開普勒和他的行星定律

紅馬童書

天文學的歷史非常悠久，生活在兩千多年以前的人們就對掛在天上的太陽、月亮和星星充滿了好奇。在確定它們不會輕易掉下來砸到腦袋以后，大家開始觀察它們的位置和出現的時間，研究它們跟季節、潮汐的關系。

那時，天文學還有一個頂重要的作用是占星。人們相信天象的變化和人間即將發生的大事件有關，可以預測戰爭的勝負、、國家的興亡或者……自己的運氣。這聽起來挺不靠譜，不過因為占星需要觀測天象，所以的確對天文學的發展有幫助。

如果說正兒八經的天文學知識，古時候西方最主流的是古希臘大學者亞里士多德提出的地心說。他認為地球是宇宙的中心，其他的一切包括太陽、月亮和五大行星都圍繞地球運轉。（注：那時靠肉眼能觀測到的行星只有金星、木星、水星、火星和土星這五顆。）它們之所以會轉，是因為有一種神秘的力量在推動，而發出這種持續推動力的……咳咳……就是神。

別笑，那時候幾乎所有人都相信神的力量，所以大家覺得亞里土多德的見解高明極了。

住在亞歷山大城的古埃及學者托勒密和亞里士多德的看法差不多。他認為地球靜止不動地待在宇宙正中心，太陽、月亮和五大行星沿著完美的圓形軌道繞地球運轉。在它們的軌道以外，有個晶瑩的天層，那里就是各位神靈的家。

在漫長的一千五百年里，西方人對地心說深信不疑。16世紀初，波蘭天文學家哥白尼經過幾十年的觀測和研究，發現地心說其實大錯特錯。他認為處于宇宙中心的不是地球而是太陽，地球和別的行星都繞太陽運轉，只有月亮繞地球運轉，日月星辰每天東升西落是因為地球在自轉。

哥白尼的發現非常偉大，但狂熱的宗教信仰者們認為他冒犯了上帝，于是起勁兒反對。哥白尼還算運氣好，至少沒有被殺掉，他的支持者布魯諾則被燒死在羅馬的鮮花廣場上。雖然追求真理的道路很慘烈，但總有那么一些不怕死的家伙。我們今天要認識的，就是繼承了哥白尼學說的德國天文學家約翰內斯·開普勒（1571年-1630年）。

真幸運，開普勒沒被燒死，還發現了行星運動三大定律。他的定律讓地心說徹底垮臺，也讓行星復雜的運動變得不再神秘。下面就是這位先生的故事，你會看到他波折的一生以及探索真理的勇氣和毅力，還會了解到一些有關他的小秘密，比如……

天文學家需要大量觀測，偏偏他的視力很差。

他不愛刮胡子也不愛剪頭發，形象超邋遢。

他雖然曾經在宮廷任職，但一直是個窮光蛋。

他最愛的讀物是《天體運行論》，你猜作者是誰？

開普勒開獎啦不要輕易評價不了解的事

我家在德國南部的瓦爾，老爸是個粗俗的職業傭兵。他常常跟隨部隊到處打仗，有一次離開了家就再也沒回來。從那以后，老媽的脾氣變得很古怪一其實她本來就夠古怪的了。有人說她會施展巫術，還有人說她是個女巫。她有一個沒有窗戶的小房間，里面充滿霉味和灰塵，每件家具的歷史都超過一百年。她常把自己關在里面，“嘰里咕嚕”地念咒語，還會用各種草藥調配神秘的藥水。

女巫并不是合法職業，為了養家，老媽還經營著一家小酒館。我從小就在酒館里幫忙，盡管這份工作對我來說并不適合。我小時候得過天花和猩紅熱，雖然死里逃生，但一只手的手指變得很不靈活，視力也受到了影響，臉上還留下了很多大麻點兒——你瞧我這運氣！

你瞧，讓未來的天文學家一天到晚在酒館里挨酒鬼的打是不是太過分了。不過說真的，那時我可沒想過以后研究天文學，我的目標是繼承小酒館或者當個神父。

十幾歲時，我進入瓦爾的一家拉丁語學校讀書，至于學習內容嘛，大部分都是頂沒勁的宗教典籍。幾年后，我得到一筆獎學金，進入圖賓根大學學習神學和數學。在我的年代，天文學被當成數學的一部分，所以我也學到了一些天文學知識。

天文學教授馬斯特林在課堂上講授地心說，但下課以后常常滿懷熱情地介紹哥白尼和日心說。

開頭我也覺得日心說荒謬極了，然而事實告訴我不要輕易評價我所不了解的事，因為那只能顯示出自己的無知。當我弄清楚日心說理論以后，我迷上了天文學，變成了哥白尼最堅定的支持者。

我不會硬要做自己不擅長的工作

1391年，我從圖賓根大學畢業，得到了一個碩士學位以及這樣一份評語。

我的同學紛紛被推薦當了神父，而我沒有得到任何工作。后來，奧地利的格拉茨神學院出現了一個數學教師的空缺，在馬斯特林教授的幫助下，我拿到了聘書。

除了上課，我還有很多空閑時間，于是我決定像哥白尼一樣研究宇宙的奧秘，成為一名天文學家。觀測和記錄是天文學家最重要的工作，但是你也聽說了，我的視力不好，所以我打算用數學方法來解釋其他天文學家的觀測數據——硬要做自己不擅長的工作才是笨蛋咧，視力這種事是硬傷，又不是努力就能改變的。

