第一章地球的小時鐘
光明與黑暗的週期
日夜交替是我們最直接感受到的自然時間週期，這個週期給人們的感覺就是光明與黑暗，這個感受對於在北極或南極圈的住民特別深刻，漫長黑暗的冬季讓人們盼望光明的到來。光明與黑暗的對立在許多西方古老的宗教都是代表善與惡的鬥爭，許多創世紀神話也是認為世界誕生時是從黑暗到光明，因此也代表生與死，這個二元對立價值的觀念就是西方哲學的基礎，相對的，在中國則從自然的日夜週期發展出陰陽的哲學，陰陽不是對立而是互補輪迴的概念，是一體的兩面，這是東西方哲學最不同的地方。在西方，互補的二元觀念要到波爾（Niels Bohr，1922 年諾貝爾物理獎得主）才開始用來解釋量子力學中一個物質同時有波及粒子的對立性質，波爾因此把中國的太極圖作為他的家族盾徽。
生物的日夜週期
事實上動植物甚至一些細菌的細胞裡也都有一個生理時鐘，讓生物可以適應日夜的週期變化，我們大腦視丘下部（hypothalamus）裡還有一個標準時鐘來校正身體其他部位的時鐘，這些生理時鐘都是不同分子迴路作成的大小分子「齒輪」來運作。這個日夜生理時鐘對生物的運作
影響至關重要，如果出了問題就會產生生理錯亂及疾病，生理時鐘在胚胎發育過程中也扮演很重要的角色。
地球自轉的週期
日夜週期是因為地球自轉的關係，地球自轉是在四十幾億年前地球形成時產生的，但我們怎麼知道日夜週期是因為地球自轉？事實上古代很少人去思考這個問題，太陽每天從東方升起在西方下落，很自然的讓人們認為太陽每天繞地球轉，然而古代天文學家認為太陽是繞著地球每年轉一次，但太陽怎麼會每天又每年繞地球一週？住在較高緯度的人，晚上看星星會注意到靠近北極星的星星會繞著北極星旋轉，古代天文學家認為這是因為星星繞著地球轉，但有一些早期的希臘哲學家例如菲勞洛斯（Philolaus, 470-385BC）則認為與其讓那麼多星星費功夫繞著地球轉，還不如讓地球自轉而星星不動簡單得多了，但在沒有證據下只是一個相對運動的哲學問題而已，並沒有繼續探討這個問題。到了公元499 年時才由印度天文學家阿耶波多（Aryabhata, 475-550） 在他的著作Aryabhatiya（他寫這個偉大的著作時只有23 歲！）裡提出地球自轉的理論，他認為從地球上看到天上星星的轉動只是一個錯覺，應該是因為地球自轉的關係。他說地球在4320000 年會自轉1582237500 次（他也說在這個期間月亮繞地球57753336 次），意思是說，當我們經過4320000 個冬至的週期，會看到一個恆星在太陽落下後從地面升起1582237500 次，用現代的回歸年天文數據，我們可以算出地球自轉的時間是23 小時56 分4.1 秒，和現值只差0.02 秒！4320000 年是印度教的一個週期，稱為Maha Yuga，他的計算可能是根據精確的恆星年和回歸年日數差別的數據（可能來自巴比倫及希臘，見第三章），他用這些大的整數主要是因為印度當時沒有用小數點的計算方法，為了避免使用小數點才把數據放大去計算恆星年和回歸年的日數差別。阿耶波多也認為行星的軌跡是橢圓形，比開普勒早了1200 年。阿耶波多在代數及三角學都有重要的貢獻，三角函數sine 及cosine 就是他提出來的， 他也算出π ＝（（4+100）×8+62000）/20000 ＝3.1416，但沒有人知道他是怎麼算出來的，他也用這個π 值算出地球的周長，和現值只差70 英哩，誤差只有0.28% ！
