開普勒學術(shù)思想探析

◆解啟榮 桑同常

(連云港師范高等?？茖W校)

一、開普勒的性格、氣質(zhì)和鉆研問題的思想方式

開普勒的性格、氣質(zhì)和鉆研問題的思想方式是錯中復(fù)雜的，其中有些方面還是相互矛盾、不可思議的。他在科學研究中神秘主義與實際經(jīng)驗并蓄;思想的飛馳和頑強的苦鉆精神并存;魯莽和迂腐的小心翼翼共處;暴躁發(fā)火和忍耐都會表現(xiàn);有時顯得異常天真，有時又陷入哲學的深沉;他會問出無人敢想的大膽問題，但有時所問的問題也顯得愚蠢可笑。從現(xiàn)代人的眼光看來，他的有些問題問得毫無意義，可有的卻是地球物理學與天文學交結(jié)點上的問題，象征現(xiàn)代宇宙學起始的問題。他和其他好些文藝復(fù)興時期的科學大師一樣，不一定能解答每一個問題，但最重要的都是會提出問題的巨匠。而開普勒更具有高超的數(shù)學推理才能，熾烈的宗教感情和靈活而豐富的想象能力。

在出席1928年韋爾城的紀念開普勒逝世300周年國際學術(shù)討論會上，著名的英國天文學家愛丁頓對開普勒獨有的學術(shù)思想風格作出了最恰當?shù)脑u價:“在天文學上所有偉大的先驅(qū)者當中開普勒所賦有的才智要算得上是最不尋常的了。發(fā)現(xiàn)行星運動三定律是一項驚人的光輝成就，這三個定律的內(nèi)容是互相包含的，從一個可以論證其他一個。我懷疑，任何一位受過正規(guī)科學訓(xùn)練的人能否作出這樣的工作，他的前人通過大家熟知的方法已經(jīng)用他們的心智技巧將天文學發(fā)展到了一定的程度，但是對于下一階段就需要另一種不尋常的心智和靈感了。開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訓(xùn)練功底的。我們雖然不能把他作為楷模來予以贊揚，但是他的這種思想方式都是取得如此大的(突破性的)進展所需要的。”

二、開普勒思想方式與青年時代的家庭和學校背景有關(guān)

開普勒的思想性格和氣質(zhì)的形成與他青年時代的家庭背景和教育環(huán)境大有關(guān)系，他的祖父是個貴族后裔，當過韋爾城的市長，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。開普勒的父親是一個不務(wù)正業(yè)的流浪漢，參加過雇傭軍，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，一個精神病和癲癇病患者，也參加過雇傭軍。開普勒自幼體弱多病，先天近視散光，長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)，對人對事多疑多夢，在學生時代有時異常高傲，洋洋自得;有時受同學們嫉妒常常挨打，又十分自卑。他是一個早慧兒童，根據(jù)當時地方法規(guī)，他得到公費資助，順利地進入了各級學校，直到圖賓根大學文學系本科和神學研究生班先后畢業(yè)，正當24歲畢業(yè)前夕，他被聘為奧地利格拉茨一所新教學校任天文與數(shù)學教師，并任斯臺里亞省的數(shù)學師兼星相師。

開普勒在學生時代憑著自己的天資、興趣和努力，在文學欣賞、詩歌劇本的創(chuàng)作，數(shù)學難題的鉆研，哲學、神學的思考等方面，均顯露了突出的才華。他除了受到天文學教授麥士林的教益外，還受到神學教授希爾布朗德(Jakob Heerbrand)的教益頗深，幫助很大，可謂影響他一生的學術(shù)思想和事業(yè)。希爾布朗德對他說:“宇宙的美是上帝存在的首要證據(jù)?！?/p>

他便進一步認識到上帝和人之間的本體聯(lián)系便是通過自然這本大書，通過行星運動和眾星的的幾何圖像對人講話的。開普勒后來還在《新天文學》一書中討論了《圣經(jīng)》的解釋，努力說服教友們相信“哥白尼學說”和《圣經(jīng)》是可以相容的，并不威脅教徒。他想借此團結(jié)各教派，團結(jié)全人類。Edward Rosen認為這是開普勒推動人類進步的重大貢獻之一。

三、開普勒和星相術(shù)的關(guān)系

在開普勒生活著的歐洲，星相術(shù)在廣大人民群眾中和許多科學家中都是很流行的，當時圣神羅馬帝國以及各地區(qū)都有數(shù)學師兼星相師德官職，專司制定包含預(yù)卜第二年重大事件的年歷。由此可見官民對星相術(shù)是多么重視和習以為常了。開普勒于1594年4月到格拉茨上任后不久便開始編制撰寫1595年的年歷了。其中他通過星相術(shù)預(yù)卜了三件大事:嚴酷的寒冷，農(nóng)民暴動和土耳其人入侵。這三件事在1595年全都應(yīng)驗了，這使他在當?shù)氐拿鬄樘岣摺：髞硭诓祭褚蚕群蟀l(fā)表了從1602～1606年和1613～1624年的年歷和預(yù)卜。

