开普勒（德国杰出天文学家）

开普勒简介

开普勒：约翰尼斯·开普勒（Johannes Kepler，1571年12月27日—1630年11月15日），生于符腾堡的威尔德斯达特镇，德国杰出的天文学家、物理学家、数学家。就读于图宾根大学，1588年获得学士学位，三年后获得硕士学位。当时大多数科学家拒不接受哥白尼的日心说。在图宾根大学学习期间，他听到对日心学说所做的合乎逻辑的阐述，很快就相信了这一学说。发现了行星运动的三大定律，分别是轨道定律、面积定律和周期定律。这三大定律可分别描述为：所有行星分别是在大小不同的椭圆轨道上运行；在同样的时间里行星向径在轨道平面上所扫过的面积相等；行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美名。同时他对光学、数学也做出了重要的贡献，他是现代实验光学的奠基人。1630年11月15日在神圣罗马帝国巴伐利亚公国雷根斯堡病故，享年58岁。

开普勒传记——

开普勒，德国天文学家、数学家、物理学家，也是一位伟大的科学哲学家。他作为近代自然科学的开创者之一，对天文学的发展做出了杰出的贡献。

人物档案

姓名：约翰内斯·开普勒

生卒年：1571年～1630年

出生地：符滕堡威尔市

国籍：德国

身份：科学家

生平纪事

1571年12月27日，开普勒出生在德国威尔市的一个贫民家庭。他的祖父曾是当地颇有名望的贵族。但当开普勒出生时，家道已经中落，全家人就靠经营一家小酒店生活。开普勒是一个早产儿，体质很差。他在童年时代遭遇了很大的不幸，4岁时患上了天花和猩红热，虽侥幸死里逃生，健康却受到了严重的影响，视力衰弱，一只手半残。开普勒身上有一种顽强的进取精神，他放学后要帮助父母料理酒店，但一直坚持努力学习，成绩一直名列前茅。

1587年，开普勒进入图宾根神学院学习神学和数学。这时候，新的不幸又降临到他身上了，父亲病故，母亲被指控有巫术罪而入狱。生活的不幸并未使他中止学业，他反而加倍努力学习。在大学学习期间，他受到天文学教授麦斯特林的影响，成为哥白尼学说的拥护者，同时对神学的信仰发生了动摇。开普勒经常在大学里和同学辩论，旗帜鲜明地支持哥白尼的立场。大学毕业后，开普勒获得了天文学硕士学位，被聘请到格拉茨新教神学院担任教师。后来，由于学校被天主教会控制，开普勒离开神学院前往布拉格，在那里他与卓越的天文观察者第谷一起专心地从事天文观测工作。正是第谷发现了开普勒的才能。在第谷的帮助和指导下，开普勒的学术研究有了巨大的进步。第谷死后，开普勒接替了他的职位，被聘为御用数学家。然而皇帝对他十分悭吝，给他的薪俸仅仅是第谷的一半，还时常拖欠不给。他的这一点点收入不足以养活年迈的母亲和妻儿，因此生活非常困苦。但开普勒却从未中断过自己的研究，并且在这种艰苦的环境下取得了天文学上的累累硕果。

1611年，皇帝鲁道夫二世被其弟逼宫退位。开普勒也就结束了御用数学家的生涯。1612年，开普勒被聘到奥地利林茨的一所大学任教兼做绘制地图的工作。由于校方拖欠薪金，开普勒一家生活十分拮据。1613年，开普勒的妻子病故，他又与一个贫家女子成婚，生活依然处在艰难困苦中。1618年，宗教战争爆发，开普勒被迫离开林茨，前往意大利波伦那大学任教。即使在这样颠沛流离的环境下，开普勒依然以不舍的精神和紧张的劳动去攻克天文学上的难关。

晚年的开普勒坚持不懈地同唯心主义的宇宙论做斗争。1625年，他写了题为《为第谷·布拉赫申辩》的著作，驳斥了主教乌尔苏斯对第谷的攻击，因而受到了天主教会的迫害。天主教会将开普勒的著作列为禁书。1626年，一群天主教徒包围了开普勒的住所，扬言要处决他。后来，开普勒因为曾担任过御用数学家而幸免遇难。1630年11月，因数月未得到薪金，生活难以维持，年迈的开普勒不得不亲自到布拉格去索取。不幸的是，他刚刚到那里就抱病不起。

1630年11月15日，开普勒在一家旅店里悄悄地离开了人世。他死时，除一些书籍和手稿之外，身上仅剩下了7分尼（1马克等于100分尼）。开普勒死后被葬于拉提斯本圣彼得堡教堂。

