封面說明

今年是偉大的德國天文學家和數(shù)學家開普勒誕辰450周年。本刊特以他的肖像和以他的名字命名的描述太陽系行星運動的三大定律作為封面，致以敬意。

約翰尼斯·開普勒(Johannes Kepler)1571年12月27日生于符騰堡威爾德斯達特鎮(zhèn)。他從小體弱多病，但天性聰慧。受符騰堡公國的君主實行的開明政策下的獎學金資助，他16歲時開始在蒂賓根大學學習，并有幸在M.麥斯特林教授指導下研習天文。在大學學習期間，他了解到并接受了日心說。開普勒于1588年獲得學士學位，1591年獲文學碩士學位。當時他想當一名路德教的牧師，所以又留校學習神學。1594年他前往奧地利的格拉茨，在路德教會高級中學任數(shù)學和天文學教師。1600年開普勒到達布拉格，任第谷的助手，并開始研究火星的運動。次年第谷去世，他繼任為魯?shù)婪蚨赖挠皵?shù)學家。

通過對第谷留下的大量觀測資料進行長期的分析，開普勒于1609年發(fā)現(xiàn)，若假設(shè)行星的運行軌道為橢圓的話，則可以對第谷留下的觀測資料做出合理的解釋。由此他得出了“開普勒第一定律”，即火星是沿著橢圓軌道繞太陽運行的，而太陽則處于兩個焦點之一的位置。在當時，這一觀點是革命性的，需要提出者有擺脫傳統(tǒng)觀念的智慧和毅力。在開普勒之前，所有的天文學家，包括哥白尼和伽利略都堅持亞里士多德和畢達哥拉斯的觀點，即圓是完美的幾何圖形，故一切天體的運動軌跡都應(yīng)該是一個圓周。進一步，開普勒又指出，火星的運行速率是不均勻的：當它離太陽較近時速率較大，而離太陽遠時則速率較小。但是從任何一個時刻開始，太陽中心到行星中心的連線在相等的時間所掃過的面積是相等的。這就是開普勒第二定律(面積定律)。這兩條定律刊布在1609年出版的《新天文學》(又名《論火星的運動》)一書中。同時，開普勒還指出，這兩個定律同樣適用于其他行星和月球的運動。進一步，在1619年出版的《宇宙諧和論》一書中，開普勒還公布了他所發(fā)現(xiàn)的行星運動第三定律，即繞以太陽為焦點的橢圓軌道運行的所有行星，其各自橢圓軌道半長軸的立方與周期的平方之比是一個常數(shù)。這三大定律最終使他贏得了“天空立法者”的美名。1630年，開普勒在巴伐利亞州雷根斯堡市去世，終年59歲，葬于拉提斯本的圣彼得教堂。

眾所周知，開普勒的工作對于牛頓的影響是深遠的。特別是牛頓的萬有引力公式完全是建立在開普勒第三定律的基礎(chǔ)上的。為此有的學者，例如愛德華.泰勒(氫彈之父)寫道:“In my opinion, the man who really made the difference was Kepler. Without his ellipses, human thought about the heavens may not have been clarified for many more years”[4]。毋庸置疑的是，開普勒對于唯物論的最后建立有著不可替代的影響。

[1] 《中國大百科全書》，第二版簡明版，《中國大百科全書》出版社，2011年11月。

[2] 《不列顛百科全書，國際中文版》 ，修訂版，《中國大百科全書》出版社，2007年4月第一版。

[3] This month in physics history, APSNEWS,vol.23,No.7,July 2014,p2-3.

[4] Edward Teller著《Conversations on the Dark Secrets of Physics》,Plenum Press, 1991, 66頁。