到了第十世紀阿拉伯科學家比魯尼（Abu al-Rahan Muhammad ibnAhmad al Biruni, 973-1048）也提出地球自轉的假說，十五世紀時哥白尼才根據他的地動學說認為地球會自轉，哥白尼認為與其讓整個大的宇宙每天繞地球一週，還不如讓小地球每天自轉一次比較容易，但這些都只是假說，理論及實驗證明則要等到牛頓發現運動定律之後，在這裡先賣個關子，在講下一個科學故事時再作說明。地球現在每23 小時56 分鐘4.09 秒自轉一次，比日夜週期24 小時少了3.9 分鐘，如果你晚上在一定時間看北斗七星的斗柄方向，隔夜再看時就會發現比昨晚早了大約4 分鐘，這是因為地球一面在自轉，一面又繞著太陽轉，所以看到的星象就位移了，如果從北極上空來看，地球是以反時針方向向東旋轉，在赤道旋轉的速度是每小時1650 公里。但地球自轉的時間並不是完全不變的，冬天自轉的速度稍微慢一點，夏天則稍微快一點，這和地球質量的分布有關，就像我們看到溜冰選手在旋轉時把手臂縮回就會轉得比較快一樣。地球有液態的大氣及海洋、固態的地殼及液態的地心，這些不同成分的相對運動及能量交換會造成地球自轉時間的變化。大地震也會影響地球自轉，2011 年日本大地震就使地球自轉時間快了一百萬分之1.8 秒。長江三峽水壩使420 億噸的水集中在一個地方，出現這樣重的東西在地球表面就會增加地球旋轉的慣性，使地球的轉動慢了下來（慢了千分之0.06 秒），這就好像把手收起來快速旋轉的溜冰選手，突然把手臂從裡往外伸，讓旋轉變慢一樣，聖嬰現象（El Nino）也會使地球自轉變慢0.0006 秒。
第二章 月亮時鐘：月亮盈虧週期
月亮：流動的永恆
又大又亮的月亮是最容易用眼睛直接觀察的天象，古人很早就知道月光是來自太陽，而月光的盈虧是由於月亮相對於太陽位置所造成的，古代希臘哲學家阿那克薩哥拉（Anaxagoras, 510-428BC）就認為月亮只是一個大石塊，而月光是太陽照射的反光，東漢張衡在《靈憲》裡也說：「日猶火，月猶水，火則外光，水則含景，故月光生於日所照，魄生於日所蔽，當日則光盈，就日則明盡。」 行星的亮光也是由於陽光反射的結果，在黃昏時，剛升起的弦月在月亮暗的部分仍會有些亮光，這是由於地球反射陽光到月亮的緣故，達文西大概是第一個提出這個想法的人。
月亮會隨時間產生月相盈虧的變化，讓古代人類開始產生了時間的觀念，月光在月球上面積的變化就成為量化時間的計算方法，這樣就把空間和時間的概念連貫起來，我們現在用的鐘錶也是如此，這個觀念的建立是人類科學發展的一個重要的里程碑，時間和空間的關係是物理學重要的問題，愛因斯坦的相對論就是探討這個問題。而月亮從盈到虧，再到盈的重覆變化，讓人們產生了兩種時間的觀念，一種是直接用眼睛看到盈虧的變化，把時間的變動用視覺感官得到的信息來顯示，這是直線流動式的時間變化，讓人類產生過去、現在及未來的時間觀念，過去的月相消失了，現在看到的只是瞬間，而新的月相會一直出現。另一種時間觀念則是一個不是直接用眼睛看到，而是用想像把不能用直接看到的盈虧整體變化過程，轉成抽象、周而復始「週期」性的永恆時間觀念，從這裡月亮給我們一個又會變化又是永恆的概念，把過去、現在及未來的流動變化用永恆輪迴的概念聯繫起來（三位一體），所以哲學家柏拉圖就提出時間是「統一永恆的流動形象」的概念。
時間的永恆及流動是自古以來許多哲學家和物理學家深思的問題，不同的是，物理學家把時間看成連續的量化變數，他們認為這個流動形象和統一永恆的關係是可以用數學描述的，而哲學家及歷史學家則把時間看成段落的記憶及結構，但他們都是想從流動變化的狀態中找出永恆的原理，伽利略在探討落體運動時就找出一個能夠描述在不同時間點落體速度狀態的原理，這個運動原理就是牛頓力學的基礎。
