太阳的引力的控制。
  开普勒除了发明行星运动定律外,还对天文学做出了许多小的贡献。他也对光学做出了重要的贡献。不幸的是他在晚年为私事而感到忧伤。当时德国开始陷入“三十年战争”的大混乱之中,很少有人能躲进世外桃源。
  他遇到的一个问题是领取薪水。圣罗马皇帝即使在较兴隆的时期都是怏怏不乐地支付薪水。在战乱时期,开普勒的薪水被一拖再拖,得不到及时的支付。开普勒结过两次婚,有十二个孩子,这样的经济困难的确很严重。另一个问题是他的母亲在1620年由于行巫术而被捕。开普勒花费了大量的时间设法使母亲在不受拷打的情况下获得释放,他终于达到了目的。
  开普勒于1630年在巴伐利亚州雷根斯堡市去世。在“三十年战争”的动乱中,他的坟墓很快遭毁。但是业已证明他的行星运动定律是一座比任何石碑都更为久伫长存的纪念碑。
  找定了目标
  伽利略的望远镜为哥白尼体系提供的论据是令人信服的,但毕竟还是间接的,只有定性意义。因为人们“坐地观天”,能够直接观察到的只是行星在恒星天球上垂直于视线方向的位移,而不是它们在空间的“真实”运动。要直接论证哥白尼体系,必须探求行星的“真实轨道”,并加以严格考证。
  另外,哥白尼首创的日心体系还残留着托勒玫体系的若干成分,没有完全摆脱经院哲学思想的束缚,认为天体只能作简单的匀速圆周运动。因此,为了解释行星运行中存在较小的不均匀性,仍然保留了托勒玫的一部分本轮和偏心圆的设计。哥白尼的日心宇宙理论无疑是正确的,但他的体系是有缺陷的,很快就被推翻了。
  竟哥白尼事业之功、揭开行星运动之谜的是不朽的德国天文学家约翰·开普勒。
  开普勒出生在德国南部的瓦尔城。他的一生颠沛流离,是在宗教斗争(天主教和新教)情势中渡过的。开普勒原是个新教徒,从学校毕业后,进入新教的神学院——杜宾根大学攻读,本想将来当个神学者,但后来却对数学和天文学发生浓厚兴趣和爱好。
  杜宾根大学的天文学教授米海尔·麦斯特林 (1550年~1631年)是赞同哥白尼学说的。他在公开的教学中讲授托勒玫体系,暗地里却对最亲近的学生宣传哥白尼体系。开普勒是深受麦斯特林赏识的学生之一,他从这位老师那里接受哥白尼学说后,就成为新学说的热烈拥护者。他称哥白尼是个天才横溢的自由思想家,对日心体系予以很高评价。
  开普勒能言善辩,喜欢在各种集会上发表见解。因而引起学院领导机构——教会的警惕,认为开普勒是个“危险”分子。学院毕业的学生都去当神甫,开普勒则未获许可。他只得移居奥地利,靠麦斯特林的一点帮助在格拉茨高等学校中担任数学和天文学讲师及编制当时盛行的占星历书。
  占星术是一门伪科学,开普勒不信这一套。他不相信天上那些星辰的运行和地上人类生息的祸福命运会有什么相干!他曾为从事此项工作自我解嘲说:“作为女儿的占星术若不为天文学母亲挣面包,母亲便要挨饿了。”
  从那时起,开普勒开始从事研究他毕生最感兴趣,也是他尔后获得最大成就的问题了。
  宇宙模型
  开普勒平生爱好数学。他也和古希腊学者们一样,十分重视数的作用,总想在自然界寻找数量的规律性 (早期希腊学者称为和谐)。规律愈简单,从数学上看就愈好,因而在他看来就愈接近自然。他之所以信奉哥白尼学说,正是由于日心体系在数学上显得更简单更和谐。他说:“我从灵魂深处证明它是真实的,我以难以相信的欢乐心情去欣赏它的美。”他接受哥白尼体系后就专心探求隐藏在行星中的数量关系。他深信上帝是依照完美的数学原则创造世界的。
  开普勒在他早期所著的《神秘的宇宙》(1597年)一书里设计一个有趣的、由许多有规则的几何形体构成的宇宙模型。开普勒试图解释为什么行星的数目恰好是六颗,并用数学描述所观测到的各个行星轨道大小之间的关系。他发现六个行星的轨道恰好同五种有规则的正多面体相联系。这些不同的几何形体,一个套一个,每个都按照某种神圣的和深奥的原则确定一个轨道的大小。若土星轨道在一个正六面体的外接球上,木星轨道便在这个正六面体的内切球上;确定木星轨道的球内接一个正四面体,火星轨道便在这个正四面体的内切球上;火星轨道所在的球再内接一个正十二面体,便可确定地球轨道……照此交替内接 (或内切)的步骤,确定地球轨道的球内接一个正二十面体,这个正二十面体的内切球决定金星轨道的大小;在金星轨道所在的球内接一个正八面体,水星轨道便落在这个正八面体的内切球上。
  开普勒也因循自亚里斯多德、托勒玫直至哥白尼以来的固有见解,没有跳出圆形轨道的框框。
  这种设计得到的各个球的半径比率与各个行星轨道大小的已知值相当吻合。有规则的正多面体是具有相同平面的对称体。这种具有对称平面的多面体只能作出五个,因此开普勒确信太阳系的行星只有六颗。
  这一“发现”给开普勒带来极大喜悦,他写道:“我从这个发现所得到的极度喜悦是无法用语言来表达的。我不怕任何麻烦,我不辞辛劳、日以继夜地进行计算,直到我能够看到是否我的假设符合哥白尼的轨道,或者是否我的喜悦要落空”。
  开普勒模型的数学关系纵然如此美妙,但若干年后开普勒分析第谷的观测数据、制定行星运行表时,它们却毫无用处。开普勒就摒弃了它。
  1598年奥地利暴发宗教冲突。天主教徒用凶残的惩罚来恫吓开普勒。他被迫离开奥地利,逃到匈牙利隐蔽起来。不久,他接到在布拉格路德福国王宫庭内任职的第谷的邀请,去协助整理观测资料和编制新星表。开普勒欣然接受,1600年携眷来到布拉格,任第谷的助手。
  具有讽刺意味的是,这两位学者,

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