開(kāi)普勒在數(shù)學(xué)遠(yuǎn)不如今天這樣發(fā)達(dá)的時(shí)代,又沒(méi)有計(jì)算機(jī)幫助,從繁雜的觀測(cè)數(shù)據(jù)中總結(jié)出了行星運(yùn)動(dòng)三定律。他獨(dú)特的學(xué)術(shù)思想是科學(xué)史上一個(gè)值得探討的問(wèn)題。
開(kāi)普勒學(xué)術(shù)思想神秘主義星相術(shù)一、開(kāi)普勒的性格、氣質(zhì)和鉆研問(wèn)題的思想方式
開(kāi)普勒的性格、氣質(zhì)和鉆研問(wèn)題的思想方式是錯(cuò)中復(fù)雜的,其中有些方面還是相互矛盾、不可思議的。他在科學(xué)研究中神秘主義與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并蓄;思想的飛馳和頑強(qiáng)的苦鉆精神并存;魯莽和迂腐的小心翼翼共處;暴躁發(fā)火和忍耐都會(huì)表現(xiàn);有時(shí)顯得異常天真,有時(shí)又陷入哲學(xué)的深沉;他會(huì)問(wèn)出無(wú)人敢想的大膽問(wèn)題,但有時(shí)所問(wèn)的問(wèn)題也顯得愚蠢可笑。從現(xiàn)代人的眼光看來(lái),他的有些問(wèn)題問(wèn)得毫無(wú)意義,可有的卻是地球物理學(xué)與天文學(xué)交結(jié)點(diǎn)上的問(wèn)題,象征現(xiàn)代宇宙學(xué)起始的問(wèn)題。他和其他好些文藝復(fù)興時(shí)期的科學(xué)大師一樣,不一定能解答每一個(gè)問(wèn)題,但最重要的都是會(huì)提出問(wèn)題的巨匠。而開(kāi)普勒更具有高超的數(shù)學(xué)推理才能,熾烈的宗教感情和靈活而豐富的想象能力。
在出席1928年韋爾城的紀(jì)念開(kāi)普勒逝世300周年國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)上,著名的英國(guó)天文學(xué)家愛(ài)丁頓對(duì)開(kāi)普勒獨(dú)有的學(xué)術(shù)思想風(fēng)格作出了最恰當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià):“在天文學(xué)上所有偉大的先驅(qū)者當(dāng)中開(kāi)普勒所賦有的才智要算得上是最不尋常的了。發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三定律是一項(xiàng)驚人的光輝成就,這三個(gè)定律的內(nèi)容是互相包含的,從一個(gè)可以論證其他一個(gè)。我懷疑,任何一位受過(guò)正規(guī)科學(xué)訓(xùn)練的人能否作出這樣的工作,他的前人通過(guò)大家熟知的方法已經(jīng)用他們的心智技巧將天文學(xué)發(fā)展到了一定的程度,但是對(duì)于下一階段就需要另一種不尋常的心智和靈感了。開(kāi)普勒的半荒誕的思想方式據(jù)我們所知,雖然能夠作出一些荒誕的判斷,但仍可看出他是有其科學(xué)訓(xùn)練功底的。我們雖然不能把他作為楷模來(lái)予以贊揚(yáng),但是他的這種思想方式都是取得如此大的(突破性的)進(jìn)展所需要的?!?/p>
二、開(kāi)普勒思想方式與青年時(shí)代的家庭和學(xué)校背景有關(guān)
開(kāi)普勒的思想性格和氣質(zhì)的形成與他青年時(shí)代的家庭背景和教育環(huán)境大有關(guān)系,他的祖父是個(gè)貴族后裔,當(dāng)過(guò)韋爾城的市長(zhǎng),但配偶出自同家族人,導(dǎo)致后代大多早年夭折,智力衰退,或有精神變態(tài),家族由此敗落。開(kāi)普勒的父親是一個(gè)不務(wù)正業(yè)的流浪漢,參加過(guò)雇傭軍,死于他鄉(xiāng)。他的大弟弟也和他父親的情況相仿,不務(wù)正業(yè),智力低下,一個(gè)精神病和癲癇病患者,也參加過(guò)雇傭軍。