天空的立法者——约翰尼斯·开普勒 （五）

天空的立法者——约翰尼斯·开普勒 （五）

开普勒在信仰上属于新教，他早年就经常遭到天主教派排挤和打击。但他又公开反对新教的不宽容性和严酷信条，因而又被新教教会视为叛逆，被他的路德派教友逐出圣餐仪式，革出教派大门，背上了异端的恶名。他极端厌恶各教派之间喋喋不休的教义论争，真诚希望各教派之间建立起和睦相处的和谐关系。但是，严峻的现实令他的幻想破灭了。

由于天主教和新教的纠缠不清的重重矛盾不可调和，以及欧洲各国封建君主野心膨胀、政治冲突和领土争夺，终于爆发了三十年战争。战争以德国为主要战场，并迅速变为遍及欧洲大陆的国际战争。

林茨受到战乱影响，还遭到因战争带来的瘟疫侵扰。开普勒一度被迫离开林茨，到意大利波伦亚大学任教。在此期间，他再次连遭厄运。他的一些新教好友在复辟时期被开除、迫害，甚至被判处以绞刑。年迈的母亲被指控犯有巫术罪名，宗教法庭将她投入大牢。虽然经过他四处奔波一年多，才使老太太无罪开释，但不久也离开了尘世。 

开普勒志同道合的战友伽利略也屡遭迫害，被迫保持缄默。但他仍不放弃真理和科学研究工作，因而继续遭受更为残酷的迫害。为了声援伽利略，1621年秋，开普勒出版了又一部著名著作《哥白尼天文学概要》。而当时哥白尼学说仍在严禁之列，他毅然起了这一引人注目的书名，以表示对哥白尼学说坚定不移地拥护和捍卫。

《哥白尼天文学概要》第一次系统论述了天文学理论的5个组成部分：1、天象观测；2、提出并解释观测天体运动的假说；3、宇宙论的物理理论；4、推算天体过去与未来的方位；5、运用机械方法制造和使用天文仪器。开普勒阐述了对宇宙结构及其大小的看法。用对行星运动的观测及对运动规律的研究，证明了哥白尼的数学假设。详细记载了日食、月食，论述了日食、月食的成因与预测方法。他还发现了日全食出现的日冕现象。

开普勒是一个处处留意观察、研究的有心人，在许多方面、许多领域都取得了了不起的成就。一个偶然的机会，他对雪花的结构发生兴趣。通过细心观察，提出了雪花呈现六角形问题，得出对称的概念。为此他写了《新年献礼，论六角形的雪》，对于雪花的晶体状加以分析，推想出雪花是由许多球体紧密堆集而成的观点。这些研究可视为结晶学的萌芽。

一次，开普勒买了几桶葡萄酒，对酒商的测量法产生怀疑。当时常用一根量杆测算不同形状的酒桶容积。他有目的地研究新的计算方法，写了《论立体、中空容器和酒桶的计算方法》一书。由于这样一个偶然小事，却使几何学研究前进了一大步。 

他用无穷小和无穷大的概念取代了繁琐的穷竭法。设想一个圆由无数个三角形构成，每个三角形的顶点都处于圆心；它们与顶点相对应的无穷小的底边则构成了圆周。同样，他设想圆锥体由无数有着共同点的棱锥体组成；而圆柱体则可以看作由无数棱柱体构成。 

为此，开普勒仿照阿基米德的方法，研究了将近100种旋转体的性质。虽然他没有明确提出关于极限的概念，但已经在通向微积分的道路上迈出了至关紧要的关键一步。他的几何形式的积分法，是建立现代函数法必不可少的过渡阶段，而这项工作则有哥特弗里德·莱布尼兹（1646～1716年）和伊萨克·牛顿（1643～1727年）来完成。

开普勒的这部著作，在数学发展史上占有重要地位。黑格尔高度评价开普勒对于数学的贡献，把他和他的继承者与发展者、意大利数学家伯纳文图拉·卡瓦列利(1598～1647年)看作无穷小计算法的奠基人。 

开普勒还发现了大气折射近似定律，最早提出大气有质量，说明在天顶大气折射为零，还研究出简单计算方法。他正确地解释了发生月全食时月球表面呈现暗红色的现象，是由于部分太阳光经地球大气反射后，再投射到月球上而造成的。关于这个问题，我国东汉杰出科学家张衡（公元78～139年）更早发现了，在《灵宪》一书中作出了同样正确的解释说明。 

在另一部著作《论彗星》中，开普勒指出彗尾总是背向太阳，是由于太阳光排斥彗头物质所致，天才地预言了辐射压力的存在。他还大胆地设想了太阳与地球之间的广袤空间并非真空，太阳无时不在发射磁力流。这可以说是对太阳风的最早臆测。今天我们已经清楚地认识到：太阳风就是当太阳表面出现耀斑、黑子时，抛射出大量带电粒子；带电粒子到达地球能够引起极光、磁暴、电离层爆等等一系列地球大气物理现象。

以上这些了不起的认识和发现，我们很难想象出现于将近400年前。至于作为“天空的立法者”，发现行星运动三大定律，不仅为行星，而且为所有天体的运动立法。开普勒的成就与贡献，绝不亚于其前辈哥白尼、同代的伽利略、后辈的牛顿。是与他们并肩齐名的最伟大科学家之一。