生活剪影

开普勒为世界近代科学的发展做出了巨大的贡献，但是他本人的生活却是多灾多难的。可是再多的磨难也没有动摇过这位科学巨人追求真理的信念。

艰难的生活

大学毕业后，大多数学生都去当了牧师，而开普勒则到了奥地利，靠麦斯特林的推荐当上了格拉茨大学的数学和天文学讲师。当时讲师的薪水很低，开普勒不得不靠编制占星历书而养家糊口，他自我解嘲地说：“作为女儿的占星术若不为天文学母亲挣面包，母亲便要挨饿了。”

后来开普勒除了与他的老师、丹麦天文学家第谷·布拉赫在一起的两年外，其余的时间都是在艰难困苦的逆境中度过的。1598年，为了去布拉格拜第谷为师，他带着妻子儿女，忍着饥寒劳累，长途跋涉，不幸中途病倒，在一个小客栈里躺了几个星期。开普勒曾想：自己这次可能要病死，妻儿也可能会饿死，但壮志未酬，不能就这么死去，一定要挣扎着活下去。实在走投无路了，他只好提笔向第谷写信求援。慷慨的第谷很快给他捎来了钱并给他介绍了工作，使他慢慢地摆脱了狼狈的处境。

后来席卷德国的宗教战争蔓延开来，开普勒先后丧子、丧妻，他的生活由于家庭的变故和战争的影响而变得越来越阴暗。开普勒一生中从未出现过令他生活富足的转机时刻，到了老年生活更是一贫如洗。1630年，年近花甲的开普勒还要去布拉格索要拖欠了很久的薪金，但走到拉迪斯本镇后的第二天他就起不来床了。

他在病中暗暗自语：“我习惯于这种病痛，不久就会好的。我的星表还没有做完……”就这样，这位骨瘦如柴、病魔缠身的科学老人，在举目无亲的地方，走完了他生命的旅程。

背负恶名

早在图宾根神学院学习时期，开普勒就拒绝同意路德派把加尔文派判处有罪。他表达了他对新教信条的严酷和不宽容精神的反对意见。同时，由于开普勒的宗教立场，他成了新教神学家的“眼中钉”。

开普勒天天和他的家人一起祈祷分裂为3派的教会统一。他认为自己掌握了基督福音的真谛，他认识到，“上帝是和平、和睦的发起人”。他公开主张决不能谴责坚信旧说的人。“这并不是由于他的吹毛求疵，而是出于兄弟之爱。”只有“互相不仁这块臭肉”才是基督教界身上的“脓肿”。

开普勒的这种宗教立场，不仅被天主教会所敌视，而且也为他所在的路德派新教教会所不容。开普勒在所有有关信仰问题上的态度是十分坦率正直的。

他到了林茨后不久，就把他反对新教信条的立场告诉了丹尼尔·希茨勒牧师。

希茨勒牧师就禁止他参加圣餐仪式。开普勒为此向斯图加特宗教法庭上诉，但斯图加特宗教法庭的先生们十分明确地赞同希茨勒牧师的做法。他们在答复中强调，对于想用不可靠的质疑意见或不合理的思辩给正确的学说抹黑，使众人思想混乱的人完全有理由将他逐出圣餐仪式，直至他改邪归正。后来，尽管开普勒一再敦促宗教法庭的精神顾问们收回他们的裁决，但宗教法庭不肯做出任何改变。被逐出圣餐仪式对开普勒来说，就等于被逐出一个宗教团体。在宗教迫害最严重的年代里，他却始终忠于这个团体。他一辈子都不肯在信仰问题上采取虚伪态度。

开普勒争取让林茨的神学家和斯图加特宗教法庭取消把他逐出圣餐仪式的决定进行了旷日持久的艰苦斗争，但一切都无济于事。1619年7月31日，当时任林茨地方学校校长的哈芬莱弗尔以同事的名义通知他这位昔日的朋友最终认可那项决定：“无论是我，还是我的同事们都不能同意您的荒谬无稽、亵渎神灵的妄想……他们想给您以兄弟般的忠告，您或者谴责这种荒谬的、完全错误的思辨，毕恭毕敬地接受上帝的真理，或者不要和我们的教堂和我们的教派来往。”从此以后，开普勒就永远地背上了异教徒的罪名。

科研成果

早期的开普勒深受柏拉图和毕达哥拉斯神秘主义宇宙结构论的影响，以数学的和谐性去探索宇宙。他用古希腊人已经发现的5个正多面体，跟当时已知的6颗行星的轨道套迭，从而解释了太阳系中包括地球在内恰好有6颗行星以及它们的轨道大小的原因。他把这些结论整理成书发表，定名为《宇宙的秘密》。这个设想虽带有神秘主义色彩，但却也是一个大胆的探索。