開(kāi)普勒自幼體弱多病,先天近視散光,長(zhǎng)大后有胃病和膽囊炎,?;冀戬?,滿身廯疥,不能久坐,處處表現(xiàn)神經(jīng)質(zhì),對(duì)人對(duì)事多疑多夢(mèng),在學(xué)生時(shí)代有時(shí)異常高傲,洋洋自得;有時(shí)受同學(xué)們嫉妒常常挨打,又十分自卑。他是一個(gè)早慧兒童,根據(jù)當(dāng)時(shí)地方法規(guī),他得到公費(fèi)資助,順利地進(jìn)入了各級(jí)學(xué)校,直到圖賓根大學(xué)文學(xué)系本科和神學(xué)研究生班先后畢業(yè),正當(dāng)24歲畢業(yè)前夕,他被聘為奧地利格拉茨一所新教學(xué)校任天文與數(shù)學(xué)教師,并任斯臺(tái)里亞省的數(shù)學(xué)師兼星相師。
開(kāi)普勒在學(xué)生時(shí)代憑著自己的天資、興趣和努力,在文學(xué)欣賞、詩(shī)歌劇本的創(chuàng)作,數(shù)學(xué)難題的鉆研,哲學(xué)、神學(xué)的思考等方面,均顯露了突出的才華。他除了受到天文學(xué)教授麥?zhǔn)苛值慕桃嫱猓€受到神學(xué)教授希爾布朗德(Jakob Heerbrand)的教益頗深,幫助很大,可謂影響他一生的學(xué)術(shù)思想和事業(yè)。希爾布朗德對(duì)他說(shuō):“宇宙的美是上帝存在的首要證據(jù)?!?/p>
他便進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到上帝和人之間的本體聯(lián)系便是通過(guò)自然這本大書(shū),通過(guò)行星運(yùn)動(dòng)和眾星的的幾何圖像對(duì)人講話的。開(kāi)普勒后來(lái)還在《新天文學(xué)》一書(shū)中討論了《圣經(jīng)》的解釋,努力說(shuō)服教友們相信“哥白尼學(xué)說(shuō)”和《圣經(jīng)》是可以相容的,并不威脅教徒。他想借此團(tuán)結(jié)各教派,團(tuán)結(jié)全人類。Edward Rosen認(rèn)為這是開(kāi)普勒推動(dòng)人類進(jìn)步的重大貢獻(xiàn)之一。
三、開(kāi)普勒和星相術(shù)的關(guān)系
在開(kāi)普勒生活著的歐洲,星相術(shù)在廣大人民群眾中和許多科學(xué)家中都是很流行的,當(dāng)時(shí)圣神羅馬帝國(guó)以及各地區(qū)都有數(shù)學(xué)師兼星相師德官職,專司制定包含預(yù)卜第二年重大事件的年歷。由此可見(jiàn)官民對(duì)星相術(shù)是多么重視和習(xí)以為常了。開(kāi)普勒于1594年4月到格拉茨上任后不久便開(kāi)始編制撰寫(xiě)1595年的年歷了。其中他通過(guò)星相術(shù)預(yù)卜了三件大事:嚴(yán)酷的寒冷,農(nóng)民暴動(dòng)和土耳其人入侵。這三件事在1595年全都應(yīng)驗(yàn)了,這使他在當(dāng)?shù)氐拿鬄樘岣?。后?lái)他在布拉格也先后發(fā)表了從1602~1606年和1613~1624年的年歷和預(yù)卜。
由此可見(jiàn),他對(duì)星相術(shù)還是很有本領(lǐng)的。不過(guò)他自己并不相信星相術(shù)是合理的,可靠的,而作為天文學(xué)家,他不得不靠這“小女兒”來(lái)掙面包混口飯吃擺了。他在1624年年歷的說(shuō)明中寫(xiě)道:“薪水這樣延遲不發(fā),撰寫(xiě)年歷總比討飯好些吧?!彼?601年所發(fā)表的《星相術(shù)規(guī)程基礎(chǔ)》一書(shū)中寫(xiě)道:“如果星相術(shù)說(shuō)出了真理,那應(yīng)該歸功于幸運(yùn)了”。不過(guò)他認(rèn)為星相術(shù)還是有道理的,因?yàn)樗麑?duì)宇宙和諧的深刻體會(huì)是“宇宙和人之間有著強(qiáng)有力的共鳴?!笨梢?jiàn)他對(duì)星相術(shù)是有理論探索的,盡管他對(duì)理論的認(rèn)識(shí)還很膚淺。他認(rèn)為“占天的效果并不是由于天體本身,而是由于個(gè)別人的靈魂對(duì)天體方位和諧的本能反應(yīng)?!