你知道，數學計算非常枯燥，而且需要集中注意力。我試過幾天幾夜不睡覺，也試過把身邊的一切都忘掉。因為對結果太期待，所以整個過程變得非常有趣。不過，我的學生和同事恐怕不這么想，他們對我來不及修剪的胡子和頭發很有意見。

我按照計算結果制作了一個宇宙模型，并把這一切寫成一本書，書名是《宇宙的神秘》——聽起來還不錯對吧。也許你認識一個叫伽利略的人，他是和我同時代的意大利科學家，剛好也在研究宇宙問題。他寫過一封信給我……

因為“哥白尼”和“日心說”都是敏感詞，所以他在信里用了暗號。我把新出版的《宇宙的神秘》寄給他，并告訴他我正在研究行星的運行軌道。遺憾的是，他似乎并不感興趣。

可怕的是連重新開始都沒有勇氣

1598年，奧地利爆發了激烈的宗教沖突，同樣信仰上帝的天主教徒和新教徒大打出手。為了躲避戰亂，我離開了奧地利——你瞧，我失業了。不過這時候，一位大人物給我提供了一個很棒的工作機會。

看到那個名字了嗎？大名鼎鼎的第谷·布拉赫！他是丹麥王室天文學家，丹麥國王腓特烈二世曾經為他建了一座頂先進的天文臺，他擁有最豐富的觀測資料。

對于第谷先生的邀請，我當然一口答應，于是我們在1600年開始了合作。第谷先生以觀測精密著稱，而我則擅長分析數據，我們剛好互補，相處非常愉快。不幸的是，一年以后第谷先生竟然病死了，這對我來說簡直是比失戀還沉重的打擊。我接替了他的工作，還得到了他的觀測資料——你知道那一共有多少嗎？

我把這些觀測資料整理好，并用它們進行復雜又煩瑣的數學計算，希望找到行星的運行規律。幾年以后，我終于得出了最后的計算結果，但我吃驚地發現這個結果跟我設計的那個宇宙模型并不吻合。也就是說，我引以為傲的宇宙模型是錯的，我一直以來的研究也是錯的——這可真令人沮喪啊。

我打算放棄——我是說放棄那個模型，而不是我的興趣。一切從頭開始并不可怕，可怕的是連重新開始都沒有勇氣。

我打贏了和戰神馬爾斯的持久戰

我打起精神繼續研究，發現無論是托勒密的地心說、哥白尼的日心說還是第谷先生本人提出的折中學說，沒有一種符合觀測資料的計算結果。第谷先生是全世界最準確的觀察家，他的記錄不可能出錯。我打算用火星當例子，弄清問題到底出在哪兒。至于為什么選火星，那是因為在第谷先生的資料里，火星篇幅最多。而且，火星是紅色的，被稱為戰神瑪爾斯，這名字聽起來就很有斗志，不是嗎？

我和瑪爾斯的戰爭開始了。本來我以為很快就能征服它，但沒想到這工作比想象中困難得多。

無窮無盡的計算讓我精疲力盡，而且無論怎么算，結果總跟第谷的資料不吻合。

你猜我和火星的戰爭持續了多久？三個月？一年？兩年？不，足足八年。經過八年沒完沒了的冗長計算，我終于有了一個驚人的發現——一千多年來，大家一直相信上帝創造宇宙會用完美的圓形軌道，但事實上火星的軌道是非常接近圓形的橢圓！

按照這個思路，我又驗證了其他行星的運行軌道，發現了兩條行星運動定律——軌道定律和面積定律。我寫了一本新書《新天文學》介紹這個發現，還因此登上了天文學周刊——遺憾的是得跟伽利略那家伙共享一個版面。

研究天文學的確讓人愉快，可惜我不能一直過安穩的日子。教派的爭端讓德國陷入長達三十年的混亂，我的生活和大多數人一樣陷入了困境……

因為擔心戰亂，所以總得搬家——你知道天文學家搬一次家有多麻煩！

雖然我當上了王家數理家，但國王從來不肯及時支付我薪水。為了維持生活……

老媽被控施展巫術，為了不讓她被當成女巫處以火刑，我想方設法為她辯護。

參加我親愛的太太和孩子們的葬禮——傳染病真的太可怕了。

即使是這樣，我也一直進行著我的研究，用困境中的堅持顯示我對天文學最大的誠意。十年以后，我又發現了行星運動的第三條定律也就是周期定律。現在我的定律完整了，不僅行星遵循它，就連行星的衛星以及太陽周圍的其他天體也無一例外。我發現了一個有嚴密組織的天體系統——嗯，就是你們常說的太陽系。我的三條定律被稱為宇宙的法律，我本人則被稱為宇宙立法者——這個外號真適合我，對吧。

1630年，開普勒去德國宮廷討要薪水，結果很不幸地在半路感染傷寒病死了。六十多年以后，大科學家牛頓根據他的學說繼續深入研究，提出了舉世聞名的萬有引力定律。

開普勒就是牛頓所說的巨人當中的一位，這一點毫無疑問。