mxcsunxy的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/mxcsunxy

博文

我理解的开普勒 (一) 精选

已有 13595 次阅读 2013-9-4 19:00 |系统分类:科研笔记| 开普勒, 科学与宗教, 天文与星占

天文学史上的天才,最能激发人们的想象,最能引起心灵的共鸣,最能启迪科学的思索,开普勒要数是第一。 

他出生在德国西南的小镇。祖辈在当地小有名望,但家世日益没落。 

他的童年可以用悲惨来形容。他是一个早产儿,体弱多病,眼睛近视和重视(难道这就是他后来研究光学和望远镜的前缘?),得过天花,满身都是疥疮。家族里三代十几口人挤在一个不大的房屋下,有的早夭,有的被当女巫烧死。更有游手好闲的父亲,浪迹天涯,死在何处何时都无从知晓。 

童年美妙的时光也有一二。 7岁时(1577年)母亲牵着他的手爬上小小的山冈,看那一年壮观的彗星。那一年,丹麦的第谷正仔细观测这一彗星,要证明它是月界以上的天体,而不是月界以下的地球大气现象。中国明朝万历皇帝的天文官们也在观测:“彗星从东南方起,长亘天。”

   路德的新教改革给当地带来了新式的教育,开普勒可以说是生逢其时,在新式的学堂展露天赋。小学虽然没上几年,却成绩优异。体弱、聪明、对宗教的兴趣,三者的结合使得牧师看来是最适合他的职业。于是他在13岁时进入了一个神学院,学习希腊文、拉丁文、修辞、辩证法、数学、音乐。18岁,开普勒获得路德维希公爵特别奖学金,进入图宾根大学,学习神学。 

   开普勒气质敏感,可以说是有点神经质。为考试成绩,为排名先后,为虚荣,为直率,为信仰,甚至为琐碎小事,他感觉他有无数的敌人:“A不恨我,但是我恨他。”“B恨我,因为我是他学习上的对手。”“C恨我,因为他是我的老师,我却当众指出他的错误”。“宗教使我和D隔阂,他居然抛弃信仰。”“我有点享乐主义,还有一些其他的习惯,因此E和我断交。”  

在图宾根大学, 他刚从数学老师马斯特林那里了解到哥白尼的日心说”, 就像皈依宗教一样皈依了哥白尼的学说: 不需要那么多的证据, 也不要那么多的证明, 上帝本身就是证明。那光芒四射, 给人间温暖, 使万物复苏的太阳, 不就是上帝的居所? 上帝的居所, 难道不是宇宙的中心? 

他不但因为坚定拥护日心说而在学校树敌,  而且因各种奇谈怪论与人争吵不休。 比如他说, 学习哲学让德国堕落;学习法文要比学习希腊文更有意义。 学校视他是个麻烦, 但同时也知道他脑子极灵。 23岁那年,正好格拉兹(Graz)地方空缺一个数学教授, 图宾根大学顺势做个人情,推荐开普勒。开普勒这样就得放弃好像很适合他的神学职业, 心里有点不乐意, 但教授数学可以略有收入, 也就答应了。 不过他提了个条件: 若干年来再回到图宾根学习神学。 这个承诺学校估计本没打算兑现,而开普勒本人后来也再没想到要去兑现。他从此走上了天文学的道路。 

不,那还是数学。天文学,不管是托勒密的"地心说",还是哥白尼的"日心说",都还仅仅是数学。那完美的圆周运动,那一环套一环的无数的本轮、均轮,都不代表真实的宇宙世界,不过是用来解释天文现象的数学模型。 天文学,还要等我们的开普勒将来把它从数学变成物理。 不过这是后话,现在他搞的天文学还是数学。  

数学也不一定就不是实在。古代的哲人,西方有古希腊的毕达哥拉斯,中国有汉代的刘歆,就认为数是真正的实在。(当代中国对数也有无比的敬重,一切理论,一切主张,只要带上数字,就是那简单的“一二三四五”,就有了无穷的感召力。)也不是随便什么数都行,数的来源越神秘,就越真实,越可靠,就越具有权威性。比如说我们汉代的刘歆,非要把《三统历》采用的“日法”81,说成“黄钟之数九九自乘。” 那“黄钟之数”可是了不得的,那是音律之数,那是天数自乘,也是宇宙节律之数,是天与人相通的气之共鸣之数。(如果读者有兴趣, 可以参阅我发表在《中国国家天文》上的拙作“候气:中国古代的迈克尔逊-莫雷实验?”) 