滿月的形狀也給古代人「圓」的概念，人類為了畫出圓而發明了圓規及圓心和半徑的數學概念，「圓」這個觀念的建立是人類文明重要的里程碑，在數學、藝術、建築、哲學、科技各方面都有很大的影響，例如紡輪及車輪就是人類非常重要的發明，圓周運動更是物理學非常重要的基礎，牛頓力學和電磁學都是建立在圓周運動的觀念上，而圓所產生的周而復始及生生不息輪迴的時間觀念更是哲學和宗教深思的問題。
直線式及輪迴式的時間觀念對於科學的發展非常重要，這兩種概念就是物理波動學的基本原理，波動就是移動的週期性運動，直線性的時間就是狀態的瞬間連續變化（Becoming），而輪迴式的時間就代表不變的本質（Being），這是自古希臘以來物理學研究的兩個主題，物理追求的就是可以解釋流動變化的統一永恆原理，因此宇宙的本質和變化是一體的兩面。這個時間觀念也是生命「生─老─死」（直線式，短暫的肉體生命）及「輪迴」（週期式，經精卵的結合重覆延續的生命）的兩種時間觀念，希臘文裡的Zoe（zoology 的字源）就是週期式永恆生命的概念，而Bios（biology 的字源）就是直線式階段性生命的概念，月光的盈虧變化（bios）和再生輪迴（zoe）就是代表這兩個概念。古代的女神就是代表生生不息永恆的zoe，世人則代表短暫生命的bios。月亮對現代物理的啟發
另外，從月亮的循環，古人也推想月亮是繞著地球作圓周運動，因為我們無法實際看到月球是繞著地球轉，因此這是完全純粹依靠想像，經過推理得到的理論模型及假設，希臘哲學家就推想月球是以完美的圓形作運動，並用數學模型來研究這個運動，這種純粹靠想像及推理分析提出假設及數學模型分析的方式，正是科學發展的基礎，丹麥物理學家波爾﹙ Niels Bohr, 1885-1962，1922 年諾貝爾物理獎得主﹚在1913年提出的原子模型就是借用這個天文學概念。我們現代科技所依賴的基礎：電子、電磁波及分子，也都不是靠我們的感官直接感受得到的，而是要依靠想像及推理產生的，這是科學發展的原動力，愛因斯坦就說：「想像比知識還重要。」
這個單憑想像的圓周運動概念，對後來十七世紀歐洲的運動學思想有很大的啟發，牛頓就是因為思考為什麼月亮可以在空中一直繞著地球作圓周運動而不會掉到地球，而發現力學定律及萬有引力定律（請見科學的故事第2 集），古代天文學也是建立在行星的圓周運動及天球轉動恆星的理論上。
月亮因為受到太陽和地球重力的影響，運行軌跡相當複雜，從古代巴比倫、希臘、中國及阿拉伯天文學家到包括牛頓的許多物理學家都想找出月亮運行軌跡的規律，牛頓在1702 年就寫了一篇〈月球運動理論〉的文章，但並不能完全解決月球的運動問題，現在則是用電腦、衛星及雷射技術來研究，美國太空人在幾次登陸月球時就放了三個反射雷射光的鏡子，用雷射反光的方法可以非常精確的量測月球到地球距離的變化（誤差僅僅3 公分！），這個非常精準的數據可以用來驗證各種月球運行的理論及愛因斯坦的相對論，因此月亮運行理論可以說是被研究最長久（至少二千三百年）的物理問題。月球的誕生
為什麼地球會有一個繞著它周轉的月亮，一些科學家認為可能在太陽系剛形成不久，地球遭到一個大約和火星一樣大的行星劇烈撞擊，撞擊後產生的碎片聚集而成為現在的月球，最近根據美國對Apollo 12、15 及17 在月球取得的月球材料的分析，發現月球地質的氧及鎢的同位素比例和地球相同，而月球高鹽的岩石成分也和地球海底的岩石相同（發表於2016 月1 月的Science 期刊），這些證據符合撞擊產生月球的理論。因為在希臘神話裡，Theia 是月亮的母親，因此天文學家就用這個名字來命名這個撞擊地球的假設行星，這樣地球就成為月亮的父親了，而這個月亮女兒其實很會照顧這個老爸，因為根據最近法國科學家的研究，地球的磁場是來自月球重力對地心鐵熔漿運動的影響，如果沒有這個磁場保護，地球上的生命就會被太陽發出的高速度粒子（太陽風）殺死了。
