史上最具影響力的科學著作
簡單地說，如果地球不是位於宇宙中心，那麼現有的一切秩序都將徹底陷入混亂。
——托勒密（Ptolemy），
《天文學大成》（Almagest，約公元150年）
到公元2世紀，天文學家們和數學家們利用亞里士多德物理學、阿基米德算法以及盧克萊修原理構想出了一個大錯特錯的宇宙模型。
他們認為，宇宙是球狀的，包含五種物質：土、水、氣、火以及第五種物質。第五種物質是非常神秘的，沒有人見過，人們只是推測出它的存在——它就是「以太」（ether），人們認為以太佔據了整個天體空間。
經過細緻觀察與嚴謹的推理，他們得出了一個顯而易見的結論：我們的星球位於宇宙的中心。別忘了，當你朝天上拋出一把土或者潑灑一盆水時，它們最終會落到地面；因此，土和水顯然可以被看作「重物質」，這意味著它們會被吸引到宇宙的中心。地球就是由重物質構成的。但是，考慮到地球並沒有在太空中墜落（這一說法是科學的：從沒人察覺到這一運動，因此這一運動就是不存在的），地球一定已經位於宇宙的正中心了。[1]
火和氣不會墜落。事實上，我們見到的火甚至是向上運動的。所以，火和氣就被歸類為「輕物質」，這類物質不斷地向上運動，遠離中心。地球上方的行星，以及那七個彼此獨立運動的星體——我們稱之為「asteres planetai」（遊蕩的星體），似乎也不會被吸引到宇宙中心來；因此，它們也是由輕物質構成的。既然輕物質比重物質移動得更靈活、更快；顯而易見的是，較輕的恆星就在圍繞著較重的地球做圓周遠動。做出與之相反的推斷則會完全違背直覺。1
數學計算證實了這個模型的正確性。幾個世紀的天文學記錄——其中一些來源於巴比倫（Babylon）王國東部的占星術士，更多的則是源於希臘的觀測家們；一年又一年，一個十年又一個十年，他們一直在對變化的天空進行跟蹤——得到了龐大的原始數據。2世紀的天文學家們利用地心模型，可以精確地計算出恆星和七顆行星未來的位置。
其中蘊含了複雜而巧妙的數學計算。為了對星球的運動做出解釋，希臘天文學家設計了星球的移動路徑，每顆星球都會在其運行軌道上某處規律性地停止（一個「站」），隨後原路折回運行一段距離（逆行），這段距離是可以預知、可以計算出來的。
如今，我們已經可以洞察天空，我們就很難理解古代天文學家的思維模式，因為那時他們只能站在地球上仰望天空，無法更近距離地去看了。但極有可能的是，希臘人並沒打算把這個模型當作一個微縮的宇宙；他們並不相信，如果他們忽然被送到天空中，他們就會真的看見木星忽然掉頭向後猛衝過來。相關的數學模型——並不是對天空逼真的描述，只是一系列的計算，通過這些計算，人們可以預測出某個星球或恆星三個月後、半年後或兩年後的大致位置。數學是一種策略，一種誘騙宇宙主動揭開一部分謎團的方式，因為要尋找這謎團的答案超出了人類的知識範圍。
這就是所謂的「拯救現象」——尋找可以與觀測到的數據相吻合的幾何學公式。這些計算在不停地調整著，並不能為天體運動的每一個變化做出解釋。但對於領航員和計時員而言，這個計算結果是可靠的；當然，其精確度也可令天文學家自信——只要根據新數據不斷地稍加調整——他們就不會走錯方向。2
公元前2世紀中期，偉大的占星術士喜帕恰斯（Hipparchus）使用了其他的策略：他繪製出了月球以及其他星球的軌道，這些星球沿著這一軌道做小圓周運動（本輪），與此同時，它們也在大軌道（均輪）上做圓周運動。他還計算得知地球並不在均輪的中心，均輪的中心點略微偏離了理論上宇宙中心的位置（均輪是偏心圓）。3
利用這些方法，天文學家就能夠精確地預測出任何恆星或行星在未來的位置。地心宇宙中，各個星球圍繞著宇宙中心做複雜的旋轉，這一宇宙模型是行得通的。約公元150年時，希臘天文學家托勒密開始將所有的發現與計算收錄編纂成一本手冊《天文學大成》（Almagest），以解釋每一個天體的運動。喜帕恰斯的宇宙模型被奉為不容置疑的系統，這一模型還會繼續存在一千多年，塑造每一位凝望天空的天文學家的思維。
