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天上的立法者——开普勒

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天上的立法者——开普勒

周铁楼

开普勒(Johannes Kepler 1571-1630)是德国十七世纪著名的天文物理学家、数学家和哲学家,尤其在天文学方面做出了巨大的贡献。十六世纪的丹麦天文学家布拉赫(TychoBrahe)曾观察行星绕日运行的情况,写下了精确的记录。开普勒对这些记录分析多年,得出了三条行星绕日运行定律。这是突破性的成就,他因此被后世科学史家誉为“天上的立法者”。

开普勒不仅是一位伟大的科学家,也是一位敬虔的基督徒。他于1619年出版了《宇宙的和谐》一书,书中写道:“上帝我们的主何其伟大,祂的能力超凡,祂的智慧没有穷尽。”“我相信,唯有单单事奉主耶稣……祂是我们的避难所,是我们的安慰。”

开普勒的童年和求学时代

开普勒于1571年12月27日出生在德国黑林山边一个叫魏尔的小镇,家境贫寒。他是个早产儿,体质很差。四岁时曾患天花和猩红热,虽然侥幸死里逃生,身体却受到了严重的摧残,视力衰弱,一只手半残。但开普勒身上有一种顽强的进取精神,一直坚持努力学习。比起他的同学​​,他需要付出多一倍的时间和心力才能够完成中学的课程。1589年,18岁的开普勒考进了蒂宾根(Tubingen)大学,主修哲学及神学,同时兼读数学及天文学。好学不倦的他,努力学习和研究,并于1593年毕业。他原打算在路德会当牧师,但因在数学方面天赋极高,备受注意,1594年奥地利格拉茨的路德会中学有数学老师去世,就聘用开普勒任教数学。在格拉茨,开普勒出版了第一部重要著作:《宇宙的神秘》。

开创近代天文学

布拉赫(Tycho Brahe)是同时期的天文学家,他花了许多年时间观测火星,又把观察所得详尽记录下来。布拉赫读到《宇宙的神秘》一书后,认为作者开普勒在数学和天文学方面天资极高,于是邀请他到布拉格附近的伊泽拉(现今捷克共和国境内)做他的助手,一起工作。当时,开普勒遭到宗教歧视,不得不离开格拉茨,就接受了布拉赫的邀请。布拉赫死后,开普勒继承了他未竟的事业。

开普勒利​​用布拉赫的火星观测资料,研究天体的运动规律,再根据自己的观察做出结论。他有数学天赋,也有坚强的意志和无穷的求知欲。在
分析布拉赫的火星观测数据时,开普勒做了7,200个复杂的运算,可见他的工作能力和耐力卓尔不群。他最终研究出火星绕太阳运行的轨道不可能是正圆,只能是椭圆,太阳则位于椭圆的两个焦点之一,这样才符合观测结果。

开普勒的研究方法别开生面。他假设自己站在火星上观看地球,并计算出地球运行的速度跟它与太阳的距离成反比。

开普勒终于明白,太阳不仅是太阳系的中心,它又像一块大磁铁,绕着太阳的轴心转动,它的作用力影响着其它行星的运行。

开普勒的三条有关行星绕日运行的定律(发表在他1619年出版的《宇宙的和谐》一书中),为现代天文学立下根基:

一、每颗行星以椭圆形的轨道环绕太阳而运行;
二、行星接近于太阳时,运行较快;
三、任何两个行星旋转周期的平方数的比率,与它们各自离太阳距离的立方数的比率相等。

开普勒并不明白太阳控制行星绕它运行的作用力是什么力。大约70年后,牛顿发现太阳的作用力仍是太阳的引力。牛顿仔细分析开普勒的三条行星绕日运行的定律后,提出万有引力理论。

开普勒1630年病逝于布拉格,享年58岁。

开普勒的宗教信仰

在开普勒发表行星绕日运行的三大定律的前一年,30年的宗教战争爆发。那段时期(1618-1648年),欧洲发生宗教屠杀和劫掠,死伤枕藉,德国更失去了三分之一的人口。开普勒的母亲被控行巫术,最后得以死里逃生。

开普勒是路德会信徒,一生受尽宗教迫害和歧视。由于不肯归信罗马天主教,他被迫离开格拉茨,落得一无所有。有人来游说他改变信仰,但开普勒认为崇拜偶像和圣人是不对的。开普勒对宗教歧视深恶痛绝,他认为天体既然能和谐并存,人类也该和谐共处。他信念坚定,不把迫害当一回事。他说:“为了信仰,为了基督的荣耀,而要和许多弟兄一起受苦,忍受迫害和羞辱,撇下房屋、田地、朋友、家人,我感到无上光荣。”(参《开普勒传》,恩斯特肯纳著)

开普勒坚信三位一体的上帝,认为可见的受造宇宙反映了三位一体这个神圣的奥秘:天父上帝是中心;子基督是圆周;圣灵是介于两者的空间(〈不列颠百科全书〉,英文版)。他本打算作神学家,后来知道上帝要他在天文学上研究和事奉,好使人知道“诸天述说上帝的荣耀”。

开普勒是人类历史上十个最伟大的科学家之一,后来伽利略和牛顿等人的成就都建筑在他的学问根基上。他留给世人极丰富的知识遗产,当中包括有名的开普勒定律(Kepler's Laws)。

开普勒的心态开放,做学问实事求是。当哥白尼发表学说,指出是地球绕着太阳运转,而不是太阳绕地球运转之时,所有的科学家都轻看他的学说,而开普勒是第一个公开接受和支持哥白尼学说的科学家,又是把物理学应用于天文学的第一人,故被称为天文物理学之父。

开普勒成就非凡,但人生却甚坎坷,除了因为信仰多次受逼迫逃亡外,他的发妻和几个孩子都比他早逝。在还没成名的时候,他的学说不为当时的科学家,包括伽利略、笛卡儿等认同,甚至他的导师也反对他把物理应用在天文学上。不过困难并没有将他打倒,他继续努力,终于成就非凡。

开普勒热爱上帝,他看到宇宙井然有序,就仿佛看到上帝的手。他尊重圣经的权威和默示,常说:“上帝啊,我正跟随祢思想的方向思考。”他觉得研究科学就像研究上帝的创造一样。每有发现就歌颂赞美上帝,觉得对上帝用于宇宙中的数学了解多了一点点。他在《宇宙的和谐》一书中开头就说:

“我开始一个神圣的讲述,对造物主至诚的歌颂……。我先自己学习,然后教导别人,祂(上帝)是多么伟大,多么智慧,多么有能力,多么美善!”

到了书的结尾,他也不忘赞美上帝,说:

“你们要赞美祂,称颂祂的大德,日头月亮,你们要赞美祂!放光的星宿,你们都要赞美祂!天上的天和天上的水,你们都要赞美祂!”


摘自《使者》
最后编辑齐鲁 最后编辑于 2016-03-20 22:39:49
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