由此可見，他對星相術(shù)還是很有本領(lǐng)的。不過他自己并不相信星相術(shù)是合理的，可靠的，而作為天文學家，他不得不靠這“小女兒”來掙面包混口飯吃擺了。他在1624年年歷的說明中寫道:“薪水這樣延遲不發(fā)，撰寫年歷總比討飯好些吧。”他在1601年所發(fā)表的《星相術(shù)規(guī)程基礎(chǔ)》一書中寫道:“如果星相術(shù)說出了真理，那應(yīng)該歸功于幸運了”。不過他認為星相術(shù)還是有道理的，因為他對宇宙和諧的深刻體會是“宇宙和人之間有著強有力的共鳴?！笨梢娝麑π窍嘈g(shù)是有理論探索的，盡管他對理論的認識還很膚淺。他認為“占天的效果并不是由于天體本身，而是由于個別人的靈魂對天體方位和諧的本能反應(yīng)?！彼终f:“大自然地語言并非星相術(shù)士的語言，而是幾何學的神圣語言。”他在寫給Herwart的信上說，他對星體如何影響他的信仰只能從經(jīng)驗中的得到證實，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)驗基礎(chǔ)上的合理科學。他的這種改革星相術(shù)的興趣在1598年寫給麥士林的信上說:“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。”可見不管當時星相術(shù)達到什么情況，開普勒還是以科學態(tài)度對待它的，而他雖然長期從事星相術(shù)活動，但決不會影響到他的天文學研究思路的，對于行星運動三定律的研究不會有關(guān)。

四、從數(shù)學神秘主義走向現(xiàn)代機械觀

文藝復(fù)興時代的天文學家們在當時普遍愛讀古希臘思想家的著作而又對經(jīng)院哲學所吹捧的亞里斯多德學說不勝反感的風氣下，就紛紛向畢達哥拉斯學派和新柏拉主義學派的數(shù)學神秘主義討教。這兩種學派前后相隔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)值的簡單完美。哥白尼就是受此思想影響的一個典型。

開普勒起初非常欣賞哥白尼的太陽中心學說，但后來發(fā)現(xiàn)他為了頑固地信守“圓形軌道是最簡單完美的軌道”這一死教條，可這并不符合實際情況，哥白尼為了描述行星的實際路跡，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個本輪，但有在每個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，卻忽視了把推動力傳遞到各個行星的便利條件了。哥白尼把上帝放在恒星的天球邊緣上，只能推動恒星天球而不能推動行星天球了。開普勒認為太陽理應(yīng)在上帝的寶座上，有其推動行星運轉(zhuǎn)的方便條件。

開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說完善起來。他想到，要將觀察到的現(xiàn)象建立正確的天文學理論，必須不僅著眼于幾何圖形，同時還得有著堅實的物理原因，必須從物理原理推導(dǎo)出行星運動的規(guī)律，他要追求的應(yīng)當就是這種數(shù)學結(jié)構(gòu)和物理原因。要做到這一點就需要觀測嚴格，而同時要謹防有任何先入為主的違反觀測事實的先驗理論。

這就出現(xiàn)了一個值得注意的問題，就是開普勒是一位地道的神秘主義者和神學家，又有著典型的近代自然科學家的治學精神，二者怎能統(tǒng)一?一位開普勒的傳記作者Arthur Koestler和不少學者著文論及此事就把開普勒看成一個類似于偏執(zhí)狂的幻想家和一個近代自然科學家二者兼于一身的患精神分裂癥者?？墒且粋€精神分裂癥者居然能在惡劣的環(huán)境中堅持數(shù)十年，想象力如此豐富而奔放，研究科學問題的嚴肅性和耐力又如此不同尋常，那樣斷言豈能讓人信服?這一類問題在那次紀念開普勒誕生400周年國際學術(shù)討論會上是一個重點討論問題。有些人認識到，在歷史上把開普勒說成是神秘主義人物，因而對他本人和他的學術(shù)貢獻加以貶低，只把伽利略作為近代科學方法的唯一奠基人，這種作法是17世紀以來學術(shù)界的一種思想傾向。Arthur Beer認為許多多人把開普勒的一些科學假設(shè)中的神秘主義色彩常被人與迷信劃上等號了。從提及這一點的許多文獻看來，那些作者根本就沒有了解開普勒。在那次國際紀念活動的學術(shù)討論會上，Bernhard Sticher說:“上帝、世界和人是使得開普勒的整個生活得以和諧的三個和音，是使得開普勒的整個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。”Robert Westman認為，開普勒的這種宇宙和諧思想是他不自覺地來自他幼年時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認為宇宙和諧的觀點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言而感受到和諧，從而促進各教派之間的團結(jié)，產(chǎn)生文化效益和社會福利，這是從倫理上改善人類生活和促進和平的普遍需要。

