站在今天的科學高度上，一些沒有深入瞭解過科學史的人，很容易認為古代的學者都處在某種“天真無邪”的狀態下，他們彷彿天然就對某些今人看來的“神秘概念”確信不疑。基於這樣一種思維，一些人對於古代學者所做的工作往往持一種普遍低估的態度，他們會嘲笑亞里士多德不懂得在理想環境下進行的實驗；也會嘲笑托勒密的“地心說”不過是人類拘泥於神話故事的結果。
16世紀時代的托勒密“地心說”模型
可是，這樣的評價公平麼？現在的中學生上物理課都會學到牛頓三定律，但是這真的意味著他們已經在思維能力上超越古代學者了麼？顯而易見，這基本上是不可能的。只有認真回顧那些古代自然研究的經典作品，才能意識到古人的推理和研究方法都自有一番非常成熟的道理。在本篇，筆者將展現古代西方天文學中的最重要的作品《至大篇》（Almagest，直譯過來就是“最偉大的那一篇文章”）是如何“有根有據地”證明地球處於宇宙中心的。
托勒密
為何大地是個球？
在很多人的印象中，西方中世紀的人們一直以為“大地是平的”，事實卻並非如此。其實在中世紀前幾百年的古希臘時代，人們便已經“認為”大地是個球了。要知道，他們的時代可沒有航天飛船能夠飛上太空，直接觀察地球。那麼，古希臘人的這一觀念是從何而來的呢？
簡單地說，這一說法大概最早可以追溯至畢達哥拉斯。畢達哥拉斯認為球狀物才是一切形狀之中最為“完滿”的形狀，故而大地和天體都應當是個球。不過，這種說法難免會遇到這樣的質疑：如果大地是個球，那麼為何在地球“下方”的人不會墜落到空中呢？
當然古人同樣也沒有今人所謂的“引力”理論，但是他們有另外一套類似的理論來解釋這個問題。對這一問題回答得最為圓滿的是亞里士多德。在他看來，整個世界如同雞尾酒一樣，輕盈的“物質”懸浮在上層，而濁重的事物沉積在下層。土地因其濁重，便自然而然地沉積在“下方”，而人們因為身體之中蘊含了一定量的“大地”，自然而然地也附著在了地面之上。因此，在解決了類似引力這樣的理論關鍵難題之後，時人也就可以接受“大地是個球”的這樣說法了。
托勒密的《至大篇》正是建立在這樣一個宇宙論的基礎之上，並且對於“大地是個球”進行了一番更為詳細的“實證”。在《至大篇》的前言，他便寫出了各種大地是個球的證據：
（1）世界各地的人們，並不能同時看到日月星辰的升起和落下，而在東方的人總是能夠更早地看到天體的升起，西方的人則會晚一些；（2）日月食的發生，各個地區觀測到的人也是不同時的，這條道理類似上一條道理；（3）那便是：不同地方按照一定“比例”存在著時間上的差距——實際上，在托勒密之前，人們便已經觀察到了各個地區之間是有“時差”的。
以上只是托勒密提及的三條正向論證，同時他還繼續進行了幾條“反證”：
（4）如果大地是平的，那麼所有人都會同時看到的天體起落；（5）大地如果是個（軸心指向南北方向的）圓筒形，那麼我們無論向北走或者向南走，星體的數量應該不變，然而實際上是向這兩個方向前進的時候，往往一方的可以見到的星辰越來越多，而另一方越來越少；（6）我們在海邊的時候，能夠見到船的桅杆一點點從海平面升起。
通過正反兩面的證明，托勒密得出了大地在各個方向上都是具有弧度的結論，並且由此進一步推理出大地應當是個“球”。
當筆者最初看到托勒密論證過程的時候，感到十分的震驚，原來古希臘人已經在一個很大的地域範圍內觀測到了一些看似現代人才知道的常識——這要感謝亞歷山大帝國的建立，使得大範圍的觀測成為現實。然而，更讓筆者感到震驚的是，托勒密採用的研究方式並不是現代人所猜測的那麼簡陋，他的工作方式是先建立模型，然後尋找經驗上的材料來驗證之。雖然托勒密未必有方法上的自覺性，然而在無意之中，他實際上已經在採納現代的方法了。
