11 宇宙的中心在哪裡？
太陽東升西落，晨起暮降。我們看見它在空中一點點地移動，我們的影子也隨著它忽長忽短，一會兒在前，一會兒在後。請在正午的時候做個實驗，看看你的影子是不是縮進腳下了？就算你今天錯過了，明天還可以再試，反正天天如此，沒有什麼比這個更顯而易見的。
太陽當然不是每天繞著地球轉。你能想像說服人們相信這一點有多難嗎？這麼說吧：因為我們在地球上仰望日月星辰，所以地球是我們的宇宙中心。但它只是「我們」的中心，而不是「宇宙」的中心。
古代天文學家毫無例外地把地球放在正中心。還記得亞里斯多德嗎？他之後最有影響力的古希臘天文學者托勒密，詳細標記了群星的位置，將它們日復一日、年復一年地記錄了下來。在晴朗的夜晚仰望星空是件奇妙的事，區分不同的星群（或「星座」）亦是樂趣無窮。在萬里無雲的夜空中，很容易認出北斗七星和獵戶座的腰帶。順著北斗七星，你會找到在夜裡為海員引航的北極星。
若是以地球位於宇宙中心為前提，天體圍繞地球作圓周運動的模式便引發諸多疑惑。以恆星為例，它們隨著黑夜緩慢地移動。春分是太陽正好在赤道上空、日夜平分的日子，出現在每年的三月二十日或二十一日，現在法定二十一日為春天的起始。包括天文學家在內的所有人一直都很看重這一天。那麼問題來了：在每年春天的第一天，恆星的位置都有一點點變化。如果它們以正圓繞著地球轉圈，便不應該出現這樣的偏移。天文學家把這種現象叫作「歲差」，他們必須經過複雜的運算才能解釋其中的原因。
行星的運動也讓人百思不得其解。在夜空中，肉眼直接看到的行星就是一顆顆明亮的星星。古代天文學家認為有七大行星：水星、金星、火星、木星、土星，加上太陽和月亮，後兩者在古代也被稱為行星。七大行星顯然比他們稱為「固定恆星」的天體更靠近地球，而「固定恆星」就是我們所說的銀河。觀測行星牽扯出比恆星更多的問題，因為它們移動的樣子不像圍著地球轉。至少，它們看起來不是在持續運動，有時候似乎還倒退。為了解釋這個問題，天文學家提出行星在不停地繞地球旋轉，但旋轉所圍繞的點並非位在地球的中心。他們把這個點叫作「偏心勻速點」。天文學家藉助這個觀點和其他一些推算，在沒有完全摒棄原有模式的前提下，解釋了他們的夜空所見。這意味著他們仍然承認地心說。
挑戰聖經說法的日心說如果不把地球放在中心而是換上太陽，假設行星（現在也包括地球在內）都繞著太陽轉又會怎樣呢？這是戲劇性的一問。由於我們對「太陽位於宇宙中心」的看法太習以為常了，所以很難意識到它劃時代的意義。它是對我們日常所見的挑戰，是對亞里斯多德學說的挑戰，更重要的是對教會的挑戰，因為《聖經》裡說，約書亞曾請求耶和華命令移動的太陽停住不動，繼續照耀。但是，一位波蘭教士哥白尼勇敢地提出，太陽才是宇宙的中心。
尼古拉．哥白尼（Nicolaus Copernicus，一四七三－一五四三）生於波蘭，歿於波蘭，但他在義大利學習了法律和醫學。他在十歲時失去父親，是舅舅把這個聰明的小男孩送進波蘭的克拉科夫大學。後來，舅舅成為波蘭弗勞恩堡的主教，又提供給他一份在教堂的工作，他由此獲得穩定的收入，得以在義大利求學，而且能在返鄉之後延續自己的夢想：研究天體。他搭建了一座露天塔，在那裡放置自己的天文設備，當時還沒有望遠鏡，所以他只能利用那些簡單的儀器測量不同的天體與地平線的夾角、進行月相觀察。日食和月食也是哥白尼的興趣所在。發生日食或月食的時候，我們只能看到太陽或月亮的一部分，或者完全看不到它們。
我們不知道哥白尼到底從什麼時候開始認定自己提出的天體和太陽系模型（就和我們現在的說法一樣）比幾千年來盛行的理論更有說服力。不過，他曾在一五一四年寫了一篇相關的短文，並且給幾個信得過的朋友看過。當時他還不敢聲張。他在文中清清楚楚地寫道：「地球的中心並不是宇宙的中心……我們和其他行星一樣圍繞太陽轉動。」哥白尼明確表述了這些論點，在隨後的三十多年繼續潛心研究宇宙中心是太陽而不是地球的理論。他一邊持之以恆地自己觀察，一邊殫精竭慮地研究其他天文學家的發現，思考著如何利用日心說和行星繞太陽轉的理論來解決他們的難題。事實上，很多困惑面對日心說迎刃而解：比如日食和月食，比如行星奇怪的前後運動。太陽給了我們溫暖和光明，在人類生活中無可替代，把它放在中心的位置，正好提醒我們：沒有它就沒有地球上的一切。
