開普勒

　　開普勒

　　開普勒(1571-1630)是德國近代著名的天文學家、數(shù)學家、物理學家和哲學家。他以數(shù)學的和諧性探索宇宙，在天文學方面做出了巨大的貢獻。開普勒是繼哥白尼之后第一個站出來捍衛(wèi)太陽中心說、并在天文學方面有突破性成就的人物，被后世的科學史家稱為“天上的立法者”。

　　開普勒出生在德國威爾的一個貧民家庭，開普勒是一個早產(chǎn)兒，體質(zhì)很差。他在童年時代遭遇了很大的不幸，四歲時患上了天花和猩紅熱，雖僥幸死里逃生，身體卻受到了嚴重的摧殘，視力衰弱，一只手半殘。但開普勒身上有一種頑強的進取精神，但一直堅持努力學習，成績一直名列前茅。

　　1587年進入蒂賓根大學，在校中遇到秘密宣傳哥白尼學說的天文學教授麥斯特林。在他的影響下，很快成為哥白尼學說的忠實維護者。大學畢業(yè)后，開普勒獲得了天文學碩士的學位，被聘請到格拉茨新教神學院擔任教師。后來，由于學校被天主教會控制，開普勒離開神學院前往布拉格，與卓越的天文觀察家第谷一起專心地從事天文觀測工作。正是第谷發(fā)現(xiàn)了開普勒的才能。在第谷的幫助和指導下，開普勒的學業(yè)有了巨大的進步。第谷死后，開普勒接替了他的職位，被聘為皇帝的數(shù)學家。然而皇帝對他十分慳吝，給他的薪俸僅僅是第谷的一半，還時常拖欠不給。他的這一點點收入不足以養(yǎng)活年邁的母親和妻兒，因此生活非常困苦。但開普勒卻從未中斷過自己的科學研究，并且在這種艱苦的環(huán)境下取得了天文學上的累累成果。

　　早期的開普勒深受柏拉圖和畢達哥拉斯神秘主義宇宙結(jié)構(gòu)論的影響，以數(shù)學的和諧性去探索宇宙。他用古希臘人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的五個正多面體，跟當時巳知的六顆行星的軌道套迭，從而解釋了太陽系中包括地球在內(nèi)恰好有六顆行星以及它們的軌道大小的原因。他把這些結(jié)論整理成書發(fā)表，定名為《宇宙的秘密》。這個設想雖帶有神秘主義色彩，但卻也是一個大膽的探索。

　　第谷最大的天文學成就就是發(fā)現(xiàn)了開普勒。第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測資料全部交給了開普勒，再三叮囑開普勒要繼續(xù)他的工作，并將觀察結(jié)果出版出來。開普勒接過了第谷尚未完成的研究工作。

　　后來，開普勒在伽利略的影響下，通過對行星運動進行深入的研究，拋棄了柏拉圖和畢達哥拉斯的學說，逐步走上真理和科學的軌道。

　　對火星軌道的研究是開普勒重新研究天體運動的起點。因為在第谷遺留下來的數(shù)據(jù)資料中，火星的資料是最豐富的，而哥白尼的理論在火星軌道上的偏離最大。開始，開普勒用正圓編制火星的運行表，發(fā)現(xiàn)火星老是出軌。他便將正圓改為偏心圓。在進行了無數(shù)次的試驗后，他找到了與事實較為符合的方案。可是，依照這個方法來預測衛(wèi)星的位置，卻跟第谷的數(shù)據(jù)不符，產(chǎn)生了8分的誤差。這8分的誤差相當于秒針0.02秒瞬間轉(zhuǎn)過的角度。開普勒知道第谷的實驗數(shù)據(jù)是可信的，那錯誤出在什么地方呢？

　　正是這個不容忽略的8分使開普勒走上了天文學改革的道路。他敏感的意識到火星的軌道并不是一個圓周。隨后，在進行了多次實驗后，開普勒將火星軌道確定為橢圓，并用三角定點法測出地球的軌道也是橢圓，斷定它運動的線速度跟它與太陽的距離有關。

　　這樣就得出了關于行星運動的第二條定律：“行星的向徑在相等的時間內(nèi)掃過相等的面積。”這兩條定律，刊登于1609年出版的《新天文學》一書。書中他還指出，這兩條定律同樣適用于其他行星和月球的運動。1612年，開普勒的保護人魯?shù)婪蚨�世被迫退位，因此他也離開布拉格，去奧地利的林茨。當?shù)貙ｉT為他設立了一個數(shù)學家的職務。