《天文學大成》中不僅提到了喜帕恰斯的本輪和偏心圓，還有一個新的策略。由於找不到一個精確的等式使得各星球以同樣的速度圍繞各自的大軌道旋轉，於是托勒密就提出，既然偏心圓應該位於均輪的中心，星球運動的 速度就可以依據一個假想的不動點即偏心等距點（equant）來測得。
圖6.1 喜帕恰斯的構想
圖6.2 托勒密的構想
偏心等距點的存在是不證自明的——為了能使各星球環繞均輪以完全一致的速度前進，我們就必須要從偏心等距點所在的位置開始測量。換句話說，這是一個數學騙局。但與本輪或偏心圓相比，這個騙局也算不上什麼騙局了，而且考慮到它使得預測更加精確，因此它便成了天文學的一個傳統。正如數學家克裡斯托弗·林頓（Christopher Linton）所指出的，任何星球的軌道，不論它多麼複雜，我們都可以利用偏心等距點、偏心圓，通過在本輪上再構造出一個本輪對其進行預測——這就揭示了為什麼這一類型的運算一直到16世紀仍是「一切星球量化理論的基石」。4
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接下來的1400年中，《天文學大成》幾乎從沒遭到過質疑。
在以君士坦丁堡（Constantinople）為中心的希臘語的帝國中，人們一直在研究《天文學大成》，也一直在實踐相關的運算。但是一直沒有創新，沒有範式轉變。地球位於宇宙中心仍舊是一條根本的真理，托勒密的本輪和偏心等距點學說被視為定理。
也許是《天文學大成》的有效性使其免受質疑；當結果是正確的（或基本上正確，拜占庭人就會滿意了，他們對錯誤還是相當寬容的）時，就不會有人去對該方法詳加審核。也許，就像H.弗洛裡斯·科恩（H.Floris Cohen）所說的，拜占庭思想家對這一經典理論太熟悉了，因而就不會過分仔細地去檢查它。但不管原因是什麼，拜占庭學者都幾乎沒怎麼寫過科學文章。（「只有一陣子他們大量地抄襲與重組其他科學文章。」科恩說道。）拜占庭學者沒有提出任何重要的問題，也沒有對其他問題給出過答案。5
相比之下，阿拉伯天文學家做得更好一些。
地緣臨近使得穆斯林學者既能獲得希臘文獻，也掌握了讀懂這些文獻的語言技能。約公元820年時，《天文學大成》被譯成了阿拉伯語；天文學家艾哈邁德·阿爾-法甘尼（Ahmad al-Farghani）為托勒密的天文學著作作序，即《〈天文學大成〉概要》（The Compendium of the Almagest），這本書迅速成了阿拉伯世界權威的天文學著作。在眾多天文學家中，9世紀天文學家泰比特·伊本·奎拉（Thabit ibn Qurra）和穆罕默德·伊本·賈比爾·阿爾巴塔（Muhammad ibn Jabir al-Battani）對理論進行了改進，以對托勒密的預測與他們的觀察之間的差別做出解釋。但總體上，伊斯蘭教傳統對科學知識本身並不關心。信仰的問題（《古蘭經》的本質和靈魂的本質、邏輯的作用、柏拉圖理論與亞里士多德理論在提供知識方面的關係）是穆斯林天文學家工作中更為關注的。因此，與同時期的君士坦丁堡天文學家一樣，穆斯林天文學家也沒有對托勒密的天體系統提出過本質上的質疑。6
在黑海的西部，歐洲學者們試圖理解宇宙的努力就更少了。
別忘了，歐洲的教育根源於羅馬的知識傳統。由於羅馬帝國（對希臘）的佔領，羅馬教育慢慢取代了希臘教育。羅馬人的思想是非常務實的。他們重視的是能運用於法律或政治中的技能（比如雄辯術），對自然世界的研究則不那麼重視，認為這項研究雖然有趣，但沒什麼實際用處。因此，（在羅馬）對新科學的追求就破滅了。人們對希臘語的瞭解越來越少，對古希臘科學文本的理解也隨之消失。7