月亮週期的觀測
月亮的盈虧週期是最直接、最容易計算時間的方法，遠古的時候人們還沒有數字及文字的概念，因此月亮的盈虧週期就用記號刻在骨頭或石頭上，三萬多年前歐洲奧里尼雅克期（Aurignacian）舊石器文化就有這樣的「月曆」，四萬多年前非洲一個有29 個刻度在萊邦博山（Lebombo）發現的獸骨大概就是用來記錄月亮的盈虧週期，澳洲土著從遠古到現代也還都是用樹皮來記錄月亮的盈虧週期。古代埃及月神托特（Thoth）是主管時間的神，同時也是文字及天文曆法的發明者，也發明量測用的數學，就是因為必須記錄月亮的天象及位置來記時，英文字measure（量測，源自mensuration 這個字）的古印歐語字源me 就是月亮，month（一個月的時間）也是同一個字源，算天數也是用幾個晚上去算，一直到巴比倫時代還是如此，而蘇美人的月神Enzu 及巴比倫的月神Sin 也都是知識之神，就顯示計算月亮週期對古代人類知識及文明啟發的重要角色，也建立了人類對「時間」的觀念，而「時間」就是一個活動的記憶。在古代朔望是特別的日子，因此很多節日都是用新月（例如中國春節、猶太教的Rosh Chodesh、回教的齋戒月）或滿月（例如巴比倫的Akitu 節日、猶太教的逾越節、佛誕節、復活節、元宵節、中秋）作為標記，古代王權更迭時都要正朔，在臺灣每逢農曆初一、十五也都要祭拜（源自古代朔望祭祀），可見月亮週期對人類文明的影響。
光明與黑暗的週期
日夜交替是我們最直接感受到的自然時間週期，這個週期給人們的感覺就是光明與黑暗，這個感受對於在北極或南極圈的住民特別深刻，漫長黑暗的冬季讓人們盼望光明的到來。光明與黑暗的對立在許多西方古老的宗教都是代表善與惡的鬥爭，許多創世紀神話也是認為世界誕生時是從黑暗到光明，因此也代表生與死，這個二元對立價值的觀念就是西方哲學的基礎，相對的，在中國則從自然的日夜週期發展出陰陽的哲學，陰陽不是對立而是互補輪迴的概念，是一體的兩面，這是東西方哲學最不同的地方。在西方，互補的二元觀念要到波爾（Niels Bohr，1922 年諾貝爾物理獎得主）才開始用來解釋量子力學中一個物質同時有波及粒子的對立性質，波爾因此把中國的太極圖作為他的家族盾徽。
生物的日夜週期
事實上動植物甚至一些細菌的細胞裡也都有一個生理時鐘，讓生物可以適應日夜的週期變化，我們大腦視丘下部（hypothalamus）裡還有一個標準時鐘來校正身體其他部位的時鐘，這些生理時鐘都是不同分子迴路作成的大小分子「齒輪」來運作。這個日夜生理時鐘對生物的運作
影響至關重要，如果出了問題就會產生生理錯亂及疾病，生理時鐘在胚胎發育過程中也扮演很重要的角色。
地球自轉的週期
日夜週期是因為地球自轉的關係，地球自轉是在四十幾億年前地球形成時產生的，但我們怎麼知道日夜週期是因為地球自轉？事實上古代很少人去思考這個問題，太陽每天從東方升起在西方下落，很自然的讓人們認為太陽每天繞地球轉，然而古代天文學家認為太陽是繞著地球每年轉一次，但太陽怎麼會每天又每年繞地球一週？