕地球作圆
周形转动。这样一个同心球模型不能解释太阳和月亮的不均匀的运动，
也不能说明行星为什么有时顺行而有时又逆行的现象。
为此，柏拉图的学生欧多克斯（公元前409～前356）对柏拉图的宇
宙结构模型进行了改进。欧多克斯认为，地球是宇宙的中心，其它天体
都在同心的透明球体上绕地球转动。图4。2是欧多克斯描述天体运动的
同心球模型示意图。恒星都在一个半径最大的球上围绕通过地心的轴（NS
轴）每天旋转一周，日、月和行星的运动则用一套同心球的运动来表示。
日、月和行星都附在一层天球的表面上，这个天球有一固定在另一层转
大球面上的轴。当内球绕轴均匀转动时，这个轴又被外球带动作均匀转
动。外球的轴又被另一个更大的外球带动，恒星天球处于最外一层，它
带动所有天体球层运动。欧多克斯是通过调整各球层转动轴的角度，以
便对日、月和行星的运动作出同观测相符的解释。而且，由于这一模型
的实质是将一曲线运动用一些匀速圆周运动的组合来加以表示，因此按
照欧多克斯的设计，日、月各要3个球层，5个行星各要4个球层，连同
最外面的恒星天球则一共要27个球层。这是一种球层套球层的体系，用
它就可以把当时观察到的天象都解释出来。
图4。2欧多克斯同心球等美观
但是，随着天文观测精度的提高，为进一步与观测相符，这个同心
球体系中的球层的数目在不断增加。欧多克斯的学生卡利普斯使球层总
数达到34个。在当时，这种理论得到的计算数值与观测结果相当符合，
于是，它成为一种广为流传的观点。但是，这种理论也具有明显的缺点，
特别是球层数目的增加，使得同心球层的组合运动过于复杂，不但计算
起来比较麻烦，同时也难以给人真实感。
（2）亚里士多德的宇宙结构理论
亚里士多德（公元前384～前322）早期曾在亚加德米做柏拉图的学
生，后来他自己创立一个学派，被后人称为逍遥学派。亚里士多德是古
希腊最博学的学者，是古代知识的集大成者。他对各门知识有过系统的
考察和全面了解，他的著作是古代学术界的百科全书。
在天文学方面，亚里士多德继承并发展了同心球理论。他和柏拉图
等人一样，认为地球处于宇宙的中心，并且是静止不动的。他指出，如
果地球在宇宙间运动，那么对于地球上的观测者来说，就会“出现固定
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①
的星辰在变迁或旋转。可是我们观察不到有这样的事。”这就是说，能
否观测到天球上恒星的视差位移是判定地球运动与否的证据。任何人都
没有观测到这种位移，因此说明地球是不动的。这成为亚里士多德之后
近两千年间一直认为地球不动的理由。亚里士多德还和柏拉图一样，按
照天体运动周期的长短来排列它们与宇宙中心的次序。他和柏拉图等人
的最大区别在于：柏拉图等人提出同心球体系是作为一种理论上的辅助
工具来说明天体的视运动，那些球层都是假想的球面，而亚里士多德则
认为天体所附着的天球是实际存在的壳层，是物质实体。他认为天体的
运动需要外力推动，他在宇宙最外层的恒星天球外面加上一个宗动天，
是运动原动力的发挥地。他还设想那些实际存在的壳层是彼此相连接
的，宗动天的推动力会依次传到最里层的天球。同时，亚里士多德还认
为，每一天体都有自己的特殊运动，因此需要在各行星天球之间插入作
反向运动的新球层以抵抗上一层的运动。在亚里士多德的这个同心球体
系中，球层的总数已达56个，而且天体的次序已与柏拉图和欧多克斯的
不同。按亚里士多德的设计，宗动天之下依次是恒星天、土星天、木星
天、火星天、太阳天、金星天、水星天、月亮天，中心是地球。至于宗
动天为什么会运动，则说是上帝的推动。这究竟是不是亚里士多德的思
想尚待研究、考证，但这毕竟是使地心说体系被宗教神学奉为经典的原
因。
（3）阿波罗尼乌斯的本轮—均轮学说
随着一些新的天文现象的发现，使得同心球理论难以解释。例如，
根据同心球理论，天体都在以地球为中心的同心球壳上，它们之间的距
离是不会变化的；但是观测发现日食有时是全食，月亮能把太阳遮住，
有时又是环食，月亮比太阳又小一点，日面呈环状，这说明、月的距离
是有变化的。再如，天体运动有时快有时慢的现象，也与匀速圆周运动
