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开普勒发现行星运动三定律的学术背景探析

[摘要]开普勒发现了行星运动三定律,建立了世界公认的最简单、完美的太阳

系结构模型,也导致了牛顿的万有引力定律发现。他在第一次科学革命中卓越的

功勋可与伽利略、牛顿等人相辉映,但他和他的成就长期以来未受到学术界应有

的重视,这使复兴时期的科学史蒙上了迷雾。

[关键词]开普勒行星运动三定律哥白尼

一、开普勒和他的行星运动三定律

行星运动三定律是西欧文艺复兴时期极为瑰丽的重大科学成果。这是科学奇

才开普勒在贫病交加、颠沛流离的一生中以其长期辛勤的天文观测计算和苦思苦

想中取得的。他最先发现了第二定律,然后才确定第一定律,历经九年,于1609年

在《新天文学》一书中同时发表;十年之后他又在《世界和谐论》一书中发表了

苦钻22年之久的第三定律。

第一定律叙述了行星轨道形状和太阳的位置;第二定律可通过简单几何作图

指明行星运行的空间是指向太阳的中心力场;第三定律可直接推导出这中心场与

距离的函数关系是平方反比关系。显而易见,若没有这行星运动三定律,就不可能

有世界公认的最简单完美的太阳系结构模型和牛顿的万有引力定律。

任何学术成果都不会是”横空出世”的,总有它的主客观根据,客观根据除了社

会背景和需求外,最直接的便是内在的学术背景。主观因素是个人的才能和思想

气质,有时还要加上个人机遇。本文只就一般科学史册上很少提及而相当关键的

学术背景资料作一点粗浅的探析。

三百多年来科学界成功地利用了开普勒的研究成果,却忽视了他本人;甚至因

其有“神秘主义思想”而贬低他和他的学术成就。在这种事情的记录中的最早的一

例是有关伽利略的,1597年秋开普勒托人从德国专程送两部《宇宙的奥秘》新著

给伽利略,请他回一封评论性的长信,可他只读了一下前言,便因书中的数学神秘

主义色彩太浓而不耐心读完,丢下后面精彩的内容而蔑视之,不予回信。在开普勒

同时代的人和他死后三百多年的学术界中未曾有人对他的坎坷一生和奋斗经历

给予同情和理解,对他的学术思想和成就深入调研,给以公允评价的。他的行星运

动三定律还是后来被牛顿发掘出来公布于世的。不过牛顿对于他的学术成就同样

也不够尊重,在其《自然哲学的数学原理》第Ⅰ、Ⅱ两卷中根本不提开普勒之名,

在其引进行星运动三定律时却不指出发现者姓名地提到了“3/2方关系的行星运

动现象”而将,第一与第二定律竟然说成是“哥白尼的假设”。而后来牛顿在1636

年7月14日(《原理》初版付印前)在给哈雷的信中才主动承认“万有引力的平方

反比规律是我约于20年前从开普勒定律中获得的”。

开普勒的原著连同几部散稿随录汇编本虽有二十多部,但在20世纪以前只有

零星出版,直到进入20世纪,这些原著和开普勒传记及评论才相继问世,开普勒极

其著作受到国际学术界广泛而深入的重视是近五十年的事。

开普勒起初深深执着于神灵、星相术和数学神秘主义,以后竟倾心与机械唯

物宇宙观了。问题的关键就在于人们不明白为什么这样一位迷醉于非科学的神秘

主义神学、星相术和形而上学的学者却最终能够取得重大成果,并为近代科学开

创了新的局面?这真是一个值得探讨的问题。

著名科学史学者杰罗姆(JeromeR.Ravetz)说的令人信服,他说,17世纪科学思

想的发展总而言之是“从早前时代有生命的宇宙观向着无生命的(机械的)宇宙观

的转变”。在此时期科学家的宇宙观跨越中古与近代的情况是相当普遍存在的,在

他们的头脑中,唯心观点与唯物观点并存;巫术、占卜、神学、形而上学与科学并

存;自然哲学的思维活动与近代实验精神并存。开普勒就是最典型的一位。美国

哈佛大学物理学教授赫尔顿G.Holton说过:这“种特点不仅是开普勒个人性格上和

心理上的癖性,也反映了17世纪初期为使近代科学崛起而进行斗争的各个方面。

今天我们也许认为相互排斥的学术概念在近代科学兴起时倒是相辅相成的各个

侧面。他的物理学失败了,马上就用形而上学来挽救;当他用以解释天文观测记录

的机械模型垮台了,就马上抬出数学模型来,在其边界上还有神学公理从中支持。”

二、开普勒在哥白尼学说的基点上前行

1.哥白尼的《天体运行论》是开普勒发现行星运动三定律在早期的主要学术

背景

开普勒在图宾根大学和神学研究院读书时,讲授天文学的麦斯林教授是哥白

尼学说不公开的信徒,他向开普勒不遗余力的介绍哥白尼,使他受益匪浅。

哥白尼学说的主要假设有三:(1)太阳在诸行星轨道居中不