約翰．克卜勒（Johannes Kepler,1571-1630），德國近代著名的天文學家、數學家、物理學家和哲學家。他以數學的和諧性探索宇宙，在天文學方面做出了巨大的貢獻。克卜勒是繼尼古拉斯·哥白尼(Nicholas Copernicus)之後第一個站出來捍衛太陽中心說(Heliocentricism)、並在天文學方面有突破性成就的人物，被後世的科學史家稱為“天上的立法者”。
基本介紹
- 中文名：約翰。克卜勒
- 外文名：Johannes Kepler
- 國籍：德國
- 出生日期：1571
- 逝世日期：1630
簡介,不幸的一生,克卜勒和天文學改革,克卜勒的光學成就,英雄,
簡介
約翰．克卜勒（Johannes Kepler,1571-1630），德國近代著名的天文學家、數學家、物理學家和哲學家。他以數學的和諧性探索宇宙，在天文學方面做出了巨大的貢獻。克卜勒是繼尼古拉斯·哥白尼(Nicholas Copernicus)之後第一個站出來捍衛太陽中心說(Heliocentricism)、並在天文學方面有突破性成就的人物，被後世的科學史家稱為“天上的立法者”。
不幸的一生
1571年12月27日，克卜勒出生在德國威爾的一個貧民家庭。他的祖父曾是當地頗有名望的貴族。但當克卜勒出生時，家道已經衰落，全家人就靠經營一家小酒店生活。克卜勒是一個早產兒，體質很差。他在童年時代遭遇了很大的不幸，四歲時患上了天花和猩紅熱，雖僥倖死裡逃生，身體卻受到了嚴重的摧殘，視力衰弱，一隻手半殘。但克卜勒身上有一種頑強的進取精神。他放學後要幫助父母料理酒店，但一直堅持努力學習，成績一直名列前茅。 1587年，克卜勒進入蒂賓根大學。這時候，新的不幸又降臨到他身上了，父親病故，母親被指控有巫術罪而入獄。生活不幸並未使他中止學業，他反而加倍努力學習。在大學學習期間，他受到天文學教授麥斯特林的影響，成為哥白尼學說的擁護者，同時對神學的信仰發生了動搖。克卜勒經常在大學裡和同學辯論，旗幟鮮明的支持哥白尼的立場。大學畢業後，克卜勒獲得了天文學碩士的學位，被聘請到格拉茨新教神學院擔任教師。後來，由於學校被天主教會控制，克卜勒離開神學院前往布拉格，與卓越的天文觀察家第谷一起專心地從事天文觀測工作。正是第谷發現了克卜勒的才能。在第谷的幫助和指導下，克卜勒的學業有了巨大的進步。第谷死後，克卜勒接替了他的職位，被聘為皇帝的數學家。然而皇帝對他十分慳吝，給他的薪俸僅僅是第谷的一半，還時常拖欠不給。他的這一點點收入不足以養活年邁的母親和妻兒，因此生活非常困苦。但克卜勒卻從未中斷過自己的科學研究，並且在這種艱苦的環境下取得了天文學上的累累成果。 1611年，皇帝魯道夫二世被其弟逼宮退位。克卜勒也從此結束了御用數學家的生涯。1612年，克卜勒被聘到奧地利林茨的一所大學任教兼作繪製地圖的工作。由於校方拖欠薪金，克卜勒一家生活拮据。1913年，克卜勒的妻子病故，他又與一個貧家女子成婚，生活依然處在艱難困苦中。1618年，三十年戰爭爆發，克卜勒被迫離開林茨，前往義大利波倫那大學任教。即使在這樣顛沛流離的環境下，克卜勒依然以不捨的精神和緊張的勞動去攻克天文學上的難關。
晚年的克卜勒堅持不懈地同唯心主義的宇宙論作鬥爭。1625年，他寫了題為《為第谷 o 布拉赫申辯》的著作，駁訴了烏爾蘇斯對第谷的攻擊，因而受到了天主教會的迫害。天主教會將克卜勒的著作列為禁書。1626年，一群天主教徒保圍了克卜勒的住所，揚言要處決他。後來，克卜勒因為曾擔任皇帝的數學家而倖免遇難。
1630年11月，因數月未得到薪金，生活難以維持，年邁的克卜勒不得不親自到雷根斯堡索取。不幸的是，他剛剛到那裡就抱病不起。1630年11月15日，克卜勒在一家客棧里悄悄地離開了世界。他死時，除一些書籍和手稿之外，身上僅剩下了7分尼（1馬克等於100分尼）。
克卜勒被葬於拉提斯本聖彼得堡教堂，戰爭過後，他的墳墓已當然無存。但他突破性的天文學理論，以及他不懈探索宇宙的精神卻成為了後人銘記他的最好的豐碑。 二．克卜勒早期的科學研究
早期的克卜勒深受柏拉圖和畢達哥拉斯神秘主義宇宙結構論的影響，以數學的和諧性去探索宇宙。他用古希臘人已經發現的五個正多面體，跟當時巳知的六顆行星的軌道套迭，從而解釋了太陽系中包括地球在內恰好有六顆行星以及它們的軌道大小的原因。他把這些結論整理成書發表，定名為《宇宙的秘密》(Mysterium cosmographicum, or The Mystery of the Universe)。這個構想雖帶有神秘主義色彩，但卻也是一個大膽的探索。