住在較高緯度的人，晚上看星星會注意到靠近北極星的星星會繞著北極星旋轉，古代天文學家認為這是因為星星繞著地球轉，但有一些早期的希臘哲學家例如菲勞洛斯（Philolaus, 470-385BC）則認為與其讓那麼多星星費功夫繞著地球轉，還不如讓地球自轉而星星不動簡單得多了，但在沒有證據下只是一個相對運動的哲學問題而已，並沒有繼續探討這個問題。到了公元499 年時才由印度天文學家阿耶波多（Aryabhata, 475-550） 在他的著作Aryabhatiya（他寫這個偉大的著作時只有23 歲！）裡提出地球自轉的理論，他認為從地球上看到天上星星的轉動只是一個錯覺，應該是因為地球自轉的關係。他說地球在4320000 年會自轉1582237500 次（他也說在這個期間月亮繞地球57753336 次），意思是說，當我們經過4320000 個冬至的週期，會看到一個恆星在太陽落下後從地面升起1582237500 次，用現代的回歸年天文數據，我們可以算出地球自轉的時間是23 小時56 分4.1 秒，和現值只差0.02 秒！4320000 年是印度教的一個週期，稱為Maha Yuga，他的計算可能是根據精確的恆星年和回歸年日數差別的數據（可能來自巴比倫及希臘，見第三章），他用這些大的整數主要是因為印度當時沒有用小數點的計算方法，為了避免使用小數點才把數據放大去計算恆星年和回歸年的日數差別。阿耶波多也認為行星的軌跡是橢圓形，比開普勒早了1200 年。阿耶波多在代數及三角學都有重要的貢獻，三角函數sine 及cosine 就是他提出來的， 他也算出π ＝（（4+100）×8+62000）/20000 ＝3.1416，但沒有人知道他是怎麼算出來的，他也用這個π 值算出地球的周長，和現值只差70 英哩，誤差只有0.28% ！
到了第十世紀阿拉伯科學家比魯尼（Abu al-Rahan Muhammad ibnAhmad al Biruni, 973-1048）也提出地球自轉的假說，十五世紀時哥白尼才根據他的地動學說認為地球會自轉，哥白尼認為與其讓整個大的宇宙每天繞地球一週，還不如讓小地球每天自轉一次比較容易，但這些都只是假說，理論及實驗證明則要等到牛頓發現運動定律之後，在這裡先賣個關子，在講下一個科學故事時再作說明。地球現在每23 小時56 分鐘4.09 秒自轉一次，比日夜週期24 小時少了3.9 分鐘，如果你晚上在一定時間看北斗七星的斗柄方向，隔夜再看時就會發現比昨晚早了大約4 分鐘，這是因為地球一面在自轉，一面又繞著太陽轉，所以看到的星象就位移了，如果從北極上空來看，地球是以反時針方向向東旋轉，在赤道旋轉的速度是每小時1650 公里。但地球自轉的時間並不是完全不變的，冬天自轉的速度稍微慢一點，夏天則稍微快一點，這和地球質量的分布有關，就像我們看到溜冰選手在旋轉時把手臂縮回就會轉得比較快一樣。地球有液態的大氣及海洋、固態的地殼及液態的地心，這些不同成分的相對運動及能量交換會造成地球自轉時間的變化。大地震也會影響地球自轉，2011 年日本大地震就使地球自轉時間快了一百萬分之1.8 秒。長江三峽水壩使420 億噸的水集中在一個地方，出現這樣重的東西在地球表面就會增加地球旋轉的慣性，使地球的轉動慢了下來（慢了千分之0.06 秒），這就好像把手收起來快速旋轉的溜冰選手，突然把手臂從裡往外伸，讓旋轉變慢一樣，聖嬰現象（El Nino）也會使地球自轉變慢0.0006 秒。
第二章 月亮時鐘：月亮盈虧週期
月亮：流動的永恆