彼终f(shuō):“大自然地語(yǔ)言并非星相術(shù)士的語(yǔ)言,而是幾何學(xué)的神圣語(yǔ)言?!彼趯?xiě)給Herwart的信上說(shuō),他對(duì)星體如何影響他的信仰只能從經(jīng)驗(yàn)中的得到證實(shí),他有志于剝除星相術(shù)的不合理部分而使他成為建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的合理科學(xué)。他的這種改革星相術(shù)的興趣在1598年寫(xiě)給麥?zhǔn)苛值男派险f(shuō):“我是一名路德教派的星相家,我要把星相術(shù)的糠皮剝掉,保留其谷粒。”可見(jiàn)不管當(dāng)時(shí)星相術(shù)達(dá)到什么情況,開(kāi)普勒還是以科學(xué)態(tài)度對(duì)待它的,而他雖然長(zhǎng)期從事星相術(shù)活動(dòng),但決不會(huì)影響到他的天文學(xué)研究思路的,對(duì)于行星運(yùn)動(dòng)三定律的研究不會(huì)有關(guān)。
四、從數(shù)學(xué)神秘主義走向現(xiàn)代機(jī)械觀
文藝復(fù)興時(shí)代的天文學(xué)家們?cè)诋?dāng)時(shí)普遍愛(ài)讀古希臘思想家的著作而又對(duì)經(jīng)院哲學(xué)所吹捧的亞里斯多德學(xué)說(shuō)不勝反感的風(fēng)氣下,就紛紛向畢達(dá)哥拉斯學(xué)派和新柏拉主義學(xué)派的數(shù)學(xué)神秘主義討教。這兩種學(xué)派前后相隔800年,思想上有源流關(guān)系,內(nèi)容稍異但思想行動(dòng)均有宗教色彩,都追求和崇拜天上和地上幾何圖形和數(shù)值的簡(jiǎn)單完美。哥白尼就是受此思想影響的一個(gè)典型。
開(kāi)普勒起初非常欣賞哥白尼的太陽(yáng)中心學(xué)說(shuō),但后來(lái)發(fā)現(xiàn)他為了頑固地信守“圓形軌道是最簡(jiǎn)單完美的軌道”這一死教條,可這并不符合實(shí)際情況,哥白尼為了描述行星的實(shí)際路跡,就沿用了托勒密的復(fù)雜的本輪和均輪系統(tǒng),他雖比托勒密托勒密減少了43個(gè)本輪,但有在每個(gè)本輪上加了一些小本輪,于是就更復(fù)雜了,哪里還談得上完美?另外,哥白尼只考慮到太陽(yáng)居于宇宙中心的好處是把光和熱普照四方,卻忽視了把推動(dòng)力傳遞到各個(gè)行星的便利條件了。哥白尼把上帝放在恒星的天球邊緣上,只能推動(dòng)恒星天球而不能推動(dòng)行星天球了。開(kāi)普勒認(rèn)為太陽(yáng)理應(yīng)在上帝的寶座上,有其推動(dòng)行星運(yùn)轉(zhuǎn)的方便條件。
開(kāi)普勒明確了哥白尼的上述幾方面失敗的原因之后,就立志要在新柏拉圖主義原則上將哥白尼天文學(xué)說(shuō)完善起來(lái)。他想到,要將觀察到的現(xiàn)象建立正確的天文學(xué)理論,必須不僅著眼于幾何圖形,同時(shí)還得有著堅(jiān)實(shí)的物理原因,必須從物理原理推導(dǎo)出行星運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,他要追求的應(yīng)當(dāng)就是這種數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和物理原因。要做到這一點(diǎn)就需要觀測(cè)嚴(yán)格,而同時(shí)要謹(jǐn)防有任何先入為主的違反觀測(cè)事實(shí)的先驗(yàn)理論。
