一、天文学:双球体宇宙中的行星
巴比伦人进行了古代世界最精确和最全面的天文观测，到公元前500年，他们拥有了两个世纪前的记录，以及预测天空运动的良好算术方法。
大约在那个时候，他们开始根据一个数字“黄道经度”来记录恒星的位置，这是根据一个固定的参考框架来放置恒星，而不是给出相对于黄道星座的位置。
一个世纪后，柏拉图和他的学生，克尼多斯的欧多克索斯(约公元前390-公元前337年)与早期希腊天文学有了决定性的突破，他们将注意力转向行星，而不是恒星。
与此同时，他们寻求一种几何模型来解释行星的运动，这似乎比恒星的运动要复杂得多。
他们采用的“两个球体”宇宙模型自然是根据前面讨论过的对天文现象的长期观察得出的。
这两个球体是静止在宇宙中心的地球，和离地球有一段距离的天球。
星星被固定在天球上，七颗行星(对古代天文学家来说是太阳、月亮、水星、金星、火星、木星和土星)沿着天球的内表面移动。
天球的每日自转解释了天体的升起和落下。
到公元前四世纪，行星的运动已经被仔细地绘制出来了。
当太阳和月亮以差不多相同的速度围绕黄道运动时，其他行星的运动是相当不稳定的。他们沿着黄道几度以内的路径移动，但是速度和方向都有变化。
例如，火星从西向东绕黄道运行大约需要22个月。大约每26个月它会减速停止一次，然后暂时向相反的方向移动(这被称为“逆行”)，然后再次停止并继续沿黄道运行。
水星和金星展示了一个其他行星没有的特点:它们离太阳不会太远(水星不会超过23度，金星不会超过44度，尽管它们有时在太阳前面，有时在太阳后面)。
欧多克索斯第一个提出了可以解释这些观察结果的几何学。
他开始寻找一种自然运动的排列方式(这意味着，在天空中，均匀的圆周运动),这种排列方式可以产生观察到的不规则的行星路径。
他发现，如果火星被固定在一个球体的赤道上，该球体在其他三个旋转的球体中旋转，如果每个球体的旋转速度和轴得到适当的选择，这种安排将复制火星在天空中跟踪的观察模式。
类似的(但不同的)四个球体可以被设计来描述其他行星的运动，尽管太阳和月亮只需要三个，因为它们没有逆行。
欧多克索斯希望这个模型(总共26个球体)仅仅是观察到的运动的几何表示，而不是对天空的物理真实描述。
不幸的是，我们不知道欧多克索斯是否真的试图用他的模型(有可能做出粗略的定性预测，但不准确)来预测行星运动。
试图提高准确性由Cyzicus的Callippus(约。他为太阳和月亮增加了第四个球体，为水星、金星和火星增加了第五个球体。
（作者观点）这是双星系统，是指由两颗恒星组成，相对于其它恒星来说，位置看起来非常靠近的天体系统，联星是指两颗恒星各自在轨道上环绕着共同质量中心的恒星系统。
双星可以当成联星的同义词，但一般而言，双星可以是联星，也可以是没有物理关联性，只是从地球观察是在一起的光学双星，具有重大物理意义。
二、各种宇宙学理论
亚里士多德对这些天体运动的球形模型的意义进行了重大的哲学变革，他认为天体在物理上是真实的。
如果像他所设想的那样，宇宙实际上不仅仅是两个球体，而是一个透明的嵌套球体系统(每个球体中都嵌入了一颗行星)，那么其他几个必须处理并发症。
例如，火星的球体位于水星和金星的球体之间，因此火星的运动会传递给它的邻居。
亚里士多德通过在行星之间插入“展开的”球体克服了这个问题:他的完整系统由56个球体组成。
他没有得出任何最终结论，但对宇宙进行物理上真实的几何描述的可能性是后来天文学家的重要遗产。
它也让天文学在宇宙学(研究宇宙的结构)中扮演了一个直接的角色。
亚里士多德的嵌套球体宇宙变得高度发达，并被普遍接受，但在此之前，许多可能的替代方案被提出。
例如，本都的赫拉克里德斯(约公元前373年)，柏拉图学院的成员，坚持认为地球每天绕轴旋转，解释了天空明显的昼夜运动。
虽然在古代没有被广泛接受，但这种想法是众所周知的。
阿里斯塔克斯的萨摩斯(约。公元前310-230年)，在亚历山大工作，估计太阳的直径是月亮的18到20倍，月亮的直径大约是/8，所以太阳是地球的6或7倍大。
出于这个原因，阿利斯塔克认为地球必须围绕太阳转，而不是相反(也就是说，宇宙必须是“日心说”)。
因为日心说从十六世纪晚期开始在欧洲被接受，阿利斯塔克的想法引起了极大的兴趣。
然而，在亚历山大时期的希腊，这一理论是行不通的:它违反了亚里士多德物理学，也违背了常识和宗教信仰。
也许最能说明问题的是，如果地球绕着太阳转，那么在相隔6个月的时间里(在轨道上相对的点)，从地球上看到的星星会有所不同。
这种“恒星视差”一直在寻找，但从未观察到。直到17世纪，人们才普遍接受——以相当站不住脚的证据——地球绕着太阳转。
直到19世纪，足够精确的望远镜能够与观测误差的复杂统计控制相结合，以足够的精度确定恒星的位置，从而检测恒星视差，并确认当时长期以来被接受的观点，即地球确实是一颗行星。
