開(kāi)普勒：無(wú)人能取代的科學(xué)家

開(kāi)普勒：無(wú)人能取代的科學(xué)家

約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒（1571～1630年）的祖父曾擔(dān)任日耳曼西南小城衛(wèi)爾的市長(zhǎng)，但隨著年歲漸長(zhǎng)，財(cái)產(chǎn)遞減，變得日益傲慢、暴躁且固執(zhí)。開(kāi)普勒的祖母在宗教上十分虔誠(chéng)，但卻也“焦躁、聰明、滿口謊言……滿心忌妒、怨恨極深，有暴力傾向，且善于記仇”。開(kāi)普勒的父親海因利希經(jīng)營(yíng)一家酒館，同時(shí)也是一名傭兵，后來(lái)離棄了家人。根據(jù)開(kāi)普勒的描述，他這個(gè)人“兇惡固執(zhí)、動(dòng)輒得咎、注定不得善終……對(duì)我母親極壞，最后自我放逐而死”。開(kāi)普勒這樣描繪他的母親凱瑟琳：“絮絮叨叨、愛(ài)吵架、性情乖戾?！遍_(kāi)普勒是早產(chǎn)兒，4歲時(shí)因?yàn)轭净继旎ǘ鴰捉?，他一生?dāng)中病痛從未離身。

然而，他的內(nèi)在視力卻清晰透徹，帶領(lǐng)他來(lái)到前人所未見(jiàn)的境界——關(guān)于行星運(yùn)行的真相。2000年以來(lái)，從畢達(dá)哥拉斯到哥白尼，行星一直被禁閉在球體的牢籠中——這也是人類對(duì)完美天堂形象的投射。人們?yōu)榱耸褂^察結(jié)果能夠符合原有的圓形框架，因而發(fā)明了各種系統(tǒng)。開(kāi)普勒則一舉擊碎了這個(gè)天體牢籠，將行星如實(shí)安放于橢圓軌道上，依循自然法則和諧運(yùn)行，而不是人造的法則。

盡管開(kāi)普勒的童年混亂不堪，但依舊未能阻礙他智力的展露。1589年，他獲得獎(jiǎng)學(xué)金就讀于圖賓根大學(xué)的路德神學(xué)院。他一向擁有強(qiáng)烈的宗教情懷，希望有朝一日成為神學(xué)家?？刹恍业氖?，他遭到所有同學(xué)的嘲弄、排擠，乃至毆打；在他就學(xué)期間，一直不受同輩歡迎。我們之所以知道他的悲慘生活，是因?yàn)樗麑?duì)自己和對(duì)別人的描述一樣毫不留情。他充滿各種混亂的矛盾性情——貪婪，但滿足于粗茶淡飯；總在尋求認(rèn)可，但又刻意惡意疏離他人；虔誠(chéng)到幾近迷信的地步，但在他自己眼中卻又幾近敗德。然而，他在大學(xué)期間結(jié)識(shí)了向他引介哥白尼“太陽(yáng)中心說(shuō)”的天文學(xué)教授麥斯特林，兩人建立了終身情誼。從開(kāi)普勒對(duì)哥白尼的反應(yīng)中，我們可以感受到他的熱情本性?！拔蚁蚋绨啄嵊^點(diǎn)的真理臣服，”他寫(xiě)道，“并懷著無(wú)限陶醉沉思其中的和諧。”

開(kāi)普勒有一種特質(zhì)，使他不愿屈服于病痛或心魔，以及他所處的混亂時(shí)代。其中一部分原因可能是他的才智：不管什么學(xué)科，他總是不由自主地全心投入，特別是天文學(xué)和數(shù)學(xué)。另一部分可能是他的神秘主義傾向——他持有和畢氏學(xué)者同樣的直覺(jué)，認(rèn)為數(shù)學(xué)優(yōu)雅的規(guī)律性乃是宇宙的基礎(chǔ)。就像畢達(dá)哥拉斯一樣，他也受到強(qiáng)烈的驅(qū)使，迫使他去尋找混亂經(jīng)驗(yàn)下的和諧規(guī)律。開(kāi)普勒最后也的確獲得了這樣的成果——盡管花了他許多年，害他走了許多冤枉路，并使他投入龐大的精力。

在開(kāi)普勒1596年的著作《宇宙的奧秘》中，呈現(xiàn)出某些關(guān)于行星的原創(chuàng)思考，這是自古以來(lái)僅見(jiàn)的。這本書(shū)里有個(gè)想法使他遭錯(cuò)覺(jué)誤導(dǎo)多年，那就是將五個(gè)正多面體層層套疊，可以說(shuō)明六個(gè)行星的數(shù)量與距離。這個(gè)構(gòu)想極為美妙誘人，但卻是錯(cuò)的，后來(lái)他自己也發(fā)現(xiàn)了。這本書(shū)的偉大之處，在于開(kāi)普勒所提出的問(wèn)題，以及他回答問(wèn)題所采用的物理性直觀，而非形而上觀點(diǎn)。他想了解行星為什么取其特有的距離和速度運(yùn)行。一開(kāi)始，他的答案以神秘術(shù)語(yǔ)陳述，但認(rèn)為太陽(yáng)必定發(fā)射有某種力量，促使行星移動(dòng)；同時(shí)這種力量會(huì)隨著距離而消減，就像太陽(yáng)光一樣。他的年少天賦驅(qū)策他不止于描述天體的運(yùn)行，更進(jìn)一步探索該現(xiàn)象的物理原因。自古到當(dāng)時(shí)，還沒(méi)有任何人曾經(jīng)做過(guò)這樣的嘗試。