克卜勒在天文學研究方面的天賦，是被第谷獨具慧眼地發現的，第谷是當時最卓越的天文觀察家，他測量了無數恆星的位置和行星的運動。發現了許多新的現象，如黃赤交角的變化、月球運行的二均差，以及歲差的測定等。第谷最大的天文學成就就是發現了克卜勒。第谷在臨終前將自己多年積累的天文觀測資料全部交給了克卜勒，再三叮囑克卜勒要繼續他的工作，並將觀察結果出版出來。克卜勒接過了第谷尚未完成的研究工作。 後來，克卜勒在伽利略的影響下，通過對行星運動進行深入的研究，拋棄了柏拉圖和畢達哥拉斯的學說，逐步走上真理和科學的軌道。
克卜勒和天文學改革
對火星軌道的研究是克卜勒重新研究天體運動的起點。因為在第谷遺留下來的數據資料中，火星的資料是最豐富的，而哥白尼的理論在火星軌道上的偏離最大。開始，克卜勒用正圓編制火星的運行表，發現火星老是出軌。他便將正圓改為偏心圓。在進行了無數次的試驗後，他找到了與事實較為符合的方案。可是，依照這個方法來預測衛星的位置，卻跟第谷的數據不符，產生了8分的誤差。這8分的誤差相當於秒針0.02秒瞬間轉過的角度。克卜勒知道第谷的實驗數據是可信的，那錯誤出在什麼地方呢？
正是這個不容忽略的8分使克卜勒走上了天文學改革的道路。他敏感的意識到火星的軌道並不是一個圓周。隨後，在進行了多次實驗後，克卜勒將火星軌道確定為橢圓，並用三角定點法測出地球的軌道也是橢圓，斷定它運動的線速度跟它與太陽的距離有關。
1609年，克卜勒出版了《新天文學》(Nova Astronomia)一書，提出了著名的克卜勒第一和第二定律。而克卜勒第三定律則是在1619年出版的《宇宙諧和論》(Harmonice mundi, or Harmonies of the World)中提出的。
克卜勒第一定律是：所有行星繞太陽運轉的軌道是橢圓的，其大小不一，太陽位於這些橢圓的一個焦點上。
克卜勒第二定律這樣斷定：向量半徑（行星與太陽的連線）在相等的時間裡掃過的面積相等。由此得出了以下的結論：行星繞太陽運動是不等速的，離太陽近時速度快，離太陽遠時速度慢。這一定律進一步推翻了唯心主義的宇宙和諧理論，指出了自然界的真正的客觀屬性。
克卜勒第三定律：行星公轉周期的平方與行星和太陽的平均距離的立方成正比。這一定律將太陽系變成了一個統一的物理體系。
哥白尼學說認為天體繞太陽運轉的軌道是圓形的，且是勻速運動的。克卜勒第一和第二定律恰好糾正了哥白尼的上述觀點的錯誤，對哥白尼的日心說做出了巨大的發展，使"日心說"更接近於真理。更徹底地否定了統治千百年來的托勒密地心說。克卜勒還指出，行星與太陽之間存在著相互的作用力，其作用力的大小與二者之間的距離長短成反比。
克卜勒不僅為哥白尼日心說找到了數量關係，更找到了物理上的依存關係，使天文學假說更符合自然界本身的真實。克卜勒在完成三大定律時曾說道：“這正是我十六年前就強烈希望探求的東西。我就是為了這個目的同第谷合作的……現在大勢已定！書已經寫成，是現在被人讀還是後代有人讀，於我卻無所謂了。也許這本書要等上一百年，要知道，大自然也等了觀察者六千年呢！”
克卜勒的光學成就
不僅在天文學上，克卜勒在在光學領域的貢獻也是非常卓越的。他是近代光學的奠基者。他研究了小孔成像，並從幾何光學的角度加以解釋說明。他指出光的強度和光源的距離的平方成反比。克卜勒研究過光的折射問題，認為折射的大小不能單單從物質密度的大小來考慮。例如油的密度比水的密度小，而它的折射卻比水的折射大。1611年，克卜勒發表了《折光學》一書，闡述了光的折射原理，為折射望遠鏡的發明奠定了基礎。他最早提出了光線和光束的表示法，還成功地改進瞭望遠鏡。克卜勒還對人的視覺進行了研究，糾正了以前人們所認為的視覺是由眼睛的發射出光的錯誤觀點。他認為人看見物體是因為物體所發出的光通過眼睛的水晶體投射在視網膜上，並且解釋了產生近視眼和遠視眼的原因。
英雄
克卜勒所處的年代正值歐洲從封建主義社會向資本主義社會轉變的時期。在科學與神權的鬥爭中，克卜勒堅定地站在了科學的一邊，用自己孱弱的身體、艱苦的勞動和偉大的發現來挑戰封建傳統觀念，推動了唯物主義世界觀的發展，使人類科學向前跨進了一大步。馬克思高度評價了克卜勒的品格，稱他是自己所喜愛的英雄。
