第21章 开普勒

约翰内斯·开普勒(1571年12月27日-1630年11月15日)是德国的天文学家和数学家,他在科学革命中扮演了关键角色。开普勒最为人知的贡献是提出了描述行星运动的三大定律,这些定律不仅改变了天文学,还为物理学的发展奠定了基础。

开普勒的第一定律,也称为椭圆定律或轨道定律,指出每一行星沿各自的椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点上。这一发现颠覆了之前认为天体运行轨道是完美圆形的观点,对亚里士多德派与托勒密派的天文学理论构成了巨大挑战。

开普勒的第二定律,也称为面积定律,表明行星在相等的时间间隔内扫过的面积相等,这意味着行星在靠近太阳时运动速度较快,在远离太阳时运动速度较慢。

第三定律,也称为调和定律,描述了行星轨道周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。这一定律为后来牛顿的万有引力定律提供了重要的前提。

开普勒的研究方法包括精确的天文观测、数学方法的巧妙运用、归纳与演绎相结合的方法以及实验验证与修正。他通过对第谷等前辈天文学家的观测数据进行深入研究,积累了丰富的天文观测资料,这些资料为他发现行星运动的规律提供了有力的支持。

开普勒的科学方法论对后来的科学研究产生了深远的影响。他首先从天文观测数据中归纳出行星运动的经验规律,然后通过演绎推理将这些规律推广到更广泛的天体运动中。这种方法不仅使他的研究更加系统和深入,还为后来的科学研究提供了重要的方法论启示。

开普勒的一生是与贫穷和疾病斗争的一生,但他的工作不仅推动了天文学的发展,也为牛顿后来想出的万有引力定律提供了极其重要的前提。牛顿曾说:“如果我能比别人看得更远的话,这是因为我是站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所提到的巨人之一。