開普勒認為，上帝、世界和人三者之間的和諧關(guān)系是表現(xiàn)在上帝通過眾星的幾何圖象和數(shù)學公式所表示的運動規(guī)律來對人講話的，而要做一個虔誠的勤奮的牧師，想人間轉(zhuǎn)達上帝的意圖，正好符合他一生的理想，現(xiàn)在他來研究行星運動規(guī)律不正好是在實現(xiàn)他的這一理想嗎?這樣看來，他從原來的數(shù)學神秘主義和基督教的虔誠信徒轉(zhuǎn)變?yōu)閲烂C認真的近代自然科學家，在目標上只不過是一紙之隔罷了，而他以宗教熱情來工作卻是無與倫比的，難道這還是多余的嗎?Norbert Schiffers認為，開普勒將宇宙和諧思想神圣化是他趨向泛神論的表現(xiàn)。而開普勒自己似乎也看出這一點，便進一步發(fā)展他的宇宙的機械觀，把整個宇宙結(jié)構(gòu)看成一種無生命或無靈性的時鐘式結(jié)構(gòu)。這是在17世紀一個學術(shù)態(tài)度認真嚴肅的科學家和思想家必然的歸宿。

開普勒在1609年出版的《新天文學》中提出的新計劃是:“我現(xiàn)在埋頭鉆研行星運動的物理原因，我的目標是要證明天體運動的機制并不是什么神圣機制，只不過跟時鐘一樣的機器而已，所有昭示于人的運動只不過是一種受簡單的磁力所驅(qū)動而已，就像一只鐘的全部運動都是由一只簡單的掛錘所驅(qū)動的一樣?！彼倪@一認識并無先例，在科學史上十分難得。當時牛頓的《原理》尚未發(fā)表，自然科學家對超距作用還十分陌生，一旦1600年英國吉爾伯特的《磁鐵》一書發(fā)表，開普勒便立刻將磁力和地磁概念應(yīng)用在行星運動上，把假設(shè)中的太陽的磁力視作太陽驅(qū)動各行星的動力來源，他在1920年出版的《哥白尼天文學概要》一書中說，太陽是個大磁體，其中心是一個極，另一極分布于太陽表面上，各個行星猶如一磁體，在其橢圓軌道上先受到太陽的吸引，然后又受到排斥，這是行星所受到的太陽引力的輻射方向分量，而其切線方向則如掃帚一樣被太陽掃著走了。這種用無機的物理原因而不用任何神鬼性靈之類的原因動力來源畢竟是可取的，對于當時的他是十分難得的。

開普勒發(fā)現(xiàn)行星運動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，以為開普勒發(fā)現(xiàn)行星運動的第一和第二定律無非靠了從一大堆數(shù)據(jù)中簡單地歸納一下便可得到結(jié)論了，其實不然，在浩瀚的數(shù)據(jù)中探索的道路是艱苦的，他有太陽是行星的驅(qū)動力之源的物理原則和多種可能的軌道圖形在胸，高瞻遠矚，主動地處理和運用數(shù)據(jù)，將全部工作劃分為七個階段，穩(wěn)扎穩(wěn)打逐步解決問題，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識的他見到太陽系中愈遠的行星線速度越小，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，再由此初步推測這是太陽對行星的推動力隨著距離增大而減弱，由于各行星重量(其實是質(zhì)量，當時尚無質(zhì)量概念)不同。所以各行星才未同步繞日。他對于物體慣性的認識只有一半，即靜者恒靜，慣性大小表現(xiàn)于阻抗外力推動的程度，而沒有認識到物體不受外力作用時保持恒速。是由于他不相信宇宙無限大的緣故，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限大而受教廷迫害有關(guān)。

開普勒所處的年代正值歐洲從封建主義社會向資本主義社會轉(zhuǎn)變的時期。在科學與神權(quán)的斗爭中，開普勒堅定地站在了科學的一邊，用自己孱弱的身體、艱苦的勞動和偉大的發(fā)現(xiàn)來挑戰(zhàn)封建傳統(tǒng)觀念，他的學術(shù)思想和科學方法雖沒有伽利略對后輩科學家影響大，但他還是推動了唯物主義世界觀的發(fā)展，使人類科學向前跨進了一大步。

［1］A·S、Eddington，“Speech at the Kepler Monument in weil－ der－Stadt” Die Naturw － issensehaften，18 Jahrgang，Heft 46，(1930)S.71.

［2］Ibid.Chap.1.

［3］E.J Aiton，“Johoannes Kepler in the light ofreent research，”HIST.sei Xiv(1976)p.81

［4］Edward Rosen，“Kepler’s harmonies and his concept of inertia”Am·J·Phys，vol.34 p.610 － 3(1966).