《宇宙的奧秘》這本書(shū)使他受到了丹麥天文學(xué)家第谷的注意，當(dāng)時(shí)第谷正努力對(duì)恒星與行星進(jìn)行有史以來(lái)最精確的肉眼觀測(cè)。開(kāi)普勒成了第谷的助理。當(dāng)?shù)诠仍?601年10月24日去世后，他順理成章接任第谷的職位，成為魯?shù)婪蚨缹m廷中的皇室數(shù)學(xué)家；更重要的是，他得以取得了第谷珍貴的寶藏——多年來(lái)觀測(cè)行星的結(jié)果，特別是火星?！拔冶仨毘姓J(rèn)，”開(kāi)普勒寫(xiě)道，“當(dāng)?shù)诠冗^(guò)世時(shí)，我很快就利用他的子孫有失謹(jǐn)慎的弱點(diǎn)，將他的觀測(cè)成果接收過(guò)來(lái)，或者說(shuō)，占為己有?！?/p>

開(kāi)普勒之所以把精力集中在研究火星上，是因?yàn)楦鶕?jù)當(dāng)時(shí)的理論，火星的運(yùn)行軌道最難解釋。開(kāi)普勒知道，第谷觀測(cè)的精確度達(dá)2分（或者說(shuō)2∕60度），然而以圓形軌道為基礎(chǔ)的運(yùn)算，卻無(wú)可避免地產(chǎn)生達(dá)8分的誤差。到了1604年年底，經(jīng)過(guò)眾多錯(cuò)誤轉(zhuǎn)折后，開(kāi)普勒終于了解到，火星不可能循圓形軌道運(yùn)行，而是依照某種橢圓形軌道運(yùn)行。由于他對(duì)第谷觀測(cè)結(jié)果的信心，使他推翻了2000年來(lái)催眠了全人類的天堂觀點(diǎn)?！耙?yàn)檫@8分實(shí)在令人無(wú)法忽視，”開(kāi)普勒寫(xiě)道，“光是它們就引發(fā)了天文學(xué)的全面革命?！?/p>

開(kāi)普勒在1609年出版的《新天文學(xué)》中，發(fā)表了他頭兩條關(guān)于行星運(yùn)行的定律。在他1618年的作品《哥白尼天文學(xué)概要》中，成果更大幅增加，當(dāng)時(shí)他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了他的第三定律。這些深刻的洞見(jiàn)如今被稱為“開(kāi)普勒定律”，或簡(jiǎn)稱為“行星運(yùn)行定律”：

1.行星依橢圓軌道運(yùn)行，太陽(yáng)則位于橢圓形的兩焦點(diǎn)之一；2.從太陽(yáng)到行星間畫(huà)一條直線，在相同的時(shí)間間隔里，將掃出相同的面積；3.行星繞太陽(yáng)一周所需時(shí)間的平方，與行星到太陽(yáng)的平均距離的3次方成正比。

第一定律將行星置回真實(shí)軌道。就像亞歷山大大帝一劍斬?cái)嗔烁叩匕怖K結(jié)（編者按：據(jù)說(shuō)無(wú)人能解開(kāi)的一個(gè)繩結(jié)），開(kāi)普勒憑著優(yōu)雅的一擊，斬?cái)嗔思m結(jié)人們2000年的理論與觀測(cè)之思想繩結(jié)。

開(kāi)普勒對(duì)第二定律感到相當(dāng)滿意。它以極美妙的方式，不期然地改變了自古以來(lái)認(rèn)為行星運(yùn)行速度始終一致的信念。開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn)，事實(shí)并非如此。行星離太陽(yáng)越遠(yuǎn)，運(yùn)行速度就越慢；當(dāng)它越靠近太陽(yáng)，速度就越快；行星的加速或變緩跟它和太陽(yáng)的距離呈完美的比例。

至于重要性毫不遜色的第三定律的發(fā)現(xiàn)，則花了他20年時(shí)間。這條定律使天文學(xué)家有史以來(lái)首度能夠精準(zhǔn)地算出行星運(yùn)行軌道的相對(duì)大小。對(duì)于這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的天體規(guī)律性，開(kāi)普勒感到相當(dāng)震驚。關(guān)于這點(diǎn)他寫(xiě)道：“上帝本人可不是也等待了將近6000年，才有人開(kāi)始嘗試?yán)斫馑淖髌穯?？?/p>