的设想产生矛盾。公元前3世纪，古希腊天文学家阿波罗尼乌斯（公元
前295～前215）提出了本轮—均轮系统，既坚持了宇宙完美的观念，又
解释了同心球体系所不能解释的现象。阿波罗尼乌斯认为，地球仍处于
宇宙的中心，但他将所有的球层予以取消，代之以本轮和均轮的圆圈组。
他设想，以地球为圆心的圆叫均轮，而以均轮上的点作中心的圆叫本轮。
他认为，天体仍在绕地球运动，只不过天体本身并不在以地球为圆心的
均轮上运动，而是在本轮上匀速运动；本轮的中心才在均轮上绕地球匀
速旋转。这样一来，通过本轮和均轮的组合，行星运动时而顺行，时而
逆行；行星运动速度有时快有时慢；天体到地球的距离有时近有时远；
就都是十分自然的事情了。这真是一个十分巧妙的设计。本轮—均轮系
统与同心球理论中的地球中心思想，一同成为托勒密（公元85～165）地
心说的要点。
图4。3阿波罗尼乌斯的本轮一均轮系统
① 亚里士多德：《论天》，引自王太庆主编《西方自然哲学原著选辑》（一），北京大学出版社1988 年版，
第221 页。
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（4）希帕克斯的天文学贡献
希帕克斯 （约公元前190～前125）继承和发展了本轮—均轮学说，
通过对本轮、均轮的半径和运动速度做出适当的选择，就可以对天体运
动从数值上做出说明。希帕克斯的天文学工作是以观测和数学计算为特
色的。
希帕克斯利用天球仪对星座进行过系统的观察，对恒星的方位作了
精密测量，制订了一个不少于850个恒星的星表。这是西方的第一个基
本星表，托勒密在编制有1228个恒星的星表时显然吸收了他的成果。希
帕克斯的测量与计算工作还有：他测得一个太阳年等于
1 1 1
（365 … ）日，即365天5小时55分12秒 比现代值约长6 分；
4 300 2
他求得月地距离与地球半径的比值是67。74，现代值是60。3；他算出月
球半径是地球半径的1/3，现代值是0。273。这些成果的精确性在古代都
是十分难得的。对于月亮的研究，希帕克斯认识了月亮的朔望月、恒星
月、近点月和交点月4种周期，他测得白道 （月球绕地球转动时在天球
上的运动轨迹，即月球轨道面与天球相交的大圆。）与黄道 （地球上的
人看太阳于一年内在恒星之间所走的视路径，即地球的公转轨道平面和
天球相交的大圆。）的交角为5°，并测得黄白交点在黄道上的运动周期
为19年。根据这些结果，他编制了几个世纪的太阳月亮运动位置表，利
用这些表可以预报它们的位置，而且还可以预报日食和月食。希帕克斯
还发现了黄道和赤道交点的缓慢移动，即岁差，他给出的每年相差36″
的值，在西方沿用了很长时间。希帕克斯曾被称为方位天文学的创始人。
（5）阿里斯塔克的日心说
阿里斯塔克（公元前310～前230）是希腊化时期（公元前332～前
146）亚历山大学派的一位著名天文学家，是一位很有独创性的学者。他
主张太阳和恒星都是不动的，而地球和行星都以太阳为中心作圆周运
动。他这一思想的产生很可能与他测量太阳、月亮和地球之间的距离有
关。阿里斯塔克提出一个巧妙的测量方法。他设想，上弦月的形成是因
为月亮接受太阳光的方向与地球观测者的视线方向正好垂直。这时，太
阳、月亮和地球应当形成一个直角三角形。他通过测出上弦月时，太阳
和月亮的角距是87°，算出太阳与地球距离是月亮与地球距离的19倍；
进一步，他得到太阳直径是地球直径的6～7倍，体积比地球大350倍的
结论。显然，这个结论从数值上看是不准确的，但是阿里斯塔克却是以
科学的方法研究天体的距离与大小的开创者。太阳比地球大得多，一般
的经验不容许一个大的东西绕小的东西旋转。由此出发，阿里斯塔克提
出地动日心说也是自然的。他认为，地球每天自转一周，每年绕太阳公
转一周，其它5个行星也绕太阳旋转。他还提出，由于地球绕太阳公转
的轨道直径与到恒星的距离相比真是小得太多了，所以即使地球公转我
们也无法发觉恒星的视差。这个见解在当时应该说是比较先进的思想。
不过，阿里斯塔克提出的地动日心说这一先进思想确实远远走在了时代
的前面，而难以得到大多数人的接受。一般人难以摆脱天地迥然有别的
观念�
