開(kāi)普勒

　　開(kāi)普勒

　　開(kāi)普勒(1571-1630)是德國近代著(zhù)名的天文學(xué)家、數學(xué)家、物理學(xué)家和哲學(xué)家。他以數學(xué)的和諧性探索宇宙，在天文學(xué)方面做出了巨大的貢獻。開(kāi)普勒是繼哥白尼之后第一個(gè)站出來(lái)捍衛太陽(yáng)中心說(shuō)、并在天文學(xué)方面有突破性成就的人物，被后世的科學(xué)史家稱(chēng)為“天上的立法者”。

　　開(kāi)普勒出生在德國威爾的一個(gè)貧民家庭，開(kāi)普勒是一個(gè)早產(chǎn)兒，體質(zhì)很差。他在童年時(shí)代遭遇了很大的不幸，四歲時(shí)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(kāi)普勒身上有一種頑強的進(jìn)取精神，但一直堅持努力學(xué)習，成績(jì)一直名列前茅。

　　1587年進(jìn)入蒂賓根大學(xué)，在校中遇到秘密宣傳哥白尼學(xué)說(shuō)的天文學(xué)教授麥斯特林。在他的影響下，很快成為哥白尼學(xué)說(shuō)的忠實(shí)維護者。大學(xué)畢業(yè)后，開(kāi)普勒獲得了天文學(xué)碩士的學(xué)位，被聘請到格拉茨新教神學(xué)院擔任教師。后來(lái)，由于學(xué)校被天主教會(huì )控制，開(kāi)普勒離開(kāi)神學(xué)院前往布拉格，與卓越的天文觀(guān)察家第谷一起專(zhuān)心地從事天文觀(guān)測工作。正是第谷發(fā)現了開(kāi)普勒的才能。在第谷的幫助和指導下，開(kāi)普勒的學(xué)業(yè)有了巨大的進(jìn)步。第谷死后，開(kāi)普勒接替了他的職位，被聘為皇帝的數學(xué)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(shí)常拖欠不給。他的這一點(diǎn)點(diǎn)收入不足以養活年邁的母親和妻兒，因此生活非常困苦。但開(kāi)普勒卻從未中斷過(guò)自己的科學(xué)研究，并且在這種艱苦的環(huán)境下取得了天文學(xué)上的累累成果。

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

　　第谷最大的天文學(xué)成就就是發(fā)現了開(kāi)普勒。第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀(guān)測資料全部交給了開(kāi)普勒，再三叮囑開(kāi)普勒要繼續他的工作，并將觀(guān)察結果出版出來(lái)。開(kāi)普勒接過(guò)了第谷尚未完成的研究工作。

　　后來(lái)，開(kāi)普勒在伽利略的影響下，通過(guò)對行星運動(dòng)進(jìn)行深入的研究，拋棄了柏拉圖和畢達哥拉斯的學(xué)說(shuō)，逐步走上真理和科學(xué)的軌道。

　　對火星軌道的研究是開(kāi)普勒重新研究天體運動(dòng)的起點(diǎn)。因為在第谷遺留下來(lái)的數據資料中，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(kāi)始，開(kāi)普勒用正圓編制火星的運行表，發(fā)現火星老是出軌。他便將正圓改為偏心圓。在進(jìn)行了無(wú)數次的試驗后，他找到了與事實(shí)較為符合的方案�？墒�，依照這個(gè)方法來(lái)預測衛星的位置，卻跟第谷的數據不符，產(chǎn)生了8分的誤差。這8分的誤差相當于秒針0.02秒瞬間轉過(guò)的角度。開(kāi)普勒知道第谷的實(shí)驗數據是可信的，那錯誤出在什么地方呢？

　　正是這個(gè)不容忽略的8分使開(kāi)普勒走上了天文學(xué)改革的道路。他敏感的意識到火星的軌道并不是一個(gè)圓周。隨后，在進(jìn)行了多次實(shí)驗后，開(kāi)普勒將火星軌道確定為橢圓，并用三角定點(diǎn)法測出地球的軌道也是橢圓，斷定它運動(dòng)的線(xiàn)速度跟它與太陽(yáng)的距離有關(guān)。

　　這樣就得出了關(guān)于行星運動(dòng)的第二條定律：“行星的向徑在相等的時(shí)間內掃過(guò)相等的面積。”這兩條定律，刊登于1609年出版的《新天文學(xué)》一書(shū)。書(shū)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(dòng)。1612年，開(kāi)普勒的保護人魯道夫二世被迫退位，因此他也離開(kāi)布拉格，去奧地利的林茨。當地專(zhuān)門(mén)為他設立了一個(gè)數學(xué)家的職務(wù)。

　　經(jīng)過(guò)長(cháng)期繁復的計算和無(wú)數次失敗，他終于發(fā)現了行星運動(dòng)的第三條定律：“行星公轉周期的平方等于軌道半長(cháng)軸的立方。”這一結果發(fā)表在1619年出版的《宇宙和諧論》中。行星運動(dòng)三定律的發(fā)現為經(jīng)典天文學(xué)奠定了基石，并導致數十年后萬(wàn)有引力定律的發(fā)現。

　　1604年9月30日在蛇夫座附近出現一顆新星，最亮時(shí)比木星還亮。開(kāi)普勒對這顆新星進(jìn)行了17個(gè)月的觀(guān)測并發(fā)表了觀(guān)測結果。歷史上稱(chēng)它為開(kāi)普勒新星(這是一顆銀河系內的超新星)。1607年，他觀(guān)測了一顆大彗星，就是后來(lái)的哈雷彗星。

　　不僅在天文學(xué)上，開(kāi)普勒在在光學(xué)領(lǐng)域的貢獻也是非常卓越的。他是近代光學(xué)的奠基者。他研究了小孔成像，并從幾何光學(xué)的角度加以解釋說(shuō)明。他指出光的強度和光源的距離的平方成反比。開(kāi)普勒研究過(guò)光的折射問(wèn)題，認為折射的大小不能單單從物質(zhì)密度的大小來(lái)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(kāi)普勒發(fā)表了《折光學(xué)》一書(shū)，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(xiàn)和光束的表示法，還成功地改進(jìn)了望遠鏡。開(kāi)普勒還對人的視覺(jué)進(jìn)行了研究，糾正了以前人們所認為的視覺(jué)是由眼睛的發(fā)射出光的錯誤觀(guān)點(diǎn)。他認為人看見(jiàn)物體是因為物體所發(fā)出的光通過(guò)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(xué)說(shuō)明》。1611年出版《光學(xué)》一書(shū)，這是一本闡述近代望遠鏡理論的著(zhù)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(chēng)為開(kāi)普勒望遠鏡。

　　開(kāi)普勒還發(fā)現大氣折射的近似定律，用很簡(jiǎn)單的方法計算大氣折射，并且說(shuō)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(shuō)明月全食時(shí)月亮呈紅色是由于一部分太陽(yáng)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(xué)概要》敘述他對宇宙結構和大小的觀(guān)點(diǎn)；在《彗星論》中，他指出彗尾總是背著(zhù)太陽(yáng)，是因為太陽(yáng)光排斥彗頭的物質(zhì)所造成；1627年出版的《魯道夫星表》是根據他的行星運動(dòng)定律和第谷的觀(guān)測資料編制的。根據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(xué)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日水星凌日現象，12月6日金星也將凌日，果然如期觀(guān)測到了水星凌日，而金星凌日西歐看不到。1630年，他幾個(gè)月領(lǐng)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(kāi)普勒堅持不懈地同唯心主義的宇宙論作斗爭。1625年，他寫(xiě)了題為《為第谷.布拉赫申辯》的著(zhù)作，駁訴了烏爾蘇斯對第谷的攻擊，因而受到了天主教會(huì )的迫害。天主教會(huì )將開(kāi)普勒的著(zhù)作列為禁書(shū)。1626年，一群天主教徒保圍了開(kāi)普勒的住所，揚言要處決他。后來(lái)，開(kāi)普勒因為曾擔任皇帝的數學(xué)家而幸免遇難。

　　1630年11月，因數月未得到薪金，生活難以維持，年邁的開(kāi)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(kāi)普勒在一家客棧里悄悄地離開(kāi)了世界。他死時(shí)，除一些書(shū)籍和手稿之外，身上僅剩下了7分尼（1馬克等于100分尼）。

　　開(kāi)普勒被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂，戰爭過(guò)后，他的墳墓已當然無(wú)存。但他突破性的天文學(xué)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(kāi)普勒所處的年代正值歐洲從封建主義社會(huì )向資本主義社會(huì )轉變的時(shí)期。在科學(xué)與神權的斗爭中，開(kāi)普勒堅定地站在了科學(xué)的一邊，用自己孱弱的身體、艱苦的勞動(dòng)和偉大的發(fā)現來(lái)挑戰封建傳統觀(guān)念，推動(dòng)了唯物主義世界觀(guān)的發(fā)展，使人類(lèi)科學(xué)向前跨進(jìn)了一大步。馬克思高度評價(jià)了開(kāi)普勒的品格，稱(chēng)他是自己所喜愛(ài)的英雄。