開(kāi)普勒在1609年出版的《 新天文學(xué) 》中,發(fā)表了他頭兩條關(guān)于行星運(yùn)行的定律。在他1618年的作品《 哥白尼天文學(xué)概要 》(Epitome of Copernican Astronomy)中,成果更大幅增加,當(dāng)時(shí)他已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了他的第三定律。這些深刻的洞見(jiàn)如今被稱(chēng)為“開(kāi)普勒定律”,或簡(jiǎn)稱(chēng)為“行星運(yùn)行定律”:
1.行星依橢圓軌道運(yùn)行,太陽(yáng)則位于橢圓形的兩焦點(diǎn)之一。
2.從太陽(yáng)到行星間畫(huà)一條直線,在相同的時(shí)間間隔里,將掃出相同的面積。
3.行星繞太陽(yáng)一周所需時(shí)間的平方,與行星到太陽(yáng)的平均距離的三次方成正比。
第一定律將行星置回真實(shí)軌道。就像亞歷山大大帝一劍斬?cái)嗔烁叩匕怖K結(jié)(編者按:據(jù)說(shuō)無(wú)人能解開(kāi)的一個(gè)繩結(jié)),開(kāi)普勒憑著優(yōu)雅的一擊,斬?cái)嗔思m結(jié)人們2000年的理論與觀測(cè)之思想繩結(jié)。
開(kāi)普勒對(duì)第二定律感到相當(dāng)滿意。它以極美妙的方式,不期然地改變了自古以來(lái)認(rèn)為行星運(yùn)行速度始終一致的信念。開(kāi)普勒發(fā)現(xiàn),事實(shí)并非如此。行星離太陽(yáng)越遠(yuǎn),運(yùn)行速度就越慢;當(dāng)它越靠近太陽(yáng),速度就越快;行星的加速或變緩跟它和太陽(yáng)的距離呈完美的比例。
至于重要性毫不遜色的第三定律的發(fā)現(xiàn),則花了他20年時(shí)間。這條定律使天文學(xué)家有史以來(lái)首度能夠精準(zhǔn)地算出行星運(yùn)行軌道的相對(duì)大小。對(duì)于這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)的天體規(guī)律性,開(kāi)普勒感到相當(dāng)震驚。關(guān)于這點(diǎn)他寫(xiě)道:“上帝本人可不是也等待了將近6000年,才有人開(kāi)始嘗試?yán)斫馑淖髌穯???/p>
開(kāi)普勒的成就是如此深刻淵博,成就的過(guò)程是這么樣獨(dú)特與個(gè)性化,因而學(xué)者將他列為少數(shù)無(wú)人能取代的科學(xué)家之一。“就像其他少數(shù)偉大的科學(xué)家一樣,開(kāi)普勒也堪享此名,”天文學(xué)史家斯蒂芬森(Bruce Stephenson)寫(xiě)道,“也就是說(shuō),如果他沒(méi)有達(dá)成這些成就,那么很可能也沒(méi)有人能達(dá)成了?!奔古桑–harles Gillispie)也同樣感到敬畏:“他擁有人類(lèi)心智的偉大成就,其新意唯有相對(duì)論能相提并論,因?yàn)閮烧咄瑯痈淖兞丝茖W(xué)于大自然所發(fā)現(xiàn)的基本形態(tài)?!?/p>
開(kāi)普勒赤手空拳地發(fā)明了物理天文學(xué)(Physical Astronomy),他是第一位將天文學(xué)置于物理學(xué)基礎(chǔ)上的科學(xué)家。更特別的是,開(kāi)普勒的偉大發(fā)現(xiàn)卻是立足于錯(cuò)誤本質(zhì)的物理學(xué)理論?!霸撐锢韺W(xué)本質(zhì)上是謬誤的,因?yàn)樗狈ΜF(xiàn)代的慣性概念?!彼沟俜疑f(shuō)。開(kāi)普勒確實(shí)曾嘗試探索改良對(duì)重力的理解,他所達(dá)到的程度,是將重力視為同類(lèi)物體之間的吸引力;他甚至了解月球重力與潮汐之間的關(guān)聯(lián)。然而他并未瞥見(jiàn)重力在行星運(yùn)動(dòng)中的重要作用 —— 這點(diǎn)就要靠半世紀(jì)后的牛頓了。由于開(kāi)普勒智性上的誠(chéng)實(shí)以及對(duì)第谷觀測(cè)成果的尊敬,使他得以暫時(shí)擱置自己原本對(duì)太陽(yáng)系結(jié)構(gòu)所持的神秘概念,并超越原來(lái)對(duì)于促使行星運(yùn)行力量的謬誤想法,最終達(dá)到了真理?!澳切┪锢碓瓌t本身……幾乎在所有細(xì)項(xiàng)上都是錯(cuò)的,”斯蒂芬森寫(xiě)道,“但天文學(xué)的部分卻好得令人吃驚,前所未有的好?!?/p>
有趣的是,開(kāi)普勒從未放棄他那極度神秘的世界觀。1619年,他出版了《 宇宙和諧論 》(Harmonice Mundi),在書(shū)中他再度喚醒畢達(dá)哥拉斯之魂,企圖將幾何學(xué)、音樂(lè)、天文學(xué)與占星術(shù)聯(lián)結(jié)到基礎(chǔ)幾何比例之中——也就是世界的和諧。盡管開(kāi)普勒對(duì)于占星術(shù)的許多說(shuō)法持質(zhì)疑的態(tài)度,但他卻終生奉行,而且還相當(dāng)在行。毫無(wú)疑問(wèn)地,開(kāi)普勒的定律引導(dǎo)牛頓發(fā)現(xiàn)了正確的重力與慣性概念,但同樣無(wú)疑的是,在牛頓物理學(xué)打造出來(lái)的機(jī)械宇宙中,開(kāi)普勒也不會(huì)自在的。
至于開(kāi)普勒的私人生活,則毫無(wú)和諧可言。他處于宗教劇變的年代,經(jīng)常因?yàn)樽诮桃蛩囟峒?。路德教派一度拒絕他領(lǐng)受圣餐,后來(lái)天主教會(huì)則沒(méi)收了他的圖書(shū)館,強(qiáng)迫他的孩子去望彌撒。他第一任妻子和六個(gè)孩子相繼去世。1615年到1621年期間,他投入許多時(shí)間和資源協(xié)助他母親反擊有關(guān)她施行巫術(shù)的指控。他成功地幫她洗清了罪名,但她卻在幾個(gè)月后過(guò)世了。開(kāi)普勒自己也在1630年追隨他母親離開(kāi)人世,享年58歲,后來(lái)他的墳?zāi)挂苍?0年戰(zhàn)爭(zhēng)的兵荒馬亂中消失了。
開(kāi)普勒多才多藝,他聰明過(guò)人,自我鞭策,堅(jiān)毅能忍,具有強(qiáng)烈的自覺(jué)性。在其獨(dú)特天分的激發(fā)下,他終其一生都在黑暗與混沌中開(kāi)疆辟土,向我們揭示行星隨之起舞的優(yōu)雅和諧。我們對(duì)他虧欠甚深。