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第56章 开普勒 天空立法者的传奇人生与科学贡献（第1页）

一、早年及求学时期约翰内斯·开普勒于1572年1月6日（儒略历1571年12月27日）出生在神圣罗马帝国的威尔德斯达特，这是一个位于今天德国巴登-符腾堡州的小城，距离斯图加特市中心约30公里。开普勒出生在一个已经日渐衰落的家庭，他的祖父西博尔德·开普勒曾是这个城镇的市长，但到了开普勒出生时，家族的财富和地位已大不如前。开普勒的父亲海因里希·开普勒为了谋生，成为了一名雇佣兵，当开普勒5岁时，海因里希离开了家庭，据说后来在荷兰的八十年战争中丧生。开普勒的母亲凯瑟琳娜·古尔登曼是一位旅店老板的女儿，同时也是一名医生和草药商。开普勒是早产儿，童年时体弱多病，但他的数学天赋却常常让外祖父旅馆里的客人感到惊讶。开普勒从小对天文学产生了浓厚的兴趣。6岁时，他目睹了1577年的大彗星，这次经历给他留下了深刻的印象，他后来回忆说，他“被妈妈带到一处高地看彗星”。9岁时，他又观察到了1580年的月食，并记录道他记得自己被“叫到门外”看月食，月亮“看起来非常红”。然而，童年时患上的天花使他的视力受损，双手也有残疾，这在一定程度上限制了他进行天文观测的能力。尽管身体条件不佳，开普勒依然展现出了非凡的学术才华。1589年，他进入了图宾根大学的图宾根神学院，开始接受系统的教育。在图宾根神学院，他师从维塔斯·穆勒学习哲学，跟随雅各布·黑尔布兰德学习神学。雅各布·黑尔布兰德是菲利普·梅兰希通在威登堡的学生，而迈克尔·马斯特林则在1590年成为图宾根大学的校长。马斯特林不仅是开普勒的老师，也是哥白尼日心说的坚定支持者。在马斯特林的引导下，开普勒接触到了托勒密的地心说和哥白尼的日心说。通过对这两种体系的深入研究，开普勒逐渐成为了哥白尼日心说的坚定支持者。在图宾根大学，开普勒不仅在学术上取得了显着成就，还在占星术方面展现了惊人的才能。他经常为同窗占星，赢得了广泛的好评。尽管他内心深处渴望成为一名牧师，但命运却将他引向了另一条道路。1594年，即将完成学业的开普勒被推荐担任格拉茨新教学校的数学与天文学教师。面对这一突如其来的机遇，开普勒犹豫不决，但他最终决定接受这一职位，希望能在教学中继续追求自己的科学梦想。1594年4月，年仅23岁的开普勒正式开始了他在格拉茨的教学生涯。二、与芭芭拉·穆勒的婚姻1595年12月，约翰内斯·开普勒被介绍给了一位名叫芭芭拉·穆勒（barbarauller）的23岁寡妇。芭芭拉是一位带着幼小女儿吉玛·德威纳维尔德（avandvijneveldt）的年轻女性，她已经结过两次婚。穆勒不仅继承了她前两任丈夫的财产，还是一位成功磨坊老板的女儿，拥有一定的社会地位和经济实力。开普勒在被介绍给芭芭拉后，很快就开始向她求爱。尽管开普勒出身于一个曾经显赫的家族，他的祖父西博尔德·开普勒曾是威尔德斯达特的市长，但到开普勒这一代，家族的财富和地位已经大不如前。开普勒本人虽然在学术上表现出色，但在经济上却相当贫困。因此，当开普勒向芭芭拉求婚时，她的父亲约布斯特（jobstuller）最初表示反对。约布斯特认为，尽管开普勒有着高贵的身份，但他的贫困使他与芭芭拉不般配。开普勒的贫困状况确实是一个现实问题，因为他当时的收入主要来自他在格拉茨新教学校的教职，这远远不足以支撑一个家庭的生活。然而，开普勒并没有放弃。他在1596年完成了他的第一本重要着作《宇宙的奥秘》（ysteriusographicu），并在同年出版。这本书为他赢得了声誉，也使他的学术地位得到了提升。约布斯特看到开普勒在学术上的成就后，开始动了怜悯之心，对这桩婚事的态度有所软化。但是，婚约的进展并不顺利，因为开普勒在书的出版过程中需要处理许多事务，这使得他不得不频繁外出，导致婚约一度濒临破裂。幸运的是，帮忙说媒的教会官员介入了这场纠纷。他们认为这桩婚事对双方都有好处，因此施加压力，迫使穆勒一家遵守他们的协议。最终，经过一番波折，开普勒和芭芭拉的婚事得以成行。1597年4月27日，他们在格拉茨举行了婚礼，正式结为夫妻。婚后，开普勒和芭芭拉的生活并不平静。他们在婚姻的早年面临了许多挑战。1597年，他们的第一个孩子海因里希（herich）出生，但不幸的是，海因里希在襁褓中夭折了。1598年，他们的第二个孩子苏珊娜（sanna）出生，同样也在婴儿期夭折。这对年轻的夫妇深受打击，但他们的关系也因此更加牢固。开普勒在学术上的不断进步，也为家庭带来了更多的希望。小主，这个章节后面还有哦，，后面更精彩！1602年，他们的第三个孩子，女儿苏珊娜（sanna）出生，这次孩子健康地成长起来。1604年，他们的第四个孩子，儿子弗里德里希（friedrich）出生。1607年，他们的第五个孩子，另一个儿子也出生了。尽管生活中的困难重重，但开普勒和芭芭拉的努力和坚持使他们的家庭逐渐稳定下来。三、格拉茨时期的研究《宇宙的奥秘》出版后，开普勒在格拉茨新教学校督导的支持下，开始了雄心勃勃的计划，旨在进一步发展和完善他的作品。他计划编写四部新的书籍：第一部关于宇宙的静止天体（太阳和固定的恒星）；第二部关于行星及其运动；第三部关于行星的物理属性与地理特征的形成（特别侧重于地球）；第四部关于天空对地球的影响，涵盖大气光学、气象学和占星术。这一系列计划显示了开普勒对天文学和相关领域的全面兴趣和深入研究的决心。为了实现这些目标，开普勒积极收集了许多他曾赠送《宇宙的奥秘》的天文学家们的意见。其中，鲁道夫二世的皇家数学家瑞玛奴斯·乌尔苏斯（reiarurs），又名尼古拉斯·赖默斯·柏尔（nireirsb?r），是第谷·布拉赫的激烈竞争对手。乌尔苏斯没有直接回复开普勒，而是重新发表了开普勒的奉迎信，以寻求在与第谷关于第谷体系争论中的优势。尽管这一行为给开普勒带来了一些负面影响，但第谷还是开始与开普勒通信，一开始便对开普勒的体系进行了严厉但合理的批判。在第谷的批评中，他特别指出了开普勒使用哥白尼不准确的数据的问题。第谷认为，只有通过更精确的观测数据，才能验证和改进现有的天文学理论。通过书信往来，第谷和开普勒就广泛的天文学问题进行了深入讨论，特别是关于月相和哥白尼学说的神学活力。然而，由于缺乏第谷天文台提供的更精确的数据，开普勒在许多议题上无法取得突破。面对数据不准确性的限制，开普勒将精力转向了年代学和“和谐”研究，即音乐、数学及物质世界之间的命理关系，以及它们的占星结果。他假设地球拥有某种精神（一种他后来用于解释太阳引起行星运动的属性），并建立了一个将占星内容和天文距离与天气及其他地球现象联系起来的推测系统。这一时期的开普勒不仅在天文学领域进行探索，还尝试将占星术与天文学结合起来，以期找到更深层次的自然规律。然而，到了1599年，开普勒的工作受到了多重挑战。一方面，数据的不准确性严重限制了他的研究进展；另一方面，不断增长的宗教紧张气氛威胁到了他在格拉茨的工作。1599年底，第谷邀请开普勒前往布拉格会面。开普勒意识到这是一个难得的机会，可以借助第谷的资源和数据来解决他面临的哲学、社会和经济问题。因此，1600年1月1日，甚至在他收到正式邀请函之前，开普勒就启程前往布拉格。四、效力于第谷·布拉赫1600年2月4日，约翰内斯·开普勒在伊泽拉河畔贝纳特基（距离布拉格约35公里）见到了第谷·布拉赫及其助手弗朗茨·滕纳格尔（franztengnal）与朗高蒙田纳斯（christens?rensenlongoontan）。