這就出現(xiàn)了一個(gè)值得注意的問(wèn)題,就是開(kāi)普勒是一位地道的神秘主義者和神學(xué)家,又有著典型的近代自然科學(xué)家的治學(xué)精神,二者怎能統(tǒng)一?一位開(kāi)普勒的傳記作者Arthur Koestler和不少學(xué)者著文論及此事就把開(kāi)普勒看成一個(gè)類似于偏執(zhí)狂的幻想家和一個(gè)近代自然科學(xué)家二者兼于一身的患精神分裂癥者??墒且粋€(gè)精神分裂癥者居然能在惡劣的環(huán)境中堅(jiān)持?jǐn)?shù)十年,想象力如此豐富而奔放,研究科學(xué)問(wèn)題的嚴(yán)肅性和耐力又如此不同尋常,那樣斷言豈能讓人信服?這一類問(wèn)題在那次紀(jì)念開(kāi)普勒誕生400周年國(guó)際學(xué)術(shù)討論會(huì)上是一個(gè)重點(diǎn)討論問(wèn)題。有些人認(rèn)識(shí)到,在歷史上把開(kāi)普勒說(shuō)成是神秘主義人物,因而對(duì)他本人和他的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)加以貶低,只把伽利略作為近代科學(xué)方法的唯一奠基人,這種作法是17世紀(jì)以來(lái)學(xué)術(shù)界的一種思想傾向。Arthur Beer認(rèn)為許多多人把開(kāi)普勒的一些科學(xué)假設(shè)中的神秘主義色彩常被人與迷信劃上等號(hào)了。從提及這一點(diǎn)的許多文獻(xiàn)看來(lái),那些作者根本就沒(méi)有了解開(kāi)普勒。在那次國(guó)際紀(jì)念活動(dòng)的學(xué)術(shù)討論會(huì)上,Bernhard Sticher說(shuō):“上帝、世界和人是使得開(kāi)普勒的整個(gè)生活得以和諧的三個(gè)和音,是使得開(kāi)普勒的整個(gè)生活得以和諧的因素,所以也就不存在什么精神分裂癥狀了?!盧obert Westman認(rèn)為,開(kāi)普勒的這種宇宙和諧思想是他不自覺(jué)地來(lái)自他幼年時(shí)代家庭生活破碎不幸的遭遇在精神上產(chǎn)生逆反心理的一種新療病例。Walther Gerlach認(rèn)為宇宙和諧的觀點(diǎn)有利于所有的教派和所有的人民均能從星空同一現(xiàn)象這種上帝的共同語(yǔ)言而感受到和諧,從而促進(jìn)各教派之間的團(tuán)結(jié),產(chǎn)生文化效益和社會(huì)福利,這是從倫理上改善人類生活和促進(jìn)和平的普遍需要。
開(kāi)普勒認(rèn)為,上帝、世界和人三者之間的和諧關(guān)系是表現(xiàn)在上帝通過(guò)眾星的幾何圖象和數(shù)學(xué)公式所表示的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)對(duì)人講話的,而要做一個(gè)虔誠(chéng)的勤奮的牧師,想人間轉(zhuǎn)達(dá)上帝的意圖,正好符合他一生的理想,現(xiàn)在他來(lái)研究行星運(yùn)動(dòng)規(guī)律不正好是在實(shí)現(xiàn)他的這一理想嗎?這樣看來(lái),他從原來(lái)的數(shù)學(xué)神秘主義和基督教的虔誠(chéng)信徒轉(zhuǎn)變?yōu)閲?yán)肅認(rèn)真的近代自然科學(xué)家,在目標(biāo)上只不過(guò)是一紙之隔罷了,而他以宗教熱情來(lái)工作卻是無(wú)與倫比的,難道這還是多余的嗎?Norbert Schiffers認(rèn)為,開(kāi)普勒將宇宙和諧思想神圣化是他趨向泛神論的表現(xiàn)。而開(kāi)普勒自己似乎也看出這一點(diǎn),便進(jìn)一步發(fā)展他的宇宙的機(jī)械觀,把整個(gè)宇宙結(jié)構(gòu)看成一種無(wú)生命或無(wú)靈性的時(shí)鐘式結(jié)構(gòu)。這是在17世紀(jì)一個(gè)學(xué)術(shù)態(tài)度認(rèn)真嚴(yán)肅的科學(xué)家和思想家必然的歸宿。
