宇宙中的星球是如何保持平衡的？

当有人把这个问题提给牛顿的时候，牛顿知道，他必须回答。没办法，谁让他是英国皇家学会的会长呢，谁让他是万有引力定律和牛顿运动定律的发现者呢。

实际上，回答这个问题的困难之处，正跟牛顿发现的万有引力定律有关。

万有引力定律是一条优美、和谐、简单的定律，咱们有必要讲一下：

万有引力定律：

自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的大小与两个物体的质量成正比，与物体间距离成反比。

问题就出在这里。

宇宙中的行星受到恒星的吸引，行星转动时产生向外的离心力，离心力的大小与恒星对它的引力相等，所以，行星围绕恒星转动，这一点不难理解。

难以理解的是，宇宙中有那么多的恒星，恒星之间也是有引力的，这些恒星为什么没有在相互间引力的作用下，塌落聚集，一起落到某个地方去呢？

难道，万有引力定律对宇宙中的恒星不起作用么？那这定律也太不咋地了吧？

关于宇宙中星球的问题，早在牛顿之前 4000 年，古希腊人就已经开始琢磨了。

他们的认识是从地球开始的。他们很聪明地意识到，地球可能是个圆球。

这个意识首先来白于对船的观察，观察地平线外驶来的船，古希腊人注意到，这些船总是先露出船帆，然后再露出船身。如果地球是平的，就不应该出现这种现象。

站在地球的北极。

地平线上，船总是先露出船帆。

这个意识还来自于对星空的观察，古希腊人发现，旅行时，越往南走，天空中的北极星就越低，更加靠近地平线；而越往北走，北极星就越高。如果地球是平的，就不应该出现这种现象。非常可惜，古希腊人没机会走上北极点，如果他们走到北极点，他们还会发现，北极星已经升到了他的头顶，因为北极星在北极的正上方。

古希腊大思想家亚里士多德的观察更加仔细，他发现，地球在月亮上的影子，总是圆的。

结合这些观察，亚里士多德得出结论说：地球是圆的。这个结论很正确。他还认为：地球是宇宙的中心，静止不动，月亮、行星、太阳，以及其他宇宙中所有的星球都围绕着地球转动，他们的转动轨道是标准的圆周形。

我们都知道，后面这些结论是有问题的。但麻烦的是，西方世界很有势力的基督教会完全接受了亚里士多德的观点，并且把这个观点跟上帝创造世界联系在一起。

教会不好惹。 1800 年后，哥白尼提出了日心说，他判断出地球是围绕太阳转的。但他迟迟不敢正式公布， 40 岁就判断出的理论，到 70 岁才敢写成书。拿到书的当天，哥白尼去世了。

后来，伽利略用他的天文望远镜为日心说提供了证据，他观测到，木星的几个小卫星是围绕木星旋转的，而不是如地心说的理论，全都围绕地球旋转。

哥白尼的宇宙模型。

《关于两个世界体系的对话》。

再后来，开普勒提出，行星的运动轨迹，不是圆周，而是椭圆。有意思的是，开普勒的结论来自于它的实际观测，而他本人，却对这一观测结果很不喜欢，他觉得，椭圆实在不如圆周完美、和谐。

哥白尼、伽利略、开普勒都曾受到过教会的迫害。牛顿比他们幸运，到牛顿的年代，科学已经从被教会打压的异端邪说转变成受到公众尊重的知识。

前人的努力，帮助牛顿认识到万有引力定律。千万别迷信万有引力定律来源的苹果说，如果没有开普勒的理论基础，牛顿被苹果砸 100 次，也发现不了万有引力定律。

讲到牛顿，让我们再回到宇宙中星球分布的问题。

牛顿是这样解释的，他说，如果宇宙中只有少量的恒星，显然他们会相互吸引，落到一个中心点。但宇宙中有无限多的恒星，分布在无限广的空间里，所以，宇宙中根本不存在一个恒星落去的中心点。

但是，这个解释难以令人信服。按照牛顿定律，如果只有少量恒星，那么它们就要塌落聚集。那么，即便在这些恒星周围添加更多均匀分布的恒星，按照牛顿定律，添加的恒星对原来那些少量恒星是不会产生影响的。原来的，该塌还是要塌啊。

所以，牛顿的解释站不住脚。

后来，有人帮牛顿解释说，星球间的距离非常大时，引力就不再是引力了，而变成了斥力。这些引力和斥力，保证了宇宙中星球的稳定平衡。

可是，如果宇宙真是这样的话，那宇宙的平衡岂不太脆弱了？任何一个领域的恒星位置稍微有一点变化，宇宙的平衡就要被彻底打破。

宇宙如何保持平衡这个问题，牛顿没能正确回答，牛顿的同时代科学家也没能正确回答。甚至，牛顿之后 200 年，一直也没有人能够正确回答。

科学不够发达的时候，很多科学问题是被当做哲学或神学问题思考的。比如宇宙的起源，最先给出解释的是几大宗教。

哲学家也喜欢干这事，牛顿之后，有个相当著名的哲学家，康德，非常认真地思考了宇宙起源和时间问题。结果呢？这位理性哲学大师在自己的思考中迷失了。对于宇宙有没有起源的问题，康德发现，无论怎样回答，总有矛盾：如果宇宙没有开端，那么时间就是无限的，怎么可能存在无限的时间呢？如果宇宙有一个开端，那么在这个开端之前呢？岂不还是有着无限的时间？时间不可能是无限的呀。

这个问题，还是得靠科学来回答。

1929 年，哈勃在观测中发现，宇宙中，远处的星系正在离开我们远去。这个结论让他认识到：宇宙正在膨胀。很快，这一见解被科学界普遍接受。

宇宙正在膨胀，宇宙并非处在一个静止、稳定的状态上。这一发现，解释了牛顿没法回答的问题，宇宙中的星球，正如气球上的几个黑点，随着气球的不断变大而远离，膨胀的力量使它们不至于塌落聚集。

宇宙正在膨胀的发现也预示着，宇宙是从一个点开始的，那是一个尺度特别小、密度特别大的点，宇宙正由这个点的大爆炸而来。

在这个点里，科学理论失效了。大爆炸之前，时间也不存在。科学发现解决了康德的困惑，宇宙不存时间不是无限的，时间是从宇宙大爆炸的那个点开始的。

科学的发展是有节奏的，亚里士多德认识到地球是圆的，但他认为地球是宇宙的中心； 1800 年后，哥白尼指出地球不是宇宙的中心，但他以为星球们在做圆周运动。开普勒观测到星球的椭圆运动轨迹，他本人却不喜欢这个观测结果。

然后，牛顿站在开普勒的肩膀上发现了万有引力定律和牛顿运动定律。这些定律使牛顿成为人类历史上几乎是最重要的科学家。

接下来，你会发现，万有引力定律和牛顿运动定律并不完美，某些方面，甚至牛顿本人也不买账。

当牛顿的运动定律与某些观察结果不一致时，爱因斯坦找到了新的理论：相对论。相对论使爱因斯坦名扬天下，他被认为是牛顿之后最值得与牛顿相提并论的科学家。可是，相对论也束缚了爱因斯坦，使得他迟迟不肯接受另一个重要的科学理论：量子理论。

接下来我们会讲到，相对论有正确的地方，量子理论也有正确的地方。但它俩之间并不协调，甚至相互违背，怎么办？

不用担心，科学家们正在努力。对于求知，人类有着深切的意愿，科学永远不会停下脚步。

我们是谁？我们从哪里来？我们为什么在这里？我们要到哪里去？

或许，某一天，这些哲学意义的问题，都可以用科学的方法回答。