開(kāi)普勒的成就是如此深刻淵博，成就的過(guò)程是這么樣獨(dú)特與個(gè)性化，因而學(xué)者將他列為少數(shù)無(wú)人能取代的科學(xué)家之一?！熬拖衿渌贁?shù)偉大的科學(xué)家一樣，開(kāi)普勒也堪享此名，”天文學(xué)史家斯蒂芬森寫(xiě)道：“也就是說(shuō)，如果他沒(méi)有達(dá)成這些成就，那么很可能也沒(méi)有人能達(dá)成了?！奔古梢餐瑯痈械骄次罚骸八麚碛腥祟愋闹堑膫ゴ蟪删停湫乱馕ㄓ邢鄬?duì)論能相提并論，因?yàn)閮烧咄瑯痈淖兞丝茖W(xué)于大自然所發(fā)現(xiàn)的基本形態(tài)?！?/p>

開(kāi)普勒赤手空拳地發(fā)明了物理天文學(xué)，他是第一位將天文學(xué)置于物理學(xué)基礎(chǔ)上的科學(xué)家。更特別的是，開(kāi)普勒的偉大發(fā)現(xiàn)卻是立足于錯(cuò)誤本質(zhì)的物理學(xué)理論。“該物理學(xué)本質(zhì)上是謬誤的，因?yàn)樗狈ΜF(xiàn)代的慣性概念?！彼沟俜疑f(shuō)。開(kāi)普勒確實(shí)曾嘗試探索改良對(duì)重力的理解，他所達(dá)到的程度，是將重力視為同類物體之間的吸引力；他甚至了解月球重力與潮汐之間的關(guān)聯(lián)。然而他并未瞥見(jiàn)重力在行星運(yùn)動(dòng)中的重要作用——這點(diǎn)就要靠半世紀(jì)后的牛頓了。由于開(kāi)普勒智性上的誠(chéng)實(shí)以及對(duì)第谷觀測(cè)成果的尊敬，使他得以暫時(shí)擱置自己原本對(duì)太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)所持的神秘概念，并超越原來(lái)對(duì)于促使行星運(yùn)行力量的謬誤想法，最終達(dá)到了真理?！澳切┪锢碓瓌t本身……幾乎在所有細(xì)項(xiàng)上都是錯(cuò)的，”斯蒂芬森寫(xiě)道，“但天文學(xué)的部分卻好得令人吃驚，前所未有的好?！?/p>

有趣的是，開(kāi)普勒從未放棄他那極度神秘的世界觀。1619年，他出版了《宇宙和諧論》，在書(shū)中他再度喚醒畢達(dá)哥拉斯之魂，企圖將幾何學(xué)、音樂(lè)、天文學(xué)與占星術(shù)聯(lián)結(jié)到基礎(chǔ)幾何比例之中——也就是世界的和諧。盡管開(kāi)普勒對(duì)于占星術(shù)的許多說(shuō)法持質(zhì)疑的態(tài)度，但他卻終生奉行。毫無(wú)疑問(wèn)地，開(kāi)普勒的定律引導(dǎo)牛頓發(fā)現(xiàn)了正確的重力與慣性概念，但同樣無(wú)疑的是，在牛頓物理學(xué)打造出來(lái)的機(jī)械宇宙中，開(kāi)普勒也不會(huì)自在的。

至于開(kāi)普勒的私人生活，則毫無(wú)和諧可言。他處于宗教劇變的年代，經(jīng)常因?yàn)樽诮桃蛩囟峒?。路德教派一度拒絕他領(lǐng)受圣餐，后來(lái)天主教會(huì)則沒(méi)收了他的圖書(shū)館，強(qiáng)迫他的孩子去望彌撒。他第一任妻子和6個(gè)孩子相繼去世。1615年到1621年期間，他投入許多時(shí)間和資源協(xié)助他母親反擊有關(guān)她“施行巫術(shù)”的指控。他成功地幫她洗清了罪名，但她卻在幾個(gè)月后過(guò)世了。開(kāi)普勒自己也在1630年離開(kāi)人世，享年58歲，后來(lái)他的墳?zāi)挂苍?0年戰(zhàn)爭(zhēng)的兵荒馬亂中消失了。

開(kāi)普勒多才多藝，他聰明過(guò)人，自我鞭策，堅(jiān)毅能忍，具有強(qiáng)烈的自覺(jué)性。在其獨(dú)特天分的激發(fā)下，他終其一生都在黑暗與混沌中開(kāi)疆辟土，向我們揭示行星隨之起舞的優(yōu)雅和諧。我們對(duì)他虧欠甚深。

（摘自廣西科學(xué)技術(shù)出版社《他們創(chuàng)造了科學(xué)：改變?nèi)祟惷\(yùn)的科學(xué)先驅(qū)》 作者：羅伯特·阿德勒 譯者：邱文寶 等）