哥白尼學說產生的另一個顯著影響是：恆星離地球的距離比亞里斯多德等早期哲人推斷的要遠很多。亞里斯多德認為時間是無限的，空間是固定的。教會宣揚時間是固定的（凝固在幾千年前上帝造物的時候），空間也是固定的，也許上帝是唯一的例外。哥白尼接受教會關於時間和創世的說法，但是觀測結果卻告訴他，地球比其他恆星更靠近太陽。他計算出太陽和行星以及月亮和地球間的大概距離。無垠的宇宙大大超乎人們的預想。
哥白尼知道自己的研究將震驚世人，也明白歲月不饒人，終於下定決心公開自己的理論。一五四二年，哥白尼完成大作《天體運行論》（De Revolutionibus Orbium Coelestium）。但是那時他已經年邁多病，只好委託友人教士雷蒂庫斯（Rheticus）代為出版。雷蒂庫斯早前就知曉他的理論，但在著手準備的時候被調任到德國一所大學，不得已又轉手給另一個教士，安德列亞斯．奧西安德（Andreas Osiander）。奧西安德認為哥白尼的理論過於危險，於是他在一五四三年出版前給這本巨著加了前言。他寫道，哥白尼的學說雖不可信，但不妨作為一種解決地心說無法自圓其說的補救方法。他發表自己的言論無可厚非，但是他做了一件齷齪的事：他把前言偽造成了哥白尼的自序。因為沒有署名，讀者便猜測這就是哥白尼想要表達的觀點。那時的哥白尼已經病入膏肓，無力糾正這些誤導了。結果在一百多年中，這本傑作的讀者都以為哥白尼只是在變花樣解釋每天夜空上演的那一幕，而不是在講地球圍繞太陽轉動。
天文學的新思路與克普勒定律很多人讀了哥白尼的書，但是前言不費吹灰之力地讓讀者忽視了書中石破天驚的訊息。儘管如此，書中的見解和計算在他死後數十年還在影響著天文界。其中有兩位天文學家尤為突出，他們沉浸在這本書中難以自拔。一個是第谷．布拉赫（Tycho Brahe，一五四六－一六〇一），他受到哥白尼的啟發，堅信宇宙寬廣浩瀚，群星遙不可及。他在一五六〇年觀測到一次日食，這點燃了他的激情。第谷出身自丹麥貴族家庭，他的家族希望他學習法律，但他唯一的興趣是研究天文學。一五七二年，他在夜空中觀測到一顆耀眼的新星。從這顆新星入手，他撰文表達了天體不是如人所願一成不變的觀點。他在丹麥的小島上精心建立了一個觀測站，配備了最先進的設備。（可惜啊，當時望遠鏡還沒有問世。）一五七七年，他追蹤到一顆彗星的軌跡。那時，彗星被視為不祥的徵兆，但在第谷眼裡，彗星的穿行軌跡證明了天體並非只是在各自的空間裡靜止不動。
第谷也發現了很多重要的天體運動和天體位置。出於某些原因，他被迫關閉了自己的觀測站前往布拉格，一五九七年在那裡建立了新的天文臺。三年後，他挑選了約翰尼斯．克普勒（Johannes Kepler，一五七一－一六三〇）作為自己的助手。儘管第谷自始至終沒有接受哥白尼的日心說，儘管克普勒持有不同的宇宙觀，第谷還是在一六〇一年去世的時候，把自己全部的筆記和手稿留給了克普勒。克普勒不負囑託，整編出版了第谷的部分作品，同時也開闢了天文學的新思路。
克普勒一生多災多難。他妻喪女亡，母親因為巫師罪入獄，自己在宗教改革運動前期是激進的新教徒，在當權者主要為天主教徒的情況下如履薄冰。雖然他認為蒼天有序印證了他讚賞的「上帝造物」的神祕理論，但是他對天文學的永久貢獻卻是客觀精準的。儘管他的文字總是晦澀難懂，但「克普勒三大定律」廣為人知，意義深遠。
克普勒得力於第谷留下的有關火星運動的詳細紀錄，發現了「三大定律」中密切相關的前兩條。他經過長時間的研究，意識到行星不是等速運動的。當它們靠近太陽時速度快，遠離太陽時則速度慢。他發現如果從太陽（位於宇宙中心）畫一條直線連到行星，會得出行星持續運動掃過的面積，但是行星的運動速度在變。這就是第二定律，由此推導出第一定律：行星的運動軌道不是標準的正圓形，而是扁扁的橢圓形。克普勒雖然不知道重力，但他知道有一種力影響了行星的運動。而且他意識到，當行星圍繞太陽轉動時，某種位於中心位置的物質決定了橢圓形的運行軌道。這兩條定律打破了天體沿正圓形軌道移動的古代學說。
他的第三定律更有實踐意義：行星繞太陽一周的時間與到太陽的平均距離有關。這樣天文學家就可以計算出行星和太陽的距離，體會一下我們的太陽系有多麼浩瀚無邊，但比起無垠的恆星又是多麼微不足道。可喜可賀的是，幾乎在同一時間，一種幫助我們望向天穹的科學儀器誕生了：望遠鏡。那個讓望遠鏡發揮無限能量的人，就是那位最為聲名遠播的天文學家：伽利略．伽利萊（Galileo Galilei）。