又大又亮的月亮是最容易用眼睛直接觀察的天象，古人很早就知道月光是來自太陽，而月光的盈虧是由於月亮相對於太陽位置所造成的，古代希臘哲學家阿那克薩哥拉（Anaxagoras, 510-428BC）就認為月亮只是一個大石塊，而月光是太陽照射的反光，東漢張衡在《靈憲》裡也說：「日猶火，月猶水，火則外光，水則含景，故月光生於日所照，魄生於日所蔽，當日則光盈，就日則明盡。」 行星的亮光也是由於陽光反射的結果，在黃昏時，剛升起的弦月在月亮暗的部分仍會有些亮光，這是由於地球反射陽光到月亮的緣故，達文西大概是第一個提出這個想法的人。
月亮會隨時間產生月相盈虧的變化，讓古代人類開始產生了時間的觀念，月光在月球上面積的變化就成為量化時間的計算方法，這樣就把空間和時間的概念連貫起來，我們現在用的鐘錶也是如此，這個觀念的建立是人類科學發展的一個重要的里程碑，時間和空間的關係是物理學重要的問題，愛因斯坦的相對論就是探討這個問題。而月亮從盈到虧，再到盈的重覆變化，讓人們產生了兩種時間的觀念，一種是直接用眼睛看到盈虧的變化，把時間的變動用視覺感官得到的信息來顯示，這是直線流動式的時間變化，讓人類產生過去、現在及未來的時間觀念，過去的月相消失了，現在看到的只是瞬間，而新的月相會一直出現。另一種時間觀念則是一個不是直接用眼睛看到，而是用想像把不能用直接看到的盈虧整體變化過程，轉成抽象、周而復始「週期」性的永恆時間觀念，從這裡月亮給我們一個又會變化又是永恆的概念，把過去、現在及未來的流動變化用永恆輪迴的概念聯繫起來（三位一體），所以哲學家柏拉圖就提出時間是「統一永恆的流動形象」的概念。
時間的永恆及流動是自古以來許多哲學家和物理學家深思的問題，不同的是，物理學家把時間看成連續的量化變數，他們認為這個流動形象和統一永恆的關係是可以用數學描述的，而哲學家及歷史學家則把時間看成段落的記憶及結構，但他們都是想從流動變化的狀態中找出永恆的原理，伽利略在探討落體運動時就找出一個能夠描述在不同時間點落體速度狀態的原理，這個運動原理就是牛頓力學的基礎。
滿月的形狀也給古代人「圓」的概念，人類為了畫出圓而發明了圓規及圓心和半徑的數學概念，「圓」這個觀念的建立是人類文明重要的里程碑，在數學、藝術、建築、哲學、科技各方面都有很大的影響，例如紡輪及車輪就是人類非常重要的發明，圓周運動更是物理學非常重要的基礎，牛頓力學和電磁學都是建立在圓周運動的觀念上，而圓所產生的周而復始及生生不息輪迴的時間觀念更是哲學和宗教深思的問題。
直線式及輪迴式的時間觀念對於科學的發展非常重要，這兩種概念就是物理波動學的基本原理，波動就是移動的週期性運動，直線性的時間就是狀態的瞬間連續變化（Becoming），而輪迴式的時間就代表不變的本質（Being），這是自古希臘以來物理學研究的兩個主題，物理追求的就是可以解釋流動變化的統一永恆原理，因此宇宙的本質和變化是一體的兩面。這個時間觀念也是生命「生─老─死」（直線式，短暫的肉體生命）及「輪迴」（週期式，經精卵的結合重覆延續的生命）的兩種時間觀念，希臘文裡的Zoe（zoology 的字源）就是週期式永恆生命的概念，而Bios（biology 的字源）就是直線式階段性生命的概念，月光的盈虧變化（bios）和再生輪迴（zoe）就是代表這兩個概念。古代的女神就是代表生生不息永恆的zoe，世人則代表短暫生命的bios。月亮對現代物理的啟發
另外，從月亮的循環，古人也推想月亮是繞著地球作圓周運動，因為我們無法實際看到月球是繞著地球轉，因此這是完全純粹依靠想像，經過推理得到的理論模型及假設，希臘哲學家就推想月球是以完美的圓形作運動，並用數學模型來研究這個運動，這種純粹靠想像及推理分析提出假設及數學模型分析的方式，正是科學發展的基礎，丹麥物理學家波爾﹙ Niels Bohr, 1885-1962，1922 年諾貝爾物理獎得主﹚在1913年提出的原子模型就是借用這個天文學概念。我們現代科技所依賴的基礎：電子、電磁波及分子，也都不是靠我們的感官直接感受得到的，而是要依靠想像及推理產生的，這是科學發展的原動力，愛因斯坦就說：「想像比知識還重要。」