开普勒也要为天文学找到数学根据。他相信宇宙世界是上帝创造的,而那全智全能的上帝,创造世界绝不是任意胡来,而一定按照一定的“原型”(Archetype )创造出来的。 而这要从数中去找。 

他的数学授课看来并不太受学生欢迎,有时他可能只好对着黑板“自说自画”。但就在这“自说自画”的过程之中,他来了灵感:圆的内接正三角形有一个内切圆,这两个圆的半径的比例正好与两个行星轨道的半径的比例差不多,行星之间的距离是不是按照这样的规则来确定的呢?他用更多的内切圆和外接圆,试图解释五星的距离,但给果与实际观测数据完全不符。百思之中,又有恍悟:天体是在三维的空间之中,用二维的几何模型去解释五星的距离,自然是不合适的。于是他从三维的解度去思考,他想到了世界上多面体只有5个,内外交接的正多面体之间有5个球面,正好可以解释天上为什么只有5个行星。而且这些球面之间的距离与行星轨道间的距离吻合的相当不错。 开普勒认为这是自己重要的发现,而且认为是对哥白尼日心说的强力支持。1597年,他在图宾根发表了他的研究成果,取名《神秘宇宙》。“神秘”,决没有我们现在所认为的带有贬义的意思,而是神的秘密被揭示了出来,是伟大无比的事情。 

《神秘宇宙》中的数字与实际观测还是有不少的差距。当时欧洲鼎鼎大名的第谷,已在神圣罗马帝国鲁道夫皇帝的赞助下在布拉格建立了天文台,所做的天文观测其精度达到前所未有的高度。与这些数据相比,《神秘宇宙》中的推测,还是十分粗糙。但是开普勒的这项工作,为他赢得了很好的名声,大家都公认他的数学才能。远在布拉格的第谷,拿着那么多的数据,需要开普勒这样的数学天才去分析。而开普勒天生近视,天文测量不可能是他的强项,他也迫切需要第谷这样的测量数据来构造他的“神秘宇宙”。当时正值格拉兹反宗教改革运动汹涌,新教信仰者的日子很不好过,开普勒真想到第谷那里去工作。他们相约, 1600年1月1日相见。 当然真正相见的日子不一定这么巧,不过也是在1600年1月的某个日子。 这是后话。 

再说开普勒在格拉兹的数学教授生活。本来就没有几个学生听课,收入低得可怜。不过他兼做一份工作,就是做占星家的角色,每年为地方出一本黄历,多少可以有点收入补贴。据说他推的黄历还比较准。他的黄历预测:某年,天气将会奇冷,土耳其人会入侵。6个月后,他写信给他的老师马斯特林:“今年果然奇冷,阿尔卑斯山的农民冻死了许多。有些农民回到家里,手抹鼻子,鼻子就掉了下来。土耳其人则进攻到了维也纳附近的乡村。” 

占星,那可不能简单地以“迷信”对它嗤之以鼻。不然的话,本世纪初那位英国的大哲学家波普尔(Karl Popper),凭什么要费尽心思来证明占星术是“伪科学”呢(另外还有两项)? 在古代,它是与天文学分不开的。事实上,当时天文学家如果不会占星,那基本上就不配做天文学家。现在说它是“伪科学”, 在古代它可是一种“经验性的科学”。 占星者,观星也。观星,并试图对其进行解释,离科学不应该太远。要不中国古代,为了星占的目的,辛辛苦苦,记录了那么多天象,就没有任何科学意义了? 古代的天文学家,要搞天文历法,还不是得先学“太一”、“六壬”、“奇门遁甲”这些占星术的把式?道理其实同我们现代科学教学也差不多。我总是要先学一些简单的、定式的东西,熟练掌握之后才可以去搞复杂的东西。比如我们当年学力学时,老师出题总要假定重力加速度是10自由落体设个5米、15米之类的高度,好使我们解起来容易。真正的物理,肯定不是这么简单的。古代天文学家把“太一式”搞清了,就学会了周期8年、12年、28年等种种“星神”之间的会合运动,不久他就可以处理周期是11.86年的木星运动了。 所以,千万不要把星占与科学对立起来。开普勒的天文之旅就是从占星术起航的。 

开普勒把占星术当作一门实实在在的经验性的科学来做。他做了好多人物的“天宫图”, 推算他们出生时的天体的位置, 记录他们生活中的事件。 总之, 想积累更多数据。 他对占星的态度是十分认真的, 可以说是一丝不苟。 对待自己, 对待他的亲人, 天宫图说什么, 他就记录什么, 一点也不会因面子问题而有所隐讳。 

