在科學史上不乏一些很矛盾的人存在，他們一方面發展了科學，另一方面卻又是舊理論甚至是迷信的擁躉。比如化學家拉瓦錫，一方面他發現了氧氣的存在，另一方面他又拒不承認氧氣，堅信燃素論。我們前兩期講的第谷也是這樣的一個人，一方面他觀測了行星的運行軌跡，掌握了大量的第一手的材料，另一方面，他又拒不承認哥白尼的日心說，他在日心說和地心說中間搞了個折衷主義。今天我們要說的這位，也存在這樣的問題，正好，他還是第谷的學生--德國天文學家、物理學家--開普勒。
約翰尼斯·開普勒
約翰尼斯·開普勒於1571年出生在符騰堡的威爾德斯達特鎮。1589年，開普勒進入圖賓根神學院學習，在那裡，在他的老師邁斯特林的幫助下，開普勒皈依到了哥白尼學說的門下。但是在另一方面，開普勒畢生都是一個占星術的信仰者，他經常用占星術為別人算命，甚至到他晚年，他還因為占星術而與神聖羅馬帝國的元帥華倫斯坦結緣。這讓伽利略感到十分不解：一個獨立思考的傑出人士居然會相信占星術的鬼話。而拉普拉斯則說他是如此痛苦地看到這樣一個偉人陷入到了怪誕思辨中去了。1596年，開普勒的第一部著作《宇宙的神秘》出版了，雖然在書中，開普勒的觀點是完全錯誤的，但是在這些錯誤的背後，卻是開普勒的數學才華和富有創建性的思維，正因為此，開普勒獲得了第谷的賞識。第谷邀請開普勒去天文臺當自己的助手，開普勒接受了這一邀請，於1600年加入了第谷的團隊，然而到了第二年，第谷就去世了。開普勒雖然和第谷相處的時間不多，但是在這段不長的時間內，開普勒贏得了人們的信任，在第谷去世後，羅馬皇帝就任命他接替第谷，擔任皇家數學家，開普勒的餘生就一直在那裡任職。
作為望遠鏡發明以前的最後一位偉大的天文學家，第谷給開普勒留下了多年對行星進行仔細觀察所做的大量記錄。開普勒決定對這些觀測記錄進行研究，以便確定到底哪個行星運動學說是正確的：哥白尼的日心說、托勒密的地心說或者第谷的折衷說。但是經過多年的艱苦卓絕的數學計算，開普勒發現第谷的觀測記錄與那三種學說都不相符。完蛋了，此路不通，他的希望破滅了。然而山重水複疑無路，當開普勒陷入絕望中時，也正是柳暗花明又一村之時，開普勒最終意識到他和哥白尼、第谷等經典天文學家一樣，都假定行星軌道是由圓或複合圓組成的。但是實際上行星軌道不是圓形而是橢圓形。
在找到問題的根本之後，開普勒又開始了另一段複雜而冗長的數學計算，以證實他的學說與第谷的觀察相符合。1609年，開普勒發表了的偉大的天文學著作《新天文學》，在書中他提出了他的前兩個行星運動定律。行星運動第一定律，也叫軌道定律：所有行星分別在大小不同的橢圓軌道上運動。太陽的位置不在軌道中心，而在軌道的兩個焦點之一。行星運動第二定律，也叫面積定律：在同樣的時間裡，行星向徑在其軌道平面上所掃過的面積相等。在第二定律中，開普勒雖然摒棄行星等速度運動的偏見，但仍維護這一原則，只是把線速度相等換了個"面速度"相等。有了這個定律，可以計算任何時刻行星在軌道上的位置。這兩個重要的定律相繼發現後，編制星表一事便輕而易舉了。不僅"行蹤詭秘"的火星永遠逃不出星表的"囚籠"，馴服地沿開普勒給定的橢圓軌道運行，其餘各個行星也都相繼"被俘"。開普勒並不滿足已取得的成就，他感到自己遠遠沒有揭開行星運動的全部奧秘。他相信還存在著一個把全部行星系統連成一個整體的完整定律。然而，這次的成功來的很晚。十年後開普勒終於發表了他的行星運動第三定律：行星距離太陽越遠，它的運轉週期越長；運轉週期的平方與到太陽之間距離的立方成正比。開普勒三大定律對行星繞太陽運動做了一個基本完整、正確的描述，解決了天文學的一個基本問題。牛頓曾說過："如果說我比別人看得遠些的話，是因為我站在巨人的肩膀上。"雖然牛頓在說這句話的時候，本意是用來諷刺胡克長得比較矮小的，但是毫無疑問的，開普勒也的確是他所指的巨人之一。
開普勒三大定律
開普勒定律在天文學上有十分重大的意義：
首先，開普勒定律在科學思想上表現出無比勇敢的創造精神。在開普勒之前，人們對天體遵循完美的均勻圓周運動這一觀念，從未有人敢懷疑。開普勒卻毅然否定了它。這是個非常大膽的創見。
其次，開普勒定律徹底摧毀了托勒密的本輪系，把哥白尼體系從本輪的桎梏下解放出來，為它帶來充分的完整和嚴謹。開普勒找到了最簡單的世界體系，只用七個橢圓說就全部解決了。從此，不需再借助任何本輪和偏心圓就能簡單而精確地推算行星的運動。
第三，開普勒定律使人們對行星運動的認識得到明晰概念。它證明行星世界是一個勻稱的（即開普勒所說的"和諧"）系統。這個系統的中心天體是太陽，太陽位於每個行星軌道的焦點之一。行星公轉週期決定於各個行星與太陽的距離，與質量無關。
除了發現行星運動定律外，開普勒在天文學上還有別的貢獻。1627年，他刊佈了最後傑作--《路德福星表》。這是天文史上值得稱讚的一部星表，它的完備和準確度遠勝過前人。在以後的百餘年間，該表一直被天文學家和航海家們奉為至寶。
1630年由於好幾個月的薪俸都沒領到，他不得不親自前往正在舉行帝國會議的雷根斯堡索取。到達那裡後他突然發熱，幾天以後，在貧病交困中寂然死去，終年59歲。開普勒被葬於拉提斯本的聖彼得教堂，三十年戰爭的狂潮蕩平了他的墳墓，但是也已證明他的行星運動定律是一座比任何石碑都更為久佇長存的紀念碑。
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