1515年的托勒密作品拉丁版
大地為何是不自轉的？
看過之前托勒密對“地球”的論證，很多人在感嘆托勒密的才智的同時，或許也會感到可惜——這樣一位智者將自己的才智浪費在論證“大地不動”之上了。實際上，如果繼續瞭解托勒密論證“大地不動”的方式，我們仍然會感嘆他的才智並沒有白白浪費。
那麼，他究竟是如何論證出“大地不動”的呢？先讓我們回想一個基本的經驗事實——當我們坐在一輛敞篷跑車之中，這輛車在高速移動的時候，會不會感到勁風撲面？可是，“坐地日行八萬裡”的我們，為何沒有任何勁風撲面的感覺？
實際上，在托勒密之前便有人開始測量地球的周長了。公元前兩百年左右，埃拉托色尼就已經得出了一個與現代測量非常接近的數值（不過有些誤打誤撞的成分在其中），儘管這個數值沒有被廣泛採納，但讓當時的人們至少對於地球的周長有了大致數量級上的概念。因此，托勒密就問道，假如大地是轉動的，那麼它的速度比當時任何的交通工具都快，然而居住在地面上的人們為何對此毫無察覺？
實際上，托勒密沒有意識到，正是地球的自轉造就了大氣環流。在地面上生活的我們感覺不到是因為“慣性”的存在，在整體上我們與周圍的空氣在一起運動著。然而，在托勒密的時代，人們尚未對“慣性”這個物理學概念有明確的認識，因此他對“地動說”的反詰，在當時看來是十分有力的。
大氣環流
這一認識要到伽利略的時代才發生改變。伽利略就“慣性”理論曾經提出了一個船的比喻，即如果從桅杆上撒手投下一顆石子，那麼石子只會落在桅杆下，而不會落到船尾。然而，在托勒密時代，人們則會覺得這顆石子不會落到桅杆下，而會落向船尾。
大地為何不是公轉的？
此外，托勒密不僅不認為地球會自轉，也不認為地球會公轉。他是如何得出這樣一個結論的呢？
古希臘人雖然對於地球和太陽之間的距離沒有清晰的概念，但是他們知道這段距離是非常長的，那麼假如地球公轉的話，這個“圓形軌道”的周長也是天文數字，這就意味著地球是飛奔在宇宙之中的，然而為何人們卻絲毫沒有被甩出去的感覺呢？
今人當然知道引力的存在，可是對於當時的人而言，如果地球繞太陽運動的話，那麼也會打破亞里士多德關於輕元素漂浮在外，重元素沉積在內的宇宙結構，也就意味著當時的“引力”理論之中產生了內在的矛盾。
除此以外，還需要聯想到這樣一個經驗事實：我們在坐車的時候，窗外的景緻是不斷變化的。於是托勒密就問了，假如地球是圍繞著太陽運動的，那麼為何我們看不到星空的圖案產生變化呢？即托勒密所說的，星星之間的“角距離”（Angular Distance）是不變的。
現代人當然明白，這是因為星星距離地球太過遙遠之故。星星的變動位置其實真的發生了變化，可是這樣的位置變化，需要長時間的、較高精度的天文儀器的協助。對於托勒密時代的人們而言，他們並沒有什麼好辦法去測量肉眼難以察覺的變化。直到伽利略時代，在擁有了天文望遠鏡之後，人們才發現行星在天空中的大小是有變化的，方才開始逐漸相信地球存在公轉的可能。
那麼，托勒密又是如何論證出地球是宇宙的中心呢？其實道理也非常簡單。既然地球既不自轉也不公轉，只是靜止地保持不動，同時人們又觀察到所有的星體都在“圍繞”著地球運動，那麼很自然地便會認定地球就是宇宙的中心點了。
中世紀的人們想象中的托勒密在測量星空
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