第10章 天文學家(2)(1 / 3)

公元138年張衡與世長辭了。張衡的一生追求科學的意誌堅韌不拔;貧困不阿、蔑視貴權的精神難能可貴。人民懷念、稱頌他,“數術窮天地,創作造化。瑰辭麗說,奇技偉芳。磊落煥炳,與神合契”。這是當之無愧的。

開普勒

找定了目標

伽利略發明的望遠鏡為哥白尼體係提供的論據是令人信服的,但隻是間接的,隻有定性意義。因為人們“坐地觀天”,能夠直接觀察到的隻是行星在恒星天球上垂直於視線方向的位移,而不是它們在空間的“真實”運動。

要直接論證哥白密體係,必須探求行星的“真實軌道”,並加以嚴格考證。

另外,哥白尼首創的日心體係還殘留著托勒玫體係的若幹成分,沒有完全擺脫經院哲學思想的束縛,認為天體隻能作簡單的勻速圓周運動。因此,為了解釋行星運行中存在較小的不均勻性,仍然保留了托勒玫的一部分本輪和偏心圓的設計。哥白尼的日心宇宙理論無疑是正確的,但他的體係是有缺陷的,很快就被推翻了。

竟哥白尼事業之功、揭開行星運動之謎的是不朽的德國天文學家約翰·開普勒(1571~1630年)。

開普勒出生在德國南部的瓦爾城。他的一生顛沛流離,是在宗教鬥爭(天主教和新教)情勢中渡過的。開普勒原是個新教徒,從學校畢業後,進入新教的神學院——杜賓根大學攻讀,本想將來當個神學者,但後來卻對數學和天文學發生濃厚興趣和愛好。

杜賓根大學的天文學教授米海爾·麥斯特林(1550~1631年)是讚同哥白尼學說的。他在公開的教學中講授托勒密體係,暗地裏卻對最親近的學生宣傳哥白尼體係。開普勒是深受麥斯特林賞識的學生之一,他從這位老師那裏接受哥白尼學說後,就成為新學說的熱烈擁護者。他稱哥白尼是個天才橫溢的自由思想家,對日心體係予以很高評價。

開普勒能言善辯,喜歡在各種集會上發表見解。因而引起學院領導機構——教會的警惕,認為開普勒是個“危險”分子。學院畢業的學生都去當神甫,開普勒則未獲許可。他隻得移居奧地利,靠麥斯特林的一點幫助在格拉茨高等學校中擔任數學和天文學講師及編製當時盛行的占星曆書。

占星術是一門偽科學,開普勒不信這一套。他不相信天上那些星辰的運行和地上人類生息的禍福命運會有什麼相幹!他曾為從事此項工作自我解嘲說:“作為女兒的占星術若不為天文學母親掙麵包,母親便要挨餓了。”

從那時起,開普勒開始從事研究他畢生最感興趣,也是他爾後獲得最大成就的問題了。

宇宙模型

開普勒平生酷愛數學。他同古希臘學者們一樣,十分重視數的作用,總想在自然界尋找數量的規律性(早期希臘學者稱為和諧)。規律愈簡單,從數學上看就愈好,因而在他看來就愈接近自然。他之所以信奉哥白尼學說,正是由於日心體係在數學上顯得更簡單更和諧。他說:“我從靈魂深處證明它是真實的,我以難以相信的歡樂心情去欣賞它的美。”他接受哥白尼體係後就專心探求隱藏在行星中的數量關係。他深信上帝是依照完美的數學原則創造世界的。

開普勒在他早期所著的《神秘的宇宙》(1597年)一書裏設計一個有趣的、由許多有規則的幾何形體構成的宇宙模型。開普勒試圖解釋為什麼行星的數目恰好是六顆,並用數學描述所觀測到的各個行星軌道大小之間的關係。他發現六個行星的軌道恰好同五種有規則的正多麵體相聯係。這些不同的幾何形體,一個套一個,每個都按照某種神聖的和深奧的原則確定一個軌道的大小。若土星軌道在一個正六麵體的外接球上,木星軌道便在這個正六麵體的內切球上;確定木星軌道的球內接一個正四麵體,火星軌道便在這個正四麵體的內切球上;火星軌道所在的球再內接一個正十二麵體,便可確定地球軌道。照此交替內接(或內切)的步驟,確定地球軌道的球內接一個正二十麵體,這個正二十麵體的內切球決定金星軌道的大小;在金星軌道所在的球內接一個正八麵體,水星軌道便落在這個正八麵體的內切球上。

開普勒也因循自亞裏士多德、托勒密直至哥白尼以來的固有見解,沒有跳出圓形軌道的框框。

這種設計得到的各個球的半徑比率與各個行星軌道大小的已知值相當吻合。有規則的正多麵體是具有相同平麵的對稱體。這種具有對稱平麵的多麵體隻能作出五個,因此開普勒確信太陽係的行星隻有六顆。