开普勒的出生日期是有记录的, 那是15711227日下午2:30可是他母亲怀上他的时间, 他用他的天宫图推出来是1571516日凌晨4:37这就是为什么我们说他是一个早产儿的原因: 他在娘胎里只孕育了2249小时53分钟。 

关于他的父亲, 开普勒的天宫图里是这样描述: 海因里希,我的父亲,生于1547年1月19日,生性邪恶,顽湣不化,吵吵嚷嚷,一生注定没有好结果… ” 

开普勒对占星术如此专注,也不是不务正业。占星术中就包括他对宇宙神秘的思考。试想,我们人类实际上时时刻刻都在受到来自天体的影响, 季节的变化,人体的节律,这是明摆着的,是不容否认的。至于天体究竟怎样影响每个人具体的生命活动的细节,那是不好确定的,所以靠有大量的经验数据来研究。开普勒的这个看法,同中国宋代的一位大政治家王安石的看法有点类似。王安石为了应付保守派司马光等借天象对他发动的政治攻击,说天象固然是要影响人事,但不一定是某个特定的天象一定影响某个特定的人事(你们说彗星出现,是我的新政不好。 我看未必,没有根据!)所以,星占还是要通过大量的经验数据去探讨天与人之间究竟有什么关系,这是古人追求的大学问,我们为什么要把它贬为一无是处呢?重要的是,我们在开普勒那里,看到了一种为了信仰,为了探究而表现出来的,充分想象,不断验证,不懈努力,实事求是的精神,这些不也是我们做科学所需要的精神吗?  

(未完待续)

 

参考文献:

Johannes Kepler. New Astronomy. Trans. Wiiliam H. Donahue. Cambridge University Press, 1992.

Johannes Kepler. Mysterium cosmographicum: The Secret of the Universe. Trams/ A. M. Duncan. New York: Abaris Books, 1981.

Johannes Keper. Harmonies of the World. Stephen Hawking, ed. Running Press. 2002.

Max Caspar. Kepler. Trans. C. Doris Hellman. New York: Dover, 1993.

James R. Voekel. Johannes Kepler and the New Astronomy. Oxford: Oxford University Press, 1999.

Arthur Koestler. The Sleepwalkers: A History of Man’s Changing Vision of the Universe. Penguin Books. 1959.

Rhonda Martins. Kepler’s Philosophy and the New Astronomy. Princeton University Press. 2000.

Kitty Ferguson. Tycho and Kepler: The Unlikely Partnership That Forever Changed Our Understanding of the Heavens. Walker and Company. 2002.

Gerald Holton. Kepler’s Universe: Its Physics and Metaphysics. In: Thematic Origins of Scientific Thought: Kepler to Einstein, 53-74. Harvard University Press, 1988.

Alexandre Koyre. The Astronomical Revolution: Copernicus—Kepler—Borelli. Trams. R. Maddison. New York: Dover, 1992.

Karl Popper. The Logic of Scientific Discovery. London: Hutchinson, 1959.

《后汉书律历志》.

[]李昉.《太平广记》卷第二十六, 神仙. 中华书局, 1961.

孙小淳 2004 “北宋政治变革中的天文灾异论说”,《自然科学史研究》,233)。

孙小淳. 2009.  候气:中国古代的迈克尔逊-莫雷实验?《中国国家天文》,200992-7.

王国强. 2010. 新天文学的起源. 科学技术出版社.

庄威凤,王立兴. 1988. 中国古代天象记录总集. 江苏科技出版社.

 

附记:前日初发博文,就受到博友关注,颇受鼓舞。有博友谈及占星术的问题,也有博友提及宗教与科学的问题,还有博友提到科学史与科学教育的问题。承蒙罗教明教授问及普朗克与二十世纪初物理学的问题,问题特别有意义,可我对这些历史虽然有些了解,但终不敢回答这么重要的问题。也许以后可以试着回答。但这些问题促使我动手写关于开普勒的拙文。过去想了很多,但就是懒得动笔。 今天终于开写,得2 页之多,所以感谢博友的启发。

 



https://blog.sciencenet.cn/blog-1051670-722344.html

上一篇:长平之战后的“太白蚀昴”天象
下一篇:怀念恩师卢央教授
收藏 IP: 159.226.79.*| 热度|

23 郑小康 刘立 马德义 徐晓 石磊 田云川 张能立 蒋迅 孟利军 李泳 曹裕波 魏武 罗教明 陈学雷 宁晓玉 史晓雷 黄智生 陈沐 王国强 刘启振 徐传胜 杨金波 fishman936

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (22 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-11-19 23:14

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部