開(kāi)普勒在1609年出版的《新天文學(xué)》中提出的新計(jì)劃是:“我現(xiàn)在埋頭鉆研行星運(yùn)動(dòng)的物理原因,我的目標(biāo)是要證明天體運(yùn)動(dòng)的機(jī)制并不是什么神圣機(jī)制,只不過(guò)跟時(shí)鐘一樣的機(jī)器而已,所有昭示于人的運(yùn)動(dòng)只不過(guò)是一種受簡(jiǎn)單的磁力所驅(qū)動(dòng)而已,就像一只鐘的全部運(yùn)動(dòng)都是由一只簡(jiǎn)單的掛錘所驅(qū)動(dòng)的一樣?!彼倪@一認(rèn)識(shí)并無(wú)先例,在科學(xué)史上十分難得。當(dāng)時(shí)牛頓的《原理》尚未發(fā)表,自然科學(xué)家對(duì)超距作用還十分陌生,一旦1600年英國(guó)吉爾伯特的《磁鐵》一書(shū)發(fā)表,開(kāi)普勒便立刻將磁力和地磁概念應(yīng)用在行星運(yùn)動(dòng)上,把假設(shè)中的太陽(yáng)的磁力視作太陽(yáng)驅(qū)動(dòng)各行星的動(dòng)力來(lái)源,他在1920年出版的《哥白尼天文學(xué)概要》一書(shū)中說(shuō),太陽(yáng)是個(gè)大磁體,其中心是一個(gè)極,另一極分布于太陽(yáng)表面上,各個(gè)行星猶如一磁體,在其橢圓軌道上先受到太陽(yáng)的吸引,然后又受到排斥,這是行星所受到的太陽(yáng)引力的輻射方向分量,而其切線方向則如掃帚一樣被太陽(yáng)掃著走了。這種用無(wú)機(jī)的物理原因而不用任何神鬼性靈之類的原因動(dòng)力來(lái)源畢竟是可取的,對(duì)于當(dāng)時(shí)的他是十分難得的。
開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)三定律這一杰出的艱苦工作之所以能夠成功,除了他本人的才能和宗教熱情氣質(zhì)以及他所利用的第谷的精密度足夠高的天文觀測(cè)數(shù)據(jù)外,主要還靠他處處心懷物理原理。人們大多憑著猜想,以為開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)的第一和第二定律無(wú)非靠了從一大堆數(shù)據(jù)中簡(jiǎn)單地歸納一下便可得到結(jié)論了,其實(shí)不然,在浩瀚的數(shù)據(jù)中探索的道路是艱苦的,他有太陽(yáng)是行星的驅(qū)動(dòng)力之源的物理原則和多種可能的軌道圖形在胸,高瞻遠(yuǎn)矚,主動(dòng)地處理和運(yùn)用數(shù)據(jù),將全部工作劃分為七個(gè)階段,穩(wěn)扎穩(wěn)打逐步解決問(wèn)題,絕不是成天亂湊數(shù)據(jù)的。第三定律在他胸中也是早有物理原型的定性認(rèn)識(shí)的他見(jiàn)到太陽(yáng)系中愈遠(yuǎn)的行星線速度越小,周期越大,于是他便考慮到周期隨距離增大而增大的定性關(guān)系,再由此初步推測(cè)這是太陽(yáng)對(duì)行星的推動(dòng)力隨著距離增大而減弱,由于各行星重量(其實(shí)是質(zhì)量,當(dāng)時(shí)尚無(wú)質(zhì)量概念)不同。所以各行星才未同步繞日。他對(duì)于物體慣性的認(rèn)識(shí)只有一半,即靜者恒靜,慣性大小表現(xiàn)于阻抗外力推動(dòng)的程度,而沒(méi)有認(rèn)識(shí)到物體不受外力作用時(shí)保持恒速。是由于他不相信宇宙無(wú)限大的緣故,而據(jù)A·Koyre指出,他的這種不相信是與布魯諾因宣傳宇宙無(wú)限大而受教廷迫害有關(guān)。
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(zhuǎn)變的時(shí)期。在科學(xué)與神權(quán)的斗爭(zhēng)中,開(kāi)普勒?qǐng)?jiān)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(xiàn)來(lái)挑戰(zhàn)封建傳統(tǒng)觀念,他的學(xué)術(shù)思想和科學(xué)方法雖沒(méi)有伽利略對(duì)后輩科學(xué)家影響大,但他還是推動(dòng)了唯物主義世界觀的發(fā)展,使人類科學(xué)向前跨進(jìn)了一大步。
參考文獻(xiàn):
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[4]Edward Rosen,“Kepler’s harmonies and his concept of inertia”Am·J·Phys,vol.34 p.610-3(1966)