天空的立法者——约翰尼斯·开普勒 （一）

天空的立法者——约翰尼斯·开普勒 （一）

约翰尼斯·开普勒（1571——1630年）是德国杰出的天文学家、数学家、光学家和哲学家。他首先把力学的概念引进天文学，还是现代光学的奠基人。他发现了行星运动三大定律，为哥白尼创立的“太阳中心说”提供了最为有力的证据。约翰尼斯·开普勒被誉为“天空的立法者”。

1571年12月27日，约翰尼斯·开普勒诞生于德意志南部符腾堡大公国小城威尔德斯塔德的一个没落贵族家庭。他的先祖是斯瓦尼亚骑士，当过皇帝的随从。祖父泽巴尔特·开普勒曾担任威尔德斯塔德市市长。他的父亲亨利希·开普勒不争气，嗜酒如命，暴躁好斗，动不动就弃家出走，混入各种军队里充当雇佣兵。

母亲卡塔丽娜是个小店主的女儿，心地狭窄，脾气很坏。1576年，开普勒全家迁居伦堡。在那里亨利希被所谓朋友所骗，为其作担保，却因被保人逃亡而承担所有经济损失，家中一贫如洗。只得开设一家兼营旅店的小酒馆，勉强维持生计。

约翰尼斯是家中的长子，自小瘦弱多病。四岁时，一场天花几乎夺取了他的生命，结果留下了视力极差的双眼和残疾的双手。而且在那种环境极差的家庭，没有受到像样一些的家庭教育。五岁时他上了小学。尽管课馀时间还得帮助家里料理小酒店，但学习成绩一直在班上名列前茅。他少年时代的朋友曾经惊奇地谈到他：“他那瘦弱的身躯里，竟然蕴藏着如此渊博的学问。”

1587年，16岁的开普勒以优异成绩结束了阿德尔堡和毛尔布隆的修道院附属学校的学习，于9月17日作为奖学金生进入图宾根大学。他如饥似渴地学习哲学、数学、天文学、古希腊语、拉丁语，以及修辞、诗歌等等。

大学学习期间，天文学教授迈克尔·马斯特林（1550～1631年）是对他影响最大的老师。他秘密传播哥白尼学说，追求真理的火花点燃了开普勒年轻的心。

多年后，开普勒在回忆中说道：“我在图宾根曾经满怀激情地和著名的马斯特林老师交往。那时我就觉得，从许多方面来说，迄今为止关于宇宙结构的一般见解都太粗陋了。与老师交往时常常提到哥白尼，真使我神往。我不但在与同学讨论中维护哥白尼的观点，而且还写了一篇论文，详细探讨‘第一次运动’是由地球自转引起的问题。”

开普勒求知欲极其旺盛，他研究文艺复兴时期的自然哲学，也研究毕达哥拉斯、柏拉图和亚里士多德的著作。新柏拉图主义和毕达哥拉斯主义对他早期思想有很明显的影响，而后者在他之后的研究、发现、思想认识方面起了主导作用。

无论如何，图宾根大学学习生活，对数学、天文学的研究，特别是为他日后所取得的伟大成就打下了坚实的基础。

1591年8月10日，开普勒以优异成绩通过硕士学位考试，进入神学院继续深造。他想当一名路德教牧师，还曾经想过终生当神职人员，献身于上帝。当时神职比教职地位要高得多，因此只有最优秀的学生才能进一步学习神学。1594年初，正当开普勒研修最后一年学业之际，一场意外事件改变了他的人生旅途。

格拉茨教会学校数学教授施塔迪马斯病逝，学校要求图宾根大学选派一名后继者。由恩师马斯特林推荐，经大学校方评议会研究，委派开普勒到格拉茨执教。

由于基督教教派众多，而开普勒离经叛道的神学观点越来越明显地表现出来。校方的理由是，开普勒作教士不够虔诚。而马斯特林老师则是出于对自己学生的爱护和关心。他还建议开普勒放弃对神学的研究，专攻自然科学。 

世界应当深深感谢这位“伯乐”，因为他推荐了一位标榜科学史册的伟大天文学家。

1594年3月，开普勒到了格拉茨。在新教学校里讲授数学、天文学、诗歌、修辞学、伦理学和历史。因职务的规定，还负责编制了带有预言性的历书。他的渊博学识和过人才华很快就获得同事和学生的好评。第二年，上司检查他的工作时，高度赞扬说：“他在演说、讲授和论辩方面都使我们非常满意。他是一位年轻博学、虚怀若谷的人。格拉茨这样一个偏僻的地方能够有如此出色的教师，真是难得。” 

他们哪里知道，开普勒决心运用自己“全部智慧”去研究的是天文学。他说自己“当学生时成为哥白尼信徒。而天体的数目、距离和运动这三者，引起我热诚探索。我一定要弄清楚为什么它们是现在这样，而不是别的样子？” 

1596年年底，开普勒第一篇关于宇宙理论的著作《宇宙的神秘》问世。他因袭了毕达哥拉斯的用数来解释宇宙结构的神秘理论，为哥白尼体系的行星轨道寻找一种和谐。也就是应用几何学知识说明行星的运行轨道，想像出空间的数学统一。不遗馀力、孜孜不倦地揭示行星运动的奥秘，探寻宇宙的规律，自此以后就是他终生追求和奋斗的目标。 

在《宇宙的神秘》中，开普勒认为，土星、木星、火星、地球、金星和水星六个天体的轨道，分别在六个从大到小不等的球面上。土星轨道外切正方体，木星、火星、地球、金星各个轨道依次内接正方体、外切正四面体，内接正四面体、外切正十二面体，内接正十二面体、外切正二十面体，内接正二十面体、外切正八面体，水星轨道内接正八面体；而太阳居于中心，是宇宙的统治者。他写道：“太阳凭着他的威严和力量，显得只有它适合于负起推动各个行星运行的责任，并且无愧于上帝之家。” 

开普勒这样为当时所知道的行星求出近似轨道，今天看来没有什么实际意义和价值，显然受毕达哥拉斯影响太深。但是在论及行星速度及与太阳的关系时，他指出，“太阳里面或许有一种动力，即公共中心，强使行星都围绕着它。距离太阳最接近的行星，所受的力最为强烈；而距离太阳越远的行星，所受的力越薄弱、衰微。”他认定这种力就是引力，引力是两个物体通过空间作用的一种力，而力的大小则视物体所含物质的多少而定。他的关于太阳引力的天才设想，发展了英国学者威廉·吉尔伯特（1540～1605年）的引力观念，并且首先把力学的概念引进到天文学领域。 

后来，开普勒在论述月球时，把地球上的潮汐现象同月球的活动联系起来，断言潮汐是由月球引力所致，再次论及天体引力问题。潮汐现象是指海水在月球,其次是太阳引潮力作用下所产生的周期性运动，习惯上把海面垂直方向涨落称为潮汐，海水在水平方向的流动称为潮流。我国古代余道安在《海潮图序》中说：“潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往从之”。王充在《论衡》中写道：“涛之起也，随月盛衰。”也都指出了潮汐跟月球有关系。 

开普勒把他的《宇宙的神秘》分别寄给当时科学界的名流。著名天文学家第谷·布拉赫（1546～1601年）也收到了。第谷不是哥白尼的信徒，虽然不赞成其中的太阳中心说观点，却非常欣赏他的数学知识和创新才能。认为开普勒将是自己的观测理想化、系统化的合适人选。意大利科学家伽利略（1564～1642年）当时任帕多瓦大学数学教授，他高度评价这位充满了青春活力的哥白尼宇宙体系的信徒是自己“探索真理的可靠战友。”