开普勒晚年最重要的工作是继承第谷的遗志，继续编写星表。他根据自己发现的行星运动三大定律和第谷的观测资料，前后又断断续续花费了二十多年时间，进行了无数次的浩繁计算、研究，终于编写成功。遵照第谷·布拉赫的意愿，并纪念他们的保护人鲁道尔夫二世，新的星表命名为《鲁道尔夫星表》。 

由于三十年的战乱，印刷资金不足，印刷商刁难，星表迟迟不能出版。三年时间内，开普勒四处奔波，费尽了口舌，直到1627年12月，星表才得以问世。他来到布拉格，向斐迪南二世呈交了《鲁道尔夫星表》。在致皇帝的题词中，道出了他身不由己的满腹心酸： 

“最崇高的陛下，在我经过二十六年的艰辛，完成了奉献给陛下的这部著作的题词中，我能说些什么呢？我就像坐在一艘外国轮船的人，它在哪儿靠岸，我也只能在哪儿上岸。仅此而已，别无他求。” 

《鲁道尔夫星表》的精确度是空前的，可用以确定行星位置，推算日食、月食、行星合月等天象，指导航海家远航而不至于迷失方向。直到18世纪中叶，一直作为天文学上的标准星表使用。开普勒的这一工作是当时最受世人钦佩的成就。 

同年，斐迪南二世再次诏令，迫害新教徒。开普勒拒绝了皇帝要他皈依天主教的条件，因而无法继续滞留在林茨的皇家领地，不得不另觅立足之地。

次年，弗里德兰和萨冈公爵、时任哈布斯堡王朝最高统帅瓦伦斯坦（1583～1634年）聘请他到萨冈。并且允诺给他一笔可观的年俸和一家印刷厂。7月21日，开普勒抵达萨冈，投靠了并不值得信赖的新的保护人瓦伦斯坦。 

开普勒根据自己编制的星表，大胆预言1631年将出现两次内行星凌日天象。在1629年出版的《奇异的1631年天象》一书中，他断言，1631年11月7日水星凌日；12月6日金星凌日。遗憾的是，他没有亲眼看到自己科学预言印证的日子，没有享受获得成功而得到人们祝贺的一天。在预定的日期，法国天文学家比埃尔·伽桑狄（1592～1655年）观察到水星慢慢通过日轮。而金星凌日发生时，西欧正处于夜间。直到1639年，英国天文学家杰里米德·霍洛克斯（1619～1641年）首次观察到金星凌日。

开普勒最后一部著作是1630年出版的《月球之梦》，这是一部漫游月球的科学幻想小说。他想象了脱离地球的加速度，形容了太空的寒冷和失重现象，甚至还设想了月面的软着陆。开普勒的梦反映了他的深刻的社会批判思想，在极端严酷环境生活的月球居民，充斥着兽性，丧失了人性。

同年，斐迪南二世迫于诸侯压力，解除了瓦伦斯坦的职务。瑞典军队趁机攻入德国境内。内乱和战乱殃及开普勒，数月得不到薪俸，生活无法维持。凉风飕飕的寒秋，他骑着一匹瘦弱的老马，到雷根斯堡索要。但到达三天后却突然病倒，病情急剧恶化。11月15日，一代科学伟人于贫病交加中溘然长逝。时年59岁。 

他的身边除了书稿之外，只有7个芬尼！而帝国皇帝拖欠他的薪俸为12000居尔盾！ 

约翰尼斯·开普勒一生坎坷。自幼多病，父亲暴烈，母亲刻薄。他的前妻出身名门，却不理解他，几乎没有给过他多少家庭的温暖。中年丧妻后，他与一个贫穷木匠的女儿建立新家，感情尚好，却时常陷于经济困境。他和两个妻子共有12个孩子，但大多因贫困和疾病而夭折。 

天主教迫害他，说他是新教徒，把他的一些著作列为禁书；新教排挤他，视他为路德教派的“叛逆”因为他主张宽容、和谐。 

他的一生几乎都处在逆境之中，受尽宗教纷争、贫困、疾病、战乱、失去亲人等等折磨。但他凭着一位科学家对真理的执着追求，从未背弃过自己的信条：把和平研究之锚沉入科学的大洋深处。 

开普勒生活在欧洲中世纪向近代社会过渡的转折时期。他的思想既有唯心的、神秘主义的成分，也有唯物的、科学实证的成分。他以尊重客观的严肃、严谨态度，不断地抛弃错误设想，逐步使后者成为决定性的主导因素。

开普勒是近代自然科学的开创者之一。他总结了前人所有关于天体运动的知识，为天体的运动定立了法则。行星运动三大定律解决了这一大难题，使得哥白尼的日心体系，即太阳中心说建立在坚实的基石之上。这一基石就是经过严格数学证明，反映实实在在的物理客体。能够为更多的人们所接受。开普勒定律革新了天文学，奠定了经典天文学和天体力学的基础，是牛顿力学三大定律，特别是万有引力定律发现的直接前提。 

开普勒在光学、数学、物理学等等领域也取得了巨大的成就。他丰富了科学研究方法论，动摇了千年陈规陋习，促进了科学认识论的发展。他是牛顿高度赞扬的时代巨人之一。 

        胡豫生    1988年10月初稿      2008年10月28日二稿于开封

在21世纪大显身手的开普勒望远镜