伊泽拉河畔贝纳特基是第谷的新天文台所在地。开普勒以客人的身份在这里住了两个月，期间他分析了第谷的一些火星观测数据。第谷对开普勒的理论思想印象深刻，但对他的数据保护得非常严格。尽管如此，第谷还是逐渐给了开普勒更多的接近空间，让他能够更深入地研究这些珍贵的观测数据。开普勒计划利用火星数据来测试他在《宇宙的奥秘》中的理论，但他预计这项工作将花费两年时间，因为第谷不允许他简单地复制数据。在约翰内斯·杰森纽斯（johannesjesseni）的帮助下，开普勒尝试与第谷协商一个更为正式的雇佣安排，但协商在激烈的争吵中破裂。于是，开普勒在4月6日前往布拉格。然而，不久之后，开普勒和第谷很快就和解了，并最终就工资和生活安排达成了协议。6月，开普勒回到格拉茨去接他的家人。然而，格拉茨的政治和宗教紧张局势使开普勒无法立即回到第谷的天文台工作。为了继续他的天文学研究，开普勒以数学家的身份向斐迪南大公（archdukeferdand）寻求了一份工作。为此，他专门写了一篇文章给斐迪南，提出了一个月球运动力学理论：“地球上有一种力量，引起了月球的运动。”虽然这篇文章并未使他在斐迪南宫廷获得职位，但详细介绍了一种测量月食的新方法。开普勒将这种方法应用于1600年7月10日格拉茨的月食天象，这些观察成了他进行光学规律探索的基础。他后来在《天文学的光学需知》（astronoiaeparsoptica）中详细阐述了这些研究成果，这是他光学探索的顶峰。，！1600年8月2日，开普勒和他的家人因拒绝皈依天主教而被驱逐出格拉茨。几个月后，开普勒及他的家人来到了布拉格。几乎整个1601年，开普勒都得到了第谷的直接资助。第谷安排他分析行星观测结果，并编写反对对手乌尔苏斯的小册子。尽管第谷对开普勒的才华十分赏识，但他的突然离世却给开普勒的未来带来了不确定性。1601年10月24日，第谷出人意料地逝世了。两天后，开普勒被委任为第谷的继任者，担任皇家数学家，负责完成第谷未完成的工作。第谷在去世前曾提议编纂新的星表《鲁道夫星表》，以取代伊拉斯谟·赖因霍尔德（erasrehold）所作的《普鲁士星表》。开普勒被委任为这一项目的合作者，负责继续这项重要工作。五、皇帝鲁道夫二世的顾问作为皇家数学家，约翰内斯·开普勒的主要职责是向皇帝鲁道夫二世提供占星术方面的建议。尽管开普勒对同时代占星家对未来或特定神学事件进行准确预言的努力持怀疑态度，但他在图宾根大学求学期间就已经展示出极高的占星水平，深受朋友、家人和赞助人的欢迎。在布拉格，开普勒不仅为盟国和外国领导人占星，还经常在皇帝遇到政治麻烦时提供咨询建议。鲁道夫二世对许多宫廷学者的工作有着积极的兴趣，尤其是对炼金术士的研究，他也密切关注开普勒在物理天文学方面的工作。鲁道夫二世是一位对科学和艺术充满热情的皇帝，他的宫廷聚集了许多当时最杰出的学者和艺术家。尽管布拉格正式认可的宗教教义是天主教和主稳健派，但开普勒凭借他在宫廷的地位，可以自由地信仰路德教而不受阻碍。这一点对开普勒来说非常重要，因为他的宗教信仰一直是他生活中的一个重要部分。尽管皇帝名义上为开普勒及其家庭提供了丰厚的收入，但由于皇家国库开支过度，实际获得足够的资金以应对经济负担仍然需要不断争取。这部分经济困难对开普勒的家庭生活造成了很大的影响。他和妻子芭芭拉的关系并不总是和睦的，家庭生活中经常出现争吵和疾病。芭芭拉的健康状况一直不佳，加上孩子们的频繁生病，使开普勒在家庭和工作之间倍感压力。然而，宫廷生活也为开普勒带来了许多宝贵的机会。