（作者观点）关于对未知事物的探索，人类从来就没有停止过。近几十年来，科学家们提出了一些较有价值的宇宙理论。
主要有：爱因斯坦的静态宇宙模型、稳恒态宇宙学、膨胀宇宙模型、物质—反物质宇宙模型、大爆炸宇宙学和暴胀宇宙论。
三、数学宇宙学
佛罗里达州克罗狄斯·托勒密。150 CE)——与统治埃及的托勒密王室没有关系是古代最后一位著名的天文学家。
他的主要著作《数学合成论》被早期现代天文学家更好地称为《天文学大成》，这是从中世纪学者中流传的阿拉伯语译本的标题而来的。
直到16世纪，它成为伊斯兰教和基督教天文学理论的权威(几乎无可争议)。
因此，在托勒密之前的三个世纪里，希腊罗马天文学几乎没有其他东西幸存下来。
然而，有证据表明，印度的《悉达多》——其中部分是基于丢失的希腊论文——和希腊纸莎草文献表明，在托勒密之前，天文学家已经建立了预测天体运动的数学模型。
托勒密认为尼西亚的阿波罗尼奥斯和希帕克(公元前190-120年)试图利用天空的几何模型准确预测任何给定时间的天文事件。
虽然只有希帕克工作的片段仍然存在，这是明确的写作托勒密和其他人认为他是一个杰出的天文观测家。
他绘制了1080颗恒星的地图，并根据它们的亮度进行了分类。
希帕克发现了黄道相对于恒星位置的长期周期性变化(称为“岁差”)。他估计进动的速度是“每100年至少1弧度”。
很可能是希帕克在发现巴比伦人定义的一年长度和希腊天文学家使用的一年长度之间的差异后注意到了这个小影响。
巴比伦人使用‘恒星年’，即太阳在恒星中回到同一位置所需的时间，即365.2564天。
希腊人用‘热带’年，太阳回到春分所用的时间，也就是365.2422天。
这种差异(岁差的结果)是每年大约20分钟的时间，或者每世纪将近一天半。
根据巴比伦人的数据，这个时间差在希帕克的时代很容易被注意到。
根据一些资料，希帕克是第一个制作“星盘”的人，星盘是一种用来定位天体的工具，通过将球形的天空投射到一个平面上来制作。
在亚历山大大帝征服后的两个世纪内，希腊自然哲学通过乌贾因城传播到印度西北部，希帕克的工作被印度天文学家吸收。
他们在印度进一步发展了他的恒星坐标系统，后来的版本在西方被重新采用。
在中国，有一些刻有天文记录的“甲骨文”可以追溯到大约公元前1500年，可靠的数据，包括日食、彗星和新星，可以从大约公元前400年开始获得。
《世说新语》(约公元前350年)绘制了大约800颗恒星的地图，并给出了预测日食的规则。
在公元336年(希帕克之后大约500年)，胡希发现了岁差，他估计50年后岁差为1度，大约是希帕克估计的一半:现代的数字介于两者之间。
在古代世界，中国和西方绘制星星的惯例有很大的不同:希腊人把星星和黄道联系起来，而中国人使用天赤道和天极作为他们的参照物，这一点我们将在下一章看到。
鉴于早期工作如希帕克的工作所开辟的可能性，托勒密想要(在公元二世纪)设计一个数学天文学的系统，基于声音理论，并与现有的最佳观测数据一致。
他认为，计算位置和观测位置相差10弧分以内是可以接受的。正如欧多克索斯在500年前所做的那样，托勒密寻找匀速圆周运动的组合来解释和预测天体的运动。
托勒密利用巧妙的圆的组合产生了在天空中观察到的那种不均匀的非圆形运动。为了再现太阳围绕黄道的非匀速运动(太阳在秋天比春天运动得快)，托勒密设计了“偏心模型”。
为了模仿行星的逆行运动，托勒密使用了一个“周转不灵”模型，他把这个模型归功于阿波罗尼奥斯。
在我们看来，希腊人痴迷于用匀速圆周运动来描述天体运动，这妨碍了我们发现现代天体运动的概念太阳系，其中行星轨道是椭圆形的。
然而，几个世纪以来对宇宙循环性质的观察指出了匀速圆周运动，这得到了常识、美学、哲学和宗教考虑的支持。
此外，托勒密可用的数学方法只能处理匀速圆周运动和这些运动的组合。
然而，最重要的是，托勒密的偏心和周转模型确实强大到足以在现有观测的范围内再现天体的运动，并具有足够的精度来做出可用的定量天文预测。
托勒密需要至少80个圆来描述天空，但他实现了将宇宙学置于理性数学天文学基础上的目标。
托勒密希望他的几何模型代表物理宇宙的现实，而不仅仅是一个预测性的数学工具，在他的论文《行星假说》中，他试图展示这是如何实现的。
然而，很久以后，在中世纪，托勒密和亚里士多德成为天文学家对立派别的象征:
托勒密被认为是数学家，只关心“拯救现象”，而亚里士多德被认为对宇宙的物理结构更感兴趣。
（作者观点）麻省理工学院宇宙学家马克斯泰格马克认为宇宙是一个数学结构。
宇宙中的一切，包括人在内，都是数学结构的一部分。所有物质都是由具有诸如电荷和自旋等性质的粒子组成的，但是，这些特性纯粹就是数学性质。
而空间本身也有一些类似维度的属性，归根结底，它还是一个数学结构。
原文链接：https://www.toutiao.com/article/7186913048391631371