羅馬政治機器失敗後，人們意識到了教育的作用；從5世紀到8世紀，教會學校開始復甦——但是這種教育是有傾向性的。西方大主教們希望能盡可能地從教育中獲益，這就要保證將足夠多的年輕人培養成未來合格的神職人員。這就要求進行傳統文科的教育：表達〔三學科（trivium），即語法、邏輯和修辭〕以及知識〔四藝（quadrivium），包括算術、幾何、天文和音樂〕。但是基督教教育則更多地傳承了羅馬教育的務實主義傾向，「三學科」也就比「四藝」更有用。神職人員必須能識字，善言辭，通辯論。預測恆星的運動（的能力）是無關緊要的，更別提去掌握複雜的幾何學了。
於是，對學生們的「四藝」教育就越來越淺，越來越少。他們不去鑽研《天文學大成》中的難題，而去讀那些對《天文學大成》結論（球狀宇宙、地心宇宙、旋轉天體）進行總結的摘要和手冊，把相關數學計算拋諸腦後。這是非專業的天文學（就像是為詩人量身制定的物理學一樣），因此，他們也就沒有理由對托勒密的結論提出質疑——也沒有理由去詢問為何其中的運算會 複雜到難以置信，令人迷惑。
隨著時間流逝，手冊和摘要就基本上取代了《天文學大成》原書。這一文獻在西方世界越來越難見到了。受過教育的歐洲人都知道托勒密的宇宙，但對托勒密本人一無所知。地心宇宙成了常識；它不再是一條由某位科學家提出的、可能遭到反對的理論，而成了不言而喻、無人發起卻被萬人接受的道理。
直到12世紀，西班牙半島的基督教王國將穆斯林王朝逼到南方，直到此時，《天文學大成》才得以重見天日。
這些穆斯林王朝已經統治半島低窪海岸400多年之久。他們從東部帶走了希臘文獻的阿拉伯語譯本，因此，這些譯本現存在西班牙南部的圖書館中，歐洲人曾遺忘了它們，現在也得不到它們。但是，到12世紀30年代，穆斯林在南方的勢力已經消退了。信奉基督教的國王征服者阿方索（Alfonso）統一北方四個王國為一個聯合王國之後，又開始向地中海進擊，他的後嗣紛紛效仿他。
到1200年，包括富庶之城托萊多（Toledo）以及館藏豐富的阿拉伯圖書館在內的大部分南方區域都已經是基督教的天下。
歐洲學者可以自由往來於托萊多，這為他們接觸嶄新的文獻敞開了大門。他們大多數人幾乎不懂阿拉伯語，更別提希臘語了；但還有極小一部分人擁有足夠的語言技能，他們將這些「遺失的」書籍重新譯介給了他們的同事——比如多產的克雷默納的傑拉德（Gerard of Cremona），他獨自將70多部科學、數學和天文學的重要文獻翻譯成了拉丁文。[2]
過了一段時間後，西方天文學家才開始使用這本全新的、極其專業化的天文學、物理學和數學手冊。幾個世紀以來以語言為中心的教育導致歐洲學者們從沒接受過複雜幾何運算能力的練習；而要真正理解托勒密理論，這一能力是不可或缺的。科學學習的基礎已經被完全地、真正地腐蝕掉了，重建則要耗費時日。
1453年，君士坦丁堡被奧斯曼帝國攻陷。這一時期，重建工作有了突飛猛進的進展。拜占庭帝國最終消亡了，大批操希臘語的學者離開奧斯曼帝國向西逃亡。
他們帶走了一些寶貴的文獻，但最重要的是，他們帶走了知識：語言知識和處理數字的能力，以及他們的信念。在和平年代沒有得到發展的希臘智慧遺產如今面臨威脅，亟須保護。
這些學者中有約翰內斯·貝薩里昂（Johannes Bessarion）。他是一位高級牧師、藏書家，也是亞里士多德學派的專家，君士坦丁堡徹底淪陷10年前，他就從當時戰亂頻仍的君士坦丁堡逃到了意大利。現在，他又有了將希臘知識帶到西方的動力。此外，他還做了其他的努力。他僱用了在維也納大學工作的年輕德國專家喬治·柏巴赫（Georges Peurbach），讓他為《天文學大成》重新編寫手冊：一本集翻譯、摘要和評論於一體的手冊。
柏巴赫那時已是一位小有成就的托勒密派天文學家，他曾寫過一部暢銷的學生手冊，為初學者們總結了對宇宙的傳統理解。儘管不會希臘語，他還是接受了貝薩里昂交給他的任務，並開始撰寫一本阿拉伯語文獻。在完成了前6卷後，他卻在38歲時突然病倒了。1461年4月，去世之前，柏巴赫要求學生約翰·繆勒（Johann Muller）——一位天才的25歲德國數學家——繼續完成這項工作。
