亚里士多德认为地球是不动的，太陽、月亮、行星和恒星都以圆周为轨道围绕着它转动。
他相信这些是由于神秘的原因，他感到地球是宇宙的中心，而且圆周运动 最为完美。在
公元后两世纪，这个思想被托勒密精制成一个完整的宇宙学模型。地球处于正中心，包围
着它的是八个天球，这八个天球分别负载着月亮、太陽、恒星 和五个当时已知的行星： 水
星、金星、火星、木星和土星（图1.1）。这些行星被认为是沿着附在相应天球上的 更小的
圆周运动，以说明它们在天空中被观察到的相当复杂的轨迹。最外层的天球被镶上固定的恒星
，它们总是停在不变的相对位置，但是总体绕着天空旋转。最后 一层天球之外为何物一直不
清楚，但有一点是肯定的，它不是人类所能观测到的宇宙的部分。
托勒密模型为预言天体在天空的位置提供了相当精密的系统。但为了正确地预言这些位置，托
勒密必须假定月亮轨道有时离地球比其他时候要近一倍，这意味着月 亮有时看起来要比其他时
候大一倍。托勒密承认这个瑕疵，尽管如此，他的模型虽然不是普遍地、却是广泛地被接受。
它被基督教接纳为与《圣经》相一致的宇宙图 象。这是因为它具有巨大的优点，即在固定恒星
天球之外为天堂和地狱留下了很多地方。
（起初，可能由于害怕教会对异端的迫害，哥白尼只能将他的模型匿名地流传。）他的观念是，
太陽是 静止地位于中心，而地球和其他行星绕着太陽作圆周运动。将近一个世纪以后，他的观念
才被认真地接受。后来，两位天文学家——德国的约翰斯·开普勒和意大利 的伽利雷·伽利略—
—开始公开支持哥白尼的理论，尽管它所预言的轨道还不能完全与观测相符合。直到1609年，亚里
士多德——托勒密的理论才宣告死亡。那 一年，伽利略用刚发明的望远镜来观测夜空。当他观测木
星时，发现有几个小卫星或月亮绕着它转动。这表明不象亚里士多德和托勒密所设想的，并不是所有
的东西 都必须直接围绕着地球转。（当然，仍然可能相信地球是静止地处于宇宙的中心，而木星的卫
星沿着一种极其复杂的轨道绕地球运动，表观上看来它们是绕着木星转 动。然而哥白尼理论是简单得
多了。）同时，开普勒修正了哥白尼理论，认为行星不是沿圆周而是沿椭圆（椭圆是被拉长的圆）运
动，从而使预言最终和观察相互一 致了。
　　就开普勒而言，椭圆轨道仅仅是想当然的，并且是相当讨厌的假设，因为椭圆明显地不如圆那么完美
。虽然他几乎是偶然地发现椭圆轨道能很好地和观测相符合，但却不能把它和他的行星绕太陽运动是由于
磁力引起的另一思想相互调和起来。对这一切提供解释是晚得多的事，那是由于1687 年伊萨克·牛顿爵士
出版了他的《数学的自然哲学原理》，这部也许是有史以来物理科学上最重要的单独的著作。在这本书中
，牛顿不但提出物体如何在空间和时间 中运动的理论，并且发展了为分析这些运动所需的复杂的数学。此
外，牛顿提出了万有引力定律，根据这定律，宇宙中的任一物体都被另外物体所吸引，物体质量越 大，相
互距离越近，则相互之间的吸引力越大。这也就是使物体落到地面上的力。（由于一个苹果落到牛顿的头
上而使他得到灵感的故事，几乎肯定是不足凭信的。 所以牛顿自己说过的只是，当他陷入沉思之时，一颗
苹果的落下使他得到了万有引力的思想。）牛顿继而指出，根据他的定律，引力使月亮沿着椭圆轨道绕着
地球运 行，而地球和其他行星沿着椭圆轨道绕着太陽公转。