他有机会与其他着名学者接触，这些学者包括约翰内斯·马修斯·瓦克·瓦克亨菲尔斯（johannesatth?wackhervonwackhenfels）、乔斯特·伯奇（jostburgi）、大卫·法布里希斯（davidfabrici）、马丁·巴查杰克（bachazek）以及约翰内斯·布伦格（johannesbrengr）。这些学者的交流和合作极大地促进了开普勒的天文学研究。例如，乔斯特·伯奇是一位杰出的数学家和钟表制造者，他发明了对数尺，这为开普勒的计算工作提供了极大的便利。大卫·法布里希斯是一位天文学家，他发现了米哈伊尔星（ira），并与开普勒保持密切的通信，分享观测数据。马丁·巴查杰克和约翰内斯·布伦格也在不同的领域对开普勒的研究给予了支持和帮助。在这样的环境中，开普勒的天文学工作进展迅速。1609年，他发表了《新天文学》（astronoianova），在这本书中提出了行星运动的第一定律（轨道定律）和第二定律（面积定律）。他指出，行星绕太阳运动的轨道是椭圆形的，太阳位于椭圆的一个焦点上；行星在轨道上运动时，连接行星和太阳的直线在相等的时间内扫过的面积相等。这两条定律彻底改变了人们对行星运动的理解，为后来的科学研究奠定了基础。1619年，开普勒在《宇宙谐和论》（haronicesundi）中发表了行星运动的第三定律（周期定律）。他指出，行星公转周期的平方与其轨道半长轴的立方成正比。这一定律不仅适用于太阳系内的行星，还适用于其他天体系统，如行星-卫星系统和双星系统。开普勒的这三大定律最终使他赢得了“天空立法者”的美誉。此外，开普勒在光学和数学领域也做出了重要贡献。1604年，他发表了《光学》（astronoiaeparsoptica），在这本书中，他详细研究了光线的传播和折射规律，提出了透镜成像的原理，为现代光学的发展奠定了基础。他还发明了一种改进的望远镜，被称为“开普勒望远镜”，这种望远镜使用两个凸透镜，比伽利略望远镜具有更大的放大倍数和更宽的视野。六、家庭不幸1611年，布拉格的政治与宗教紧张关系达到了白热化的程度。皇帝鲁道夫二世的健康状况也在衰退，被他的弟弟马蒂亚斯逼迫退位，失去了波西米亚王国国王的职位。在这种动荡的局势中，鲁道夫二世和马蒂亚斯都寻求开普勒的占星术建议。开普勒利用这个机会向他们提出了和解的政治建议，尽管这些建议与星象关系不大，主要是劝阻双方采取激烈行动的一般陈述。然而，很明显，开普勒在马蒂亚斯宫廷的前景已经变得黯淡。，！与此同时，开普勒的家庭也遭受了一系列不幸。1611年，他的妻子芭芭拉感染了匈牙利斑疹热，病情突然发作。当芭芭拉正在康复时，开普勒的三个孩子都患了天花。其中，年仅6岁的儿子弗里德里希最终夭折，这对开普勒和芭芭拉来说是一个巨大的打击。面对家庭的悲痛和个人前途的不确定，开普勒开始寻找新的出路。他写信给纽伦堡和帕多瓦的潜在赞助人，希望能够找到更好的工作机会。图宾根大学担心开普勒已经接触了违反《奥格斯堡信纲》与《协同信条》的加尔文主义异端学说，因此阻止他回归。而帕多瓦大学在即将去世的伽利略的推荐下，希望开普勒能够填补数学教授职位的空缺。然而，开普勒不愿意让他的家庭离开德国的领土，因此他选择了奥地利的林茨，确定在这里担任教师和教区数学家。然而，芭芭拉的病情再次复发。当开普勒回到家中时，芭芭拉的病情已经非常严重，不久后便去世了。七、皇帝马蒂亚斯的重新聘用开普勒推迟了搬到林茨的计划，继续留在布拉格直到鲁道夫二世于1612年初去世。同时遭遇了政治剧变、宗教紧张以及家庭悲剧（以及关于他妻子财产的法律纠纷），开普勒无法继续做研究。所以他将他的书信及早期的作品拼凑成了一份编年手稿《编年纪选集》（eclogaechronicae）。在马蒂亚斯继任神圣罗马帝国皇帝之后，马蒂亚斯重新确认了开普勒皇家数学家的职位（及薪奉）并允许他搬到林茨。