　　經(jīng)過長期繁復的計算和無數(shù)次失敗，他終于發(fā)現(xiàn)了行星運動的第三條定律：“行星公轉(zhuǎn)周期的平方等于軌道半長軸的立方。”這一結(jié)果發(fā)表在1619年出版的《宇宙和諧論》中。行星運動三定律的發(fā)現(xiàn)為經(jīng)典天文學奠定了基石，并導致數(shù)十年后萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)。

　　1604年9月30日在蛇夫座附近出現(xiàn)一顆新星，最亮時比木星還亮。開普勒對這顆新星進行了17個月的觀測并發(fā)表了觀測結(jié)果。歷史上稱它為開普勒新星(這是一顆銀河系內(nèi)的超新星)。1607年，他觀測了一顆大彗星，就是后來的哈雷彗星。

　　不僅在天文學上，開普勒在在光學領域的貢獻也是非常卓越的。他是近代光學的奠基者。他研究了小孔成像，并從幾何光學的角度加以解釋說明。他指出光的強度和光源的距離的平方成反比。開普勒研究過光的折射問題，認為折射的大小不能單單從物質(zhì)密度的大小來考慮。例如油的密度比水的密度小，而它的折射卻比水的折射大。1611年，開普勒發(fā)表了《折光學》一書，闡述了光的折射原理，為折射望遠鏡的發(fā)明奠定了基礎。他最早提出了光線和光束的表示法，還成功地改進了望遠鏡。開普勒還對人的視覺進行了研究，糾正了以前人們所認為的視覺是由眼睛的發(fā)射出光的錯誤觀點。他認為人看見物體是因為物體所發(fā)出的光通過眼睛的水晶體投射在視網(wǎng)膜上，并且解釋了產(chǎn)生近視眼和遠視眼的原因。1604年發(fā)表《對威蒂略的補充--天文光學說明》。1611年出版《光學》一書，這是一本闡述近代望遠鏡理論的著作。他把伽里略望遠鏡的凹透鏡目鏡改成小凸透鏡，這種望遠鏡被稱為開普勒望遠鏡。

　　開普勒還發(fā)現(xiàn)大氣折射的近似定律，用很簡單的方法計算大氣折射，并且說明在天頂大氣折射為零。他最先認為大氣有重量，并且正確地說明月全食時月亮呈紅色是由于一部分太陽光被地球大氣折射后投射到月亮上而造成的。

　　他出版的《哥白尼天文學概要》敘述他對宇宙結(jié)構(gòu)和大小的觀點；在《彗星論》中，他指出彗尾總是背著太陽，是因為太陽光排斥彗頭的物質(zhì)所造成；1627年出版的《魯?shù)婪蛐潜怼肥歉鶕?jù)他的行星運動定律和第谷的觀測資料編制的。根據(jù)此表可以知道行星的位置，其精度比以前的任何星表都高，直到十八世紀中葉，它一直被視為天文學上的標準星表。

　　他于1629年出版的《稀奇的1631年天象》中預言1631年11月7日水星凌日現(xiàn)象，12月6日金星也將凌日，果然如期觀測到了水星凌日，而金星凌日西歐看不到。1630年，他幾個月領不到薪水，經(jīng)濟困難，不得不親自前往雷根斯堡索取。在那里突然高燒，幾天后在貧病交困中去世。

　　晚年的開普勒堅持不懈地同唯心主義的宇宙論作斗爭。1625年，他寫了題為《為第谷.布拉赫申辯》的著作，駁訴了烏爾蘇斯對第谷的攻擊，因而受到了天主教會的迫害。天主教會將開普勒的著作列為禁書。1626年，一群天主教徒保圍了開普勒的住所，揚言要處決他。后來，開普勒因為曾擔任皇帝的數(shù)學家而幸免遇難。

　　1630年11月，因數(shù)月未得到薪金，生活難以維持，年邁的開普勒不得不親自到雷根斯堡索取。不幸的是，他剛剛到那里就抱病不起。1630年11月15日，開普勒在一家客棧里悄悄地離開了世界。他死時，除一些書籍和手稿之外，身上僅剩下了7分尼（1馬克等于100分尼）。

　　開普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂，戰(zhàn)爭過后，他的墳墓已當然無存。但他突破性的天文學理論，以及他不懈探索宇宙的精神卻成為了后人銘記他的最好的豐碑。

　　開普勒所處的年代正值歐洲從封建主義社會向資本主義社會轉(zhuǎn)變的時期。在科學與神權(quán)的斗爭中，開普勒堅定地站在了科學的一邊，用自己孱弱的身體、艱苦的勞動和偉大的發(fā)現(xiàn)來挑戰(zhàn)封建傳統(tǒng)觀念，推動了唯物主義世界觀的發(fā)展，使人類科學向前跨進了一大步。馬克思高度評價了開普勒的品格，稱他是自己所喜愛的英雄。