這個單憑想像的圓周運動概念，對後來十七世紀歐洲的運動學思想有很大的啟發，牛頓就是因為思考為什麼月亮可以在空中一直繞著地球作圓周運動而不會掉到地球，而發現力學定律及萬有引力定律（請見科學的故事第2 集），古代天文學也是建立在行星的圓周運動及天球轉動恆星的理論上。
月亮因為受到太陽和地球重力的影響，運行軌跡相當複雜，從古代巴比倫、希臘、中國及阿拉伯天文學家到包括牛頓的許多物理學家都想找出月亮運行軌跡的規律，牛頓在1702 年就寫了一篇〈月球運動理論〉的文章，但並不能完全解決月球的運動問題，現在則是用電腦、衛星及雷射技術來研究，美國太空人在幾次登陸月球時就放了三個反射雷射光的鏡子，用雷射反光的方法可以非常精確的量測月球到地球距離的變化（誤差僅僅3 公分！），這個非常精準的數據可以用來驗證各種月球運行的理論及愛因斯坦的相對論，因此月亮運行理論可以說是被研究最長久（至少二千三百年）的物理問題。月球的誕生
為什麼地球會有一個繞著它周轉的月亮，一些科學家認為可能在太陽系剛形成不久，地球遭到一個大約和火星一樣大的行星劇烈撞擊，撞擊後產生的碎片聚集而成為現在的月球，最近根據美國對Apollo 12、15 及17 在月球取得的月球材料的分析，發現月球地質的氧及鎢的同位素比例和地球相同，而月球高鹽的岩石成分也和地球海底的岩石相同（發表於2016 月1 月的Science 期刊），這些證據符合撞擊產生月球的理論。因為在希臘神話裡，Theia 是月亮的母親，因此天文學家就用這個名字來命名這個撞擊地球的假設行星，這樣地球就成為月亮的父親了，而這個月亮女兒其實很會照顧這個老爸，因為根據最近法國科學家的研究，地球的磁場是來自月球重力對地心鐵熔漿運動的影響，如果沒有這個磁場保護，地球上的生命就會被太陽發出的高速度粒子（太陽風）殺死了。
月亮週期的觀測
月亮的盈虧週期是最直接、最容易計算時間的方法，遠古的時候人們還沒有數字及文字的概念，因此月亮的盈虧週期就用記號刻在骨頭或石頭上，三萬多年前歐洲奧里尼雅克期（Aurignacian）舊石器文化就有這樣的「月曆」，四萬多年前非洲一個有29 個刻度在萊邦博山（Lebombo）發現的獸骨大概就是用來記錄月亮的盈虧週期，澳洲土著從遠古到現代也還都是用樹皮來記錄月亮的盈虧週期。古代埃及月神托特（Thoth）是主管時間的神，同時也是文字及天文曆法的發明者，也發明量測用的數學，就是因為必須記錄月亮的天象及位置來記時，英文字measure（量測，源自mensuration 這個字）的古印歐語字源me 就是月亮，month（一個月的時間）也是同一個字源，算天數也是用幾個晚上去算，一直到巴比倫時代還是如此，而蘇美人的月神Enzu 及巴比倫的月神Sin 也都是知識之神，就顯示計算月亮週期對古代人類知識及文明啟發的重要角色，也建立了人類對「時間」的觀念，而「時間」就是一個活動的記憶。在古代朔望是特別的日子，因此很多節日都是用新月（例如中國春節、猶太教的Rosh Chodesh、回教的齋戒月）或滿月（例如巴比倫的Akitu 節日、猶太教的逾越節、佛誕節、復活節、元宵節、中秋）作為標記，古代王權更迭時都要正朔，在臺灣每逢農曆初一、十五也都要祭拜（源自古代朔望祭祀），可見月亮週期對人類文明的影響。
