天上的立法者——開普勒

周鐵樓

開普勒(Johannes Kepler 1571-1630)是德國十七世紀著名的天文物理學家、數學家和哲學家,尤其在天文學方面做出了巨大的貢獻。十六世紀的丹麥天文學家布拉赫(Tycho Brahe)曾觀察行星繞日運行的情況,寫下了精確的記錄。開普勒對這些記錄分析多年,得出了三條行星繞日運行定律。這是突破性的成就,他因此被後世科學史家譽為「天上的立法者」。

開普勒不僅是一位偉大的科學家,也是一位敬虔的基督徒。他於1619年出版了《宇宙的和諧》一書,書中寫道:「上帝我們的主何其偉大,祂的能力超凡,祂的智慧沒有窮盡。」「我相信,唯有單單事奉主耶穌……祂是我們的避難所,是我們的安慰。」

開普勒的童年和求學時代

開普勒於1571年12月27日出生在德國黑林山邊一個叫魏爾的小鎮,家境貧寒。他是個早產兒,體質很差。四歲時曾患天花和猩紅熱,雖然僥倖死裡逃生,身體卻受到了嚴重的摧殘,視力衰弱,一隻手半殘。但開普勒身上有一種頑強的進取精神,一直堅持努力學習。比起他的同學,他需要付出多一倍的時間和心力才能夠完成中學的課程。1589年,18歲的開普勒考進了蒂賓根(Tubingen)大學,主修哲學及神學,同時兼讀數學及天文學。好學不倦的他,努力學習和研究,並於1593年畢業。他原打算在路德會當牧師,但因在數學方面天賦極高,備受注意,1594年奧地利格拉茨的路德會中學有數學老師去世,就聘用開普勒任教數學。在格拉茨,開普勒出版了第一部重要著作:《宇宙的神秘》。

開創近代天文學

布拉赫(Tycho Brahe)是同時期的天文學家,他花了許多年時間觀測火星,又把觀察所得詳盡記錄下來。布拉赫讀到《宇宙的神秘》一書後,認為作者開普勒在數學和天文學方面天資極高,於是邀請他到布拉格附近的伊澤拉(現今捷克共和國境內)做他的助手,一起工作。當時,開普勒遭到宗教歧視,不得不離開格拉茨,就接受了布拉赫的邀請。布拉赫死後,開普勒繼承了他未竟的事業。

開普勒利用布拉赫的火星觀測資料,研究天體的運動規律,再根據自己的觀察做出結論。他有數學天賦,也有堅強的意志和無窮的求知慾。在分析布拉赫的火星觀測數據時,開普勒做了7,200個複雜的運算,可見他的工作能力和耐力卓爾不群。他最終研究出火星繞太陽運行的軌道不可能是正圓,只能是橢圓,太陽則位於橢圓的兩個焦點之一,這樣才符合觀測結果。

開普勒的研究方法別開生面。他假設自己站在火星上觀看地球,並計算出地球運行的速度跟它與太陽的距離成反比。

開普勒終於明白,太陽不僅是太陽系的中心,它又像一塊大磁鐵,繞著太陽的軸心轉動,它的作用力影響著其他行星的運行。

開普勒的三條有關行星繞日運行的定律(發表在他1619年出版的《宇宙的和諧》一書中),為現代天文學立下根基:

一、每顆行星以橢圓形的軌道環繞太陽而運行;

二、行星接近於太陽時,運行較快;

三、任何兩個行星旋轉周期的平方數的比率,與它們各自離太陽距離的立方數的比率相等。

開普勒並不明白太陽控制行星繞它運行的作用力是甚麼力。大約70年後,牛頓發現太陽的作用力仍是太陽的引力。牛頓仔細分析開普勒的三條行星繞日運行的定律後,提出萬有引力理論。

開普勒1630年病逝於布拉格,享年58歲。

開普勒的宗教信仰

在開普勒發表行星繞日運行的三大定律的前一年,30年的宗教戰爭爆發。那段時期(1618-1648年),歐洲發生宗教屠殺和劫掠,死傷枕藉,德國更失去了三分之一的人口。開普勒的母親被控行巫術,最後得以死裡逃生。

開普勒是路德會信徒,一生受盡宗教迫害和歧視。由於不肯歸信羅馬天主教,他被迫離開格拉茨,落得一無所有。有人來遊說他改變信仰,但開普勒認為崇拜偶像和聖人是不對的。開普勒對宗教歧視深惡痛絕,他認為天體既然能和諧並存,人類也該和諧共處。他信念堅定,不把迫害當一回事。他說:「為了信仰,為了基督的榮耀,而要和許多弟兄一起受苦,忍受迫害和羞辱,撇下房屋、田地、朋友、家人,我感到無上光榮。」(參《開普勒傳》,恩斯特肯納著)

開普勒堅信三位一體的上帝,認為可見的受造宇宙反映了三位一體這個神聖的奧秘:天父上帝是中心;子基督是圓周;聖靈是介於兩者的空間(〈不列顛百科全書〉,英文版)。他本打算作神學家,後來知道上帝要他在天文學上研究和事奉,好使人知道「諸天述說上帝的榮耀」。

開普勒是人類歷史上十個最偉大的科學家之一,後來伽利略和牛頓等人的成就都建築在他的學問根基上。他留給世人極豐富的知識遺產,當中包括有名的開普勒定律(Kepler's Laws)。

開普勒的心態開放,做學問實事求是。當哥白尼發表學說,指出是地球繞著太陽運轉,而不是太陽繞地球運轉之時,所有的科學家都輕看他的學說,而開普勒是第一個公開接受和支持哥白尼學說的科學家,又是把物理學應用於天文學的第一人,故被稱為天文物理學之父。

開普勒成就非凡,但人生卻甚坎坷,除了因為信仰多次受逼迫逃亡外,他的髮妻和幾個孩子都比他早逝。在還沒成名的時候,他的學說不為當時的科學家,包括伽利略、笛卡兒等認同,甚至他的導師也反對他把物理應用在天文學上。不過困難並沒有將他打倒,他繼續努力,終於成就非凡。

開普勒熱愛上帝,他看到宇宙井然有序,就彷彿看到上帝的手。他尊重聖經的權威和默示,常說:「上帝啊,我正跟隨祢思想的方向思考。」他覺得研究科學就像研究上帝的創造一樣。每有發現就歌頌讚美上帝,覺得對上帝用於宇宙中的數學了解多了一點點。他在《宇宙的和諧》一書中開頭就說:

「我開始一個神聖的講述,對造物主至誠的歌頌……。我先自己學習,然後教導別人,祂(上帝)是多麼偉大,多麼智慧,多麼有能力,多麼美善!」

到了書的結尾,他也不忘讚美上帝,說:

「你們要讚美祂,稱頌祂的大德,日頭月亮,你們要讚美祂!放光的星宿,你們都要讚美祂!天上的天和天上的水,你們都要讚美祂!」

開普勒信靠上帝,卻是一點不迷信。他曾將星相學家的預言一一記錄下來,核對之下發現沒有一個能準確應驗,所以指出星相學不是科學,而是迷信。

—編輯室


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