八、林茨的开普勒雕像在林茨，开普勒的主要职责是在教区学校任教并提供占星术和天文学服务。在那里的头些年，相比在布拉格的生活，他的经济条件更宽松，宗教更自由，虽然鉴于他神学上的顾虑，路德会教堂禁止他参加圣餐。公元1613年，他在林茨发表的第一部作品为《德维罗纪元》，该作品对耶稣诞生的年份进行了进一步的阐释。他还参加审议，确定是否将教宗格列高利十三世（popegregoryxiii）的改革历法引入德国的新教徒地区。同年，他还写了影响巨大的数学着作《求酒桶体积之新法》（novastereotriadolioruvarioru）。该着作发表于1615年，介绍了测量容器容积的方法，如酒桶[3]。九、第二段婚姻1613年10月30日，开普勒娶了24岁的苏珊娜·罗伊特林格（sannareuttr）。在其第一任妻子芭芭拉死后，开普勒在两年间已经考虑了11个不同的对象（做决定的过程后来成了婚姻问题）[13]。他最终回过头来选择了罗伊特林格（第五个对象）。开普勒曾写道，“她用爱、谦逊的忠诚、节俭持家、勤劳及给继子们的爱俘获了我”。他这段婚姻的前三个孩子格丽塔·里贾纳（argaretarega）、凯塔琳娜与西博尔德（sebald）在童年时代就夭折了。另外三个孩子存活下来并长大成人：克尔杜拉（rdu，生于1621年）、弗里德曼（fridar，生于1623年）、希尔伯特（hildebert，生于1625年）。根据开普勒传记的作者，开普勒这段婚姻比第一段幸福[3]。十、经济纠纷及母亲的巫审案1615年，一个与开普勒的弟弟克利斯朵夫（chrish）产生经济纠纷、名叫厄休拉·莱因戈尔德（ursuregold）的女子，声称开普勒的母亲卡塔琳娜用一种邪恶的饮料致使她生病。之后，争吵升级。1617年，卡塔琳娜被控施行巫术，女巫审判在该时期的中欧非常普遍。从1620年8月开始，她被囚禁了14个月。1621年10月，她被释放，一部分原因是开普勒所进行的广泛的法律辩护。原告没有证据，只有谣言。卡塔琳娜遭受了言语恫吓（形象描述等待她的、施予女巫的折磨），以最终逼迫她认罪。在这次审判期间，开普勒推迟了他的其它工作，转而专注于他的“和谐理论”，并在1619年发表了他的作品《世界的和谐》。[3]十一、不成功的历法作为《鲁道夫星表》及其相关星表的副产品，开普勒发表了天文历法，这套历法非常受欢迎，并抵消了他创作其它作品的费用，特别是当皇家国库的资助被中止后。根据他的历法，1617年-1624年间的6年中，开普勒预测了行星位置和天气以及政治事件，后者经常非常准确，得益于他敏锐的掌握了那个时期政治与神学的紧张关系。然而到1624年，紧张关系的升级以及预言的不准确意味着给开普勒自身带来的政治麻烦，他最后的历法在格拉茨被公开烧毁。[3]十二、三十年战争与晚年神圣罗马帝国皇帝马蒂亚斯（1612年～1619年在位）企图在波希米亚（今捷克）恢复天主教，指定斐迪南二世为波希米亚国王。斐迪南二世下令禁止布拉格新教徒的宗教活动，拆毁其教堂，并宣布参加新教集会者为暴民。1618年5月23日，武装暴徒冲进王宫，把皇帝的钦差从窗口抛入壕沟，史称“掷出窗外事件”，三十年战争正式开始。1628年，随着皇帝斐迪南二世（ferdandii）的军队在华伦斯坦将军的指挥下获得军事上的胜利，开普勒成为华伦斯坦的官方顾问。虽然本质上不是将军府的占星家，但是开普勒为华伦斯坦的占星家们提供天文学计算，并偶尔为华伦斯坦本人撰写天宫图。在他生命的最后几年，开普勒花了很多时间旅行，从布拉格皇宫到林茨，从乌尔姆到萨根临时的家，以及最后到雷根斯堡。到雷根斯堡不久以后，开普勒就患病了。他于1630年11月15日去世，并安葬在那里，之后墓地被瑞典军队毁坏。：（）古代历史着名人物