历史上关于天体运动规律的两种观点

公元前500年前后，古希腊的毕达哥拉斯提出了大地是球形的观点，毕达哥拉斯学派认为，一切立体图形中最美好的图形是球形，一切平面图形中最美好的图形是圆形，而宇宙是一种和谐的代表，所以一切天体的形状都应该是球形，一切天体的运动都应该是匀速圆周运动。

到了公元前300多年，著名的希腊哲学家亚里士多德进一步发展了毕达哥拉斯等人的观点，系统地提出了地心说，亚里士多德认为地球位于宇宙的中心。太阳、月亮、行星和恒星都围绕着地球做圆周运动，月亮是离地球最近的天体，亚里士多德把宇宙分为“月上世界”和“月下世界”。“月下世界”的物质由土、水、火、气4种元素组成，这些物质会不断地腐朽。“月上世界”充满透明而无重量的“以太”，组成“月上世界”的以太和恒星都是永恒的，永远不会腐朽。亚里士多德把“月上世界”分为九重天，这些“天”是一个个天球，亚里士多德给出的各天体的顺序，依次是月亮、水星、金星、太阳、火星、木星、土星、恒星和原动天。星体就镶嵌在对应的天球上，原动天是宇宙的边界，原动天之外没有任何东西。

大约在公元140年，亚历山大博物馆的天文学家托勒密，在总结了亚里士多德等前人工作的基础上，在其著作中系统地提出了托勒密的地球中心说。这一学说的要点是：地球位于宇宙中心且静止不动。每颗行星都在一个称为“本轮”的小圆形轨道上匀速运动，本轮的中心在称为“均轮”的大圆形轨道上绕着地球做匀速运动。行星的运动就是由这两种运动复合而成的。托勒密的地心说既是一种关于宇宙的唯象学说，同时也为宗教提供了理论基础，于是，这个理论受到教会的大力支持，因而，地心说长期居于统治地位，让人们信奉了长达1 400多年。

在亚里士多德－托勒密的理论中，人们在“和谐性”的框架下研究天体运动，即利用结果的和谐，或结果的优美来解释天体运动现象。他们认为，圆周运动是最完美的运动，天体都是沿着圆周（均轮和本轮）运行，这一思想一直延续到开普勒时代，开普勒早年追求的也是和谐性，即寻找宇宙的和谐。1600年，开普勒投奔到第谷门下，成了第谷助手。第谷庞大的观测资料举世闻名，与第谷的交往使他放弃了原先的看法。第谷把火星轨道偏心现象的数据交给开普勒，开普勒研究发现，没有任何一种圆的复合运动会得到一条能与第谷的观测数据一致的路径。开普勒经过4年多的艰苦计算，在尝试了19种想象的路径，由于与观测结果不一致而否定了它们，之后，开普勒最终发现了真实的行星运行轨道是一个椭圆。

开普勒之后，牛顿根据开普勒定律经过长期的研究发现：自然界中任何两个物体之间存在着一种相互的引力，称为万有引力。在《自然哲学的数学原理》的“论宇宙的系统”中，牛顿给出了万有引力定律，自然界中任何两个物体都以一定的力互相吸引着，力同两个物体的质量乘积成正比，同它们之间距离的二次方成反比。在《自然哲学的数学原理》一书中，牛顿还运用引力定律和力学原理解释了一些重要的天文现象，牛顿解释了潮汐的成因，确定了彗星的轨道，从而，人们第一次揭开了天体运行之谜。

在牛顿之前，物理学和天文学并不统一，人们普遍认为，宇宙中的规律有两种，即天上的规律和地上的规律。牛顿的重大贡献就在于，他发现了支配宇宙中物体运动的乃是同一套定律：它使苹果落到地上，也使行星绕着太阳旋转。牛顿力学理论不仅可以解释开普勒发现的行星运动的规律，而且也实现了天上的运动规律与地上的运动规律的统一。

总之，关于天体运动的规律，历史上有两种观点，一种是亚里士多德－托勒密的观点，另一种是牛顿的观点。

亚里士多德－托勒密认为，支配天体运动的规则是几何规则，他们用和谐的、优美的几何轨迹来描述天体的运动。在亚里士多德－托勒密的理论中，圆周运动是完美的运动，天体都是沿着复合的圆周轨道运行。

牛顿的观点则是用物理规律来解释天体的运动，牛顿力学的核心思想是力和力所决定的因果性，牛顿认为找到了力的规律就找到了对运动现象的解释，天体运动的原因是万有引力，天体运动的规律是由万有引力的规律决定的。