繆勒同意了。〔繆勒更為人熟知的是他的拉丁名雷格蒙塔努斯（Regiomontanus）。〕他放下了自己的工作，花了幾年的時間完成了柏巴赫的工作——《〈天文學大成〉摘要》（Epitome of the Almagest）寫成，此書可讀性很強，對《天文學大成》進行了準確概括——毫不置疑地接受了《天文學大成》的前提，也毫不猶豫地指出了其中的錯誤（比如說，托勒密系統不得不歪曲了月球的尺寸）。這本手冊是讀者閱讀晦澀的《天文學大成》的最佳指引。然而，在隨後的25年，該手冊讀者寥寥——直到1496年，這部手冊才用當時風靡整個歐洲的最先進的印刷技術排版印刷。8
但那時，雷格蒙塔努斯已經去世了；1476年7月，他40歲生日剛過了一個月，就死於了一種罕見的疾病。（翻譯《天文學大成》似乎特別折壽。）但是《〈天文學大成〉摘要》出版之後，兩位譯者因他們將《天文學大成》傳遞給更廣泛的讀者的努力而備受稱頌（死後）。「這兩個最著名的人，」1515年數學家喬格·坦斯台特（Georg Tannstetter）說道，「有效地恢復了天文學這一最崇高的學科，此前，這一學科幾乎要被人類徹底遺忘了。」9
坦斯台特也是一位德國人。他的這番話部分也是出於他的民族自豪感。後來《〈天文學大成〉摘要》的影響力堪與《天文學大成》媲美，甚至超過了後者。這本書不久便成為標準教科書，引導年輕的天文學家們獲得對托勒密宇宙的全新的、清晰的理解。因為《〈天文學大成〉摘要》的問世，《天文學大成》才重新獲得了其「天文學聖經」的地位。
但在還不到一代人的時間裡，這本書就將面臨重大的挑戰。
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托勒密
《天文學大成》
（約公元150年）
目前，《天文學大成》有兩個現代譯本：首先是R.凱次比·托利弗（R.Catesby Taliaferro）的譯本，「西方世界的偉大著作」系列叢書第16卷第一篇就摘選了該譯本，1952年由大英百科全書出版社出版。現在這部譯本已經絕版，但仍被廣泛使用，在大多數高等院校和公共圖書館均可找到。
Robert Maynard Hutchins, ed., Ptolemy, Copernicus, Kepler (Great Books of the Western World, vol.16), Encyclopedia Britannica (hardcover, 1952, ISBN 978-0852291634).
羅伯特·梅納德·哈欽斯主編，《托勒密、哥白尼、開普勒》（「西方世界的偉大著作」系列叢書第16卷），大英百科全書出版社（精裝，1952年，ISBN 978-0852291634）。
普林斯頓大學出版社出版的G.J.圖默（G.J.Toomer）的譯本較新，學術性和可讀性兼顧，但價格較高。該譯本含有大量的腳注和註解，便於讀者理解《天文學大成》，但也因此比原著多出了700多頁（因此該譯本可能對那些真正的地中海天文學狂熱者最合適）。
Ptolemy, Ptolemy』s Almagest, trans.G.J.Toomer, Princeton University Press (paperback, 1998, ISBN 978-0691002606).
托勒密，《托勒密的〈天文學大成〉》，譯者G.J.圖默，普林斯頓大學出版社（平裝，1998年，ISBN 978-0691002606）。
[1] 以太的存在是必要的，因為先前有一條邏輯原則：不存在空無一物的空間。宇宙中任何空間內都存在某種物質；所以，我們就要給這一物質命名。
[2] 蘇珊·懷斯·鮑爾在《世界史的故事·文藝復興卷》（The History of the Renaissance World，諾頓出版社，2013年）一書第六章中對這一現象予以詳細討論。