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经典力学框架下的宇宙观

遂古之初，谁传道之？上下未形，何由考之？圜则九重，孰营度之？翰维焉系？天极焉加？八柱何当？东南何亏？九天之际，安放何属？隅隈多有，谁知其数？天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？----屈原，《天问》

物理学家弗里敦说过：“所有的物理学定律最终都是从宇宙中获取信息的，从牛顿定律到量子力学的所有原理都可以用同一种方法推导出来.”亚里士多德认为时间既是事物运动的尺度也是事物静止的尺度，实质上已得出了时间是物质持续性的量度，时间既不是运动，又不能脱离运动，它依赖于物质的运动而客观存在着.时间是无限的，即时间在量上是无限的，又是无限可分的.宇宙既不生成，也不可能消灭，是单一的和永恒的，它的整个时期既无开端也无终结，在自身包含着无限的时间.

16世纪前人们只能凭肉眼看到六、七千颗星体.1539年哥白尼提出日心说，人类对宇宙的认识进了一大步.波兰天文学家哥白尼（NicholasCopernicus，1473-1543）1536年写成《天体运行论》，1543年公开出版.认为太阳是宇宙中心，而地球只是一颗普通的行星，这样恒星的东升西落，行星的打圆圈的视运动都能解释了.他对宇宙分成若干天层；太阳静止于中心，挨着是水星天、金星天、带月亮的地球天、火星天、木星天、土星天和恒星天等.地球不是宇宙的中心而是围绕太阳运行的普通行星，其自身又以地轴为中心自转.哥白尼的日心说推翻了统治天文学1000多年的地心体系（即地球是宇宙中心的学说），引起了全世界的轩然大波，人们不得不重新审视自身在宇宙中所扮演的角色.在此之后，天文学上的发现不断地突破人们所建构的关于宇宙中心的知识体系，地球不是中心，太阳也并非就是，银河系也不是，随着爱因斯坦广义相对论的提出，人们才认识到宇宙根本没有中心.

17世纪天文望远镜问世、开普勒三定律和牛顿万有引力定律的建立，标志人类进入掌握行星层次天体运动规律的阶段，为进入工业社会奠定了必要的科学基础.开普勒在弟谷观察的资料基础上，于１６０９年发表了《新天文学》一书，叙述了行星运动的两条定律.第一条定律提出所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运行，太阳位于椭圆的一个焦点上.第二条定律指出每一颗行星的向径在相同时间里扫过的面积相等.后来又在《宇宙谐和论》中补充了第三定律，行星绕太阳公转的恒星周期平方和行星轨道半长径的立方成正比.为牛顿发现万有引力定律铺平了道路.

牛顿从苹果落地事实启示联想到一个人站在山崖上，把一块石头轻轻地放开，石头会直落到地面，如果他用力把石头抛向远处，石头就会向前跑一段再成一个弧形落到地上.如果他用力更大，落下更远.若力足够大时，这就不会再落到地面上，而围绕地球公转起来.地球没有引力，该石头就会朝着他抛出的方向照直飞去.引力就像一头拿在小孩手中，一头拴着小石头的绳子一样，从小孩手中牵引着小石头转圈.这样只要证明地球对月球的吸引力确实就是月球绕地球运行所需的向心力.经过十几年的努力，终于找到计算引力的公式，后来跟力学三定律一起发表于《自然哲学的数学原理》一书中.牛顿提出：物体的每个分子吸引其它分子，这个引力强度与其质量成正比和被吸引的分子之间的距离平方成反比.但牛顿无法解释星体为何一开始就作如此运动.因此就把上帝作为第一推动者.天体为什么会按哥白尼体系运动，笛卡尔曾提出过以太旋涡理论.后来为康德与拉普拉斯吸收了牛顿引力理论构成旋涡星云演变说.

1900年美国的钱伯林提出星子说，认为有一颗恒星运行到太阳附近，在太阳的正面和背面掀起两股巨大的潮，从太阳喷出的物质逐渐汇合成围绕太阳的气盘，并逐渐凝聚成行星和卫星.1916年英国金斯提出“潮汐说”，认为一恒星接近太阳，从太阳表面引出潮汐隆出物，这雪茄烟形长条逐渐脱离太阳并形成行星.杰弗里认为恒星与太阳相撞，撞出物形成行星系.1944年苏联施密特认为太阳通过暗星云时俘获物质，形成绕太阳旋转的星云盘，逐渐形成行星和卫星.同年德国魏扎克认为绕太阳旋转的气体尘埃盘中出现规则排列的旋涡，在次级旋涡中形成行星.稳恒态宇学认为宇宙在时间和空间上都是无限的.它主张宇宙从未有过开始，或者更确切地说，宇宙乃是处于连续的创造过程之中.当宇宙膨胀之时，总密度减少，但密度存在一个下限值，宇宙不会在密度低于此值的情况下存在.当宇宙接近这个下限值时，便会创造出更多的物质来使密度再度升高.因此当宇宙不断地膨胀时，新的物质便连续地在星体中创造出来以填补空隙.新形成的物质就是构成星系的氢.每个新星系团将随着宇宙的不断膨胀而逐渐衰老以致死亡，但又形成新的星系团.新星系形成，老星系死亡，但宇宙的总密度不变.并且总是存在有各种不同年龄的星系.因此，宇宙在任何时期检验都是一样的.尽管个别星系团有所变化，但总体图象是始终如一的.

牛顿在《自然哲学之数学原理》的“总释”里还写道：“六个行星在围绕太阳的同心圆上转动，转动方向相同，而且几乎在同一个平面上;鉴于慧星的行程沿着极为扁平的轨道跨越整个天空的所有部分，不能设想单纯力学原因就能导致如此多的规则运动:因为它们以这种运动轻易的穿越了各行星的轨道，而且速度极大;在远日点，它们运动最慢，滯留时间最长，相互距离也最远，因而相互吸引造成的干涉也最小.这个最动人的太阳、行星和慧星体系，只能来自一个全能全智的上帝的设计和统治.如果恒星都是其他类似体系的中心，那么这些体系也必定完全从属于上帝的统治”.牛顿的原文中仅有：“...我用重力解释了天体运行和海洋的潮汐，但我还不能指出重力自身的原因...”.中世纪文艺复兴以来，生气勃勃的新兴科学，以哥白尼为开端的日心说，向教会写了宣战书!以牛顿自己也表示：“我不知重力自身的原因...上帝设计一切和统治一切”这段话为终结，向教会高悬免战牌！牛顿的星体引力场理论清楚地给出了万有引力定律:在星体时空中，给出了物体由与星体间引力相互作用产生的运动规律.爱因斯坦广义相对论也是星体的引力场理论，核心是:星球告诉周围时-空如何弯曲;时空告诉其中的物体如何运动.由于后者考虑了时空参考系的相对性原理，从而比前者更苻合天文观测的实际结果.这两个引力场理论，对质点在星体引力场中运动的几何轨迹，都给出了很好的描述，并且后者由于满足时空相对性原理而更准确些.