自然现象的背后必然存在一定的规律，而人们最早注意到这一点，正是通过观察天体的运动。当我们仰望夜空中那些严格按照规律运行的繁星时，都会被这种深邃的神秘感所触动，亲身体会到在自然的最深处，一定有什么巨大的力量让这些星星准确无误地运行着。我们不禁发问，支配整个自然界运行的那最深处的规律到底是什么？正巧，星星的运动是自然现象中规律性最强的，因此从上古时代，人们就开始不断探索星星运动的规律，并以此探求那个终极问题的答案。
        托勒密提出地心说是在公元 2 世纪左右，这一学说在提出之后相当长的一段时期里都占据着统治地位，大多数人都信奉这一学说，直到 16 世纪哥白尼提出了日心说，才动摇了它的地位。
       哥白尼的日心说是一个以太阳为中心的世界观，其中水星、金星、地球、火星、木星和土星都围绕太阳运行。如果要用一句话来概括哥白尼的学说，那就是行星之所以在天球面上时而顺行时而逆行，并不是由托勒密所说的那种复合圆周运动所导致的，而是因为我们观测它们时所处的地方，也就是地球本身，同样是在运动的。进一步说，我们所看到的天体的周日运动，实际上是由于地球自转而产生的视觉现象；而天体的周年运动，则是由于地球公转而产生的视觉现象。尽管地球也在运动，但星座的大小看起来是不变的，这是因为天球本身非常大，所以相对而言，我们可以认为地球始终处于天球的中心位置，这就是哥白尼学说的内容。
       如果从纯粹的数学角度来看，哥白尼的学说相当于将观察天体的视点从地球转移到了太阳，这样一来行星运动就从复合圆周运动变成了简单圆周运动。日心说不仅提出了一个比地心说更加简洁的世界观，同时将人类观察自然的视点从地球这一狭隘的世界中解放出来。这一点堪称是革命性的，标志着近代天文学的开端。在哥白尼发表其学说半个世纪之后，日心说才被真正赋予了超越 “容易解释”“内容丰富” 的意义，后来开普勒提出了他的理论，为牛顿的工作奠定了基础。
        开普勒为探求行星运行的规律倾注了毕生的心血，最终提出了沿用至今的开普勒定律。开普勒能够完成这一伟大发现的原因，是因为他的研究方法和前人相比有着根本性的不同。古代哲学家所提倡的自然哲学大多不以观察作为依据，而是带有思辨所伴随的强烈的神秘主义色彩，开普勒自身也像前人一样，时常在神秘主义的森林中迷失方向。然而，引领他完成这一伟大发现的并非这样的思辨，而是以第谷准确的观察事实为依据进行严密的数学推理，这也正是近代物理学所继承下来的方法。
       与他同时代的另一位学者伽利略所主张的 “实验和推理”，也是一种前人所未能重视的强力武器。后来，新一代学者牛顿将伽利略的 “实验和推理” 与开普勒的 “观察和计算” 相结合，奠定了 “以观察事实为依据，通过数学推演探求自然规律” 这一物理学的特质，促进几百年来物理学的大发展。

        如今物理学所面临的一系列重大的基本的疑难问题，搞清自牛顿以来物理学一直回避的“实体形式与隐秘的质”则变得越来越重要了，这应该是物理学进一步发展的基石。