第一章

混沌中的秩序

想象有一个智慧体，它在任何时间都知道所有控制大自然的力量，同时也知道每一项事物的运动状态。假设这智慧体可以将所有数据加以分析，能把宇宙中大大小小物体运动的状态用一个公式描述。对它而言，没有不确定的东西；它可以清楚地看到未来与过去。

——拉普拉斯，《概率论的哲学理论》，1814年

在17世纪科学革命之前，世界似乎被“混沌”（chaos）所主宰。混沌这个名词和现代科学家使用的意义不同，但大多数人仍然用它。没有迹象显示这个令人困惑的世界是由有秩序的简单法则所支撑的。人们对于风与天气的变化、饥荒的发生或是行星运行的轨道所能给出的最好的解释是，它们都是上帝或众神的即兴之作。宇宙中的秩序被视为物体必须遵循的和谐回应；只要可能，秩序就会呈现。例如行星运行与太阳绕着地球（地球被视为宇宙中心）运行的轨道被认为是圆形的，因为圆形是完美的。东西会向下落是因为地球的中心就是一切的中心；它是宇宙对称的中心，所以是最合适的落点。公元前3世纪的天文学家、数学家阿里斯塔克斯（Aristarchus），宣称地球绕太阳运行，不过他想象中的轨道仍是圆形的。

这些例子突显出古代科学和后伽利略科学之间一个关键的不同点。古希腊人是杰出的数学家，特别是杰出的几何学家，他们非常了解静止事物之间的关系。当然，这样的几何学起源于更早的文化。也不难想象，最早的科学是如何因史前发展中农业社会生活的实际需要而引发的。但古希腊人完全不懂物体如何运动或运动定律，只要看看他们面对古希腊哲学家芝诺（Zeno）著名的悖论时的困惑就明白了。这个悖论好比说如果一个士兵在箭射到他之前就已经从原本的位置跑开，那么他就永远不会被箭命中：在箭又多走这一段距离的同时，他也又向前移动一些，如此等等。

即使哥白尼发表了以太阳为中心的宇宙模型（但依然建立在圆形的轨道上），仍有像阿里斯塔克斯这样的人认为，以地球为中心的宇宙依然是公认的映象［image，当今的科学家称之为“模型”（model）］。哥白尼在1543年出版的《天体运行论》（De Revolutionibus Orbium Coelestium），实际上在1530年就完成了，而且大部分内容在出版前就被广泛讨论，引来了马丁·路德1539年的评论：“这傻瓜竟想扭转整个天文学！但神圣的经文告诉我们，约书亚命令太阳不许动，而非地球。”面对类似的批判，伽利略后来反击道：“《圣经》告诉我们通往天堂的途径，而非天体如何运行。”丹麦天文学家第谷·布拉赫（Tycho Brahe, 1546—1601）凭借自己的双眼，不但发现了火星是围绕太阳运行的，更发现了它走的是椭圆形轨道。与伽利略同时代的开普勒，利用第谷·布拉赫经年累月的观察所汇集的资料，最终打垮了古希腊人所钟爱的那种以完美圆形规范星空的概念。