开普勒在天文学研究方面的天赋是被第谷独具慧眼发现的。第谷是当时最卓越的天文观察家，测量了无数恒星的位置和行星的运动，发现了许多新的现象，如黄赤交角的变化、月球运行的二均差，以及岁差的测定等。第谷最大的“天文学成就”就是发现了开普勒。第谷在临终前将自己多年积累的天文观测资料全部交给了开普勒，再三叮嘱开普勒要继续他的工作，并将观察结果出版成书。开普勒接过了第谷尚未完成的研究工作。后来，开普勒在伽利略的影响下，通过对行星运动进行深入的研究，抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的学说，逐步走上真理和科学的轨道。

对火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点，因为在第谷遗留下来的数据资料中，火星的资料是最丰富的，而哥白尼的理论在火星轨道上的偏离最大。开始，开普勒用正圆编制火星的运行表，发现火星老是出轨。他便将正圆改为偏心圆。在进行了无数次的试验后，他找到了与事实较为符合的方案。

可是，依照这个方法来预测卫星的位置，却跟第谷的数据不符，产生了8分误差。这8分误差相当于秒针0.02秒瞬间转过的角度。开普勒知道第谷的实验数据是可信的，那错误出在什么地方呢？

正是这个不容忽略的8分使开普勒走上了天文学改革的道路。他敏感的意识到火星的轨道并不是一个圆周。随后，在进行了多次实验后，开普勒将火星轨道确定为椭圆，并用三角定点法测出地球的轨道也是椭圆的，断定它运动的线速度跟它与太阳的距离有关。

1609年，开普勒出版了《新天文学》一书，提出了著名的开普勒第一和第二定律。而开普勒第三定律则是在1619年出版的《宇宙谐和论》中提出的。

开普勒第一定律是：所有行星绕太阳运转的轨道是椭圆的，其大小不一，太阳位于这些椭圆的一个焦点上。

开普勒第二定律这样断定：向量半径(行星与太阳的连线)在相等的时间里扫过的面积相等。由此得出了以下的结论：行星绕太阳运动是不等速的，离太阳近时速度快，离太阳远时速度慢。这一定律进一步推翻了唯心主义的宇宙和谐理论，指出了自然界真正的客观属性。

开普勒第三定律：行星公转周期的平方与行星和太阳的平均距离的立方成正比。这一定律将太阳系变成了一个统一的物理体系。

哥白尼学说认为天体绕太阳运转的轨道是圆形的且是匀速运动的。开普勒第一和第二定律恰好纠正了哥白尼的上述观点的错误，对哥白尼的“日心说”做出了巨大的发展，使“日心说”更接近于真理，彻底地否定了统治千年的托勒密“地心说”。开普勒还指出，行星与太阳之间存在着相互的作用力，其作用力的大小与二者之间的距离长短成反比。

开普勒不仅为哥白尼日心说找到了数量关系，更找到了物理上的依存关系，使天文学假说更符合自然界本身的真实。开普勒在完成三大定律时曾说道：“这正是我16年前就强烈希望探求的东西。我就是为了这个目的同第谷合作的……现在大势已定！

书已经写成，是现在被人读还是后代有人读，于我却无所谓了。也许这本书要等上百年才能为人所理解，要知道，大自然也等了观察者千余年呢！”

此外，开普勒在光学领域的贡献也是非常卓越的。他是近代光学的奠基者。他研究了小孔成像，并从几何光学的角度加以解释说明。他指出光的强度和光源距离的平方成反比。开普勒还研究过光的折射问题，认为折射的大小不能单单从物质密度的大小来考虑。例如油的密度比水的密度小，而它的折射程度却比水大。1611年，开普勒发表了《折光学》一书，阐述了光的折射原理，为折射望远镜的发明奠定了基础。开普勒最早提出了光线和光束的表示法，还成功地改进了望远镜。开普勒对人的视觉也进行了研究，纠正了以前人们所认为的视觉是由眼睛发射出光形成的这一错误观点。他认为人看见物体是因为物体所发出的光通过眼睛的水晶体投射在视网膜上，并且解释了产生近视眼和远视眼的原因。

影响评述

开普勒在天文学方面做出的巨大贡献，被后世科学史家称为“天上的立法者”。同时，开普勒在光学研究上也获得了巨大成就，是现代实验光学的奠基人。

开普勒是近代自然科学的开创者之一。作为中世纪与近代交替时期的人物，他的研究成果巩固了“日心说”的基石。作为著名天文学家第谷的学生和继承人，开普勒与意大利著名科学家伽利略是17世纪同时代的两位科学巨人。

开普勒从理论的高度上对哥白尼学说做了科学论证，开普勒所发现的行星运动定律“改变了整个天文学”，为后来牛顿发现万有引力定律奠定了基础。