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开普勒出生于德国符腾堡，13岁进入教会学校，16岁被蒂宾根大学录取。开普勒曾经也相信占星学的神秘教义，他的主要工作是替皇帝占星算命。占星师在占卜时，会将被占卜者诞生时的星象填写到一张标有天球十二宫的星图上，并根据星图的内容来预测被占卜者的运势。但开普勒对此表示怀疑，他认为，观察天体运动并找出其中的规律才是一名合格占星师的任务。 开普勒和他的老师第谷所见略同。第谷也是一名占星师，他非常鄙视那些拿着粗制滥造的天体运行表来进行占卜的草根占星术士。为了绘制一幅更加精密的天体运行表，第谷说服丹麦国王建造了一座大天文台，并配置了当时世界上最大的四分仪。 第谷是一个优秀的观测者，但他的数学略差，所以他从四分仪上读取的数据只能堆在手里。要通过这些数据计算出行星的运动轨道，需要一定的数学才能，而开普勒，是一名数学天才。 第谷去世后，开普勒拿着老师花费16年积累下来的精密观测数据，开始尝试对行星轨道进行计算。开普勒假设地球轨道为圆形，发现太阳位于偏离圆心0.018倍半径的位置，按照这个方法计算火星的极坐标后，他发现火星的各个位置点并不位于一个圆上，计算值与实测值无法吻合。在尝试了各种近圆图形后，开普勒得出结论：火星的轨道是椭圆形，太阳位于其焦点上，且火星的速度满足面积速度守恒的关系。 既然这一规律对于火星是成立的，那么对于其他行星应该也是成立的。于是开普勒总结出两条定律： 一、所有行星分别在大小不同的椭圆轨道上运动，太阳位于椭圆其中的一个焦点上； 二、太阳和行星的连线在相等时间内扫过的面积相等。也就是说，行星在距离太阳近的时候速度快，距离太阳远的时候速度慢。 开普勒将自己的研究过程整理成一本书，这就是著名的《新天文学》。 如果说他人不能赏识其成果的重大意义，开普勒本人是可以理解的，他曾写道，“我沉湎在神圣的狂喜之中，我的书已经完稿，它不是会被我的同时代人读到就会被我的子孙后代人读到，这是无所谓的事，它也许需要足足等上一百年才会有一个读者，正如上帝等了六千年才有一个人理解他的作品。” 然而这本书却并未给他带来好运。1612年，鲁道夫皇帝驾崩，开普勒被迫离开布拉格。当时欧洲天花肆虐，开普勒失去了妻子和孩子，他的母亲也被怀疑是魔女而受到迫害，即使在较兴隆的时期，他的薪水也得不到及时支付。经济的困苦和操劳跋涉，严重损害了开普勒的健康，但他仍然坚持研究。终于，在《新天文学》发表十年之后，开普勒发现行星的轨道大小和公转周期之间存在定量关系，这就是开普勒第三定律：所有行星公转周期的平方与轨道半长轴的立方之比均相等。 古代哲学家所提倡的自然科学大多不以观察为依据，而带有思辨所伴随的强烈神秘主义色彩。开普勒提出的行星运动三大规律，固然要归功于第谷数据的精确，但更关键的是他那几角分的误差也不放过的严谨态度。以准确的观察事实为依据，进行严密的数学推理，这种方法在前人身上是难得一见的。 遗憾的是，开普勒的行星运动三大定律在提出后一直默默无闻，直到牛顿在其著作《自然科学的数学原理》一书中提及之后，才进入人们的视野。开普勒三大定律奠定了经典天文学的基石，也为牛顿发现万有引力定律铺平了道路，因此，开普勒被后人称为“天空的立法者”。 1630年11月15日，开普勒在贫病交困中寂然死去，终年59岁。他在死前，就曾给自己写下墓志铭： 我曾测天高，今欲量地深，灵魂自上天，肉体入凡尘。 作者简介： 大好，一个喜欢阅读的，有点强迫症的小清新。 |
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