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数理化通俗演义 作者:梁衡-第章

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庋晃痪ǖ墓鄄庹摺U�8分决不敢忽视,我决心从这里打开缺口,改革以往所有的体系。”



  “既然第谷的那许多观测都是对的,为什么他自己没有对行星轨道提出怀疑?”



  “老师,我对第谷的尊敬决不亚于对您。请容我直言一句:第谷是个富翁,但是他不懂得怎样来正确地使用这些财富。” 



  正是: 



  搜求证据莫无边,证据还须理来穿。 纵然摸瓜百十千,不如抓住藤一端。 



  老师不说话,他想,几年不见,他变得固执狂妄了。 



  妻子的反对,老师和朋友们的反对,周围人的不理解,没有使开普勒动摇。他没有像第谷那样决心要研究一千个星,而他相信规律只有一个,便紧紧盯住了一个火星,解剖现象,探求规律。他不仅是一个天文工作者,而且也是一个热爱数学,又教过多年数学的人。几何学要来帮天文学的忙了。开普勒从那许多圆圈里找到了蛛丝马迹。古希腊的阿基米德就知道世界上不只是有一个圆,还有更复杂的圆锥曲线。开普勒终于发现,火星的轨道不是圆,而是椭圆。他用这副笼头去套那个火星烈马,就范了。第谷的数据天衣无缝。这件天文史上划时代的大事出现在公元1605年。这个发现就是后来称之为开普勒第二定律的椭圆定律。这之后,他还发现了第一定律:行星绕太阳作圆周运动在一定时间内扫过的面积相等,即等面积定律。 



  正是: 



  人说大海捞针难, 更有捞针宇宙间, 探微察变须认真, 一洞进去是桃园。 



  为甚么一个看来很简单的题目拖了千百年后才由开普勒揭晓呢?尊敬的读者,容我这里补叙几笔。圆有一个圆心,椭圆有两个焦点。椭圆度到底有多大全靠两个焦点距离(焦距)与椭圆的长直径(长径)来决定。即e=c/a,可以看出,当两个焦点越来越近,直到重合时,c=0,因此e=0,椭圆就是圆。所以圆实际上是椭圆的特殊形式。但是,茫茫宇宙中,行星绕太阳转的那个无形的圈子e值是很小的,所以,以往的天文学家都把行星轨道当作圆来看待。这首先要感谢第谷那二十年来精确的观测,还有开普勒精明的计算。更幸运的是,他又正好选中火星这个典型来解剖,而火星恰是太阳系中椭圆度最大的星,这个天机终于被他看破了。 



  再说开普勒发现了火星的椭圆轨道,真是高兴得如癫如狂。他立即写信给他的恩师、老友马斯特林。不想马斯特林对他这一新发现置之不理,而欧洲其他有名的天文学家对他更是公开的嘲笑。这让他想起一个人来,就是意大利的伽利略。在伽利略最困难的时候,开普勒曾写信支持他说:“伽利略,鼓起勇气,站出来!我估计欧洲重要的数学家中只有少数几个会反对我们。真理的力量无比强大。”而伽利略对他却很冷淡,连信也不回一封,连他一再想要一架伽利略新发明的望远镜也没有得到。而这同时,伽利略却写信给科斯特公爵,把他捧为太阳,愿去做他的宫廷数学家。后人猜测,伽利略可能是忌妒他的发现。反正,伽利略的这种沉默成了科学史上的一个谜。开普勒兴冲冲地取得这个发现,又冷冰冰地碰了这许多壁,此后便闭门不出,一人为写书来。过了些日子,一本记录有他的这个伟大发现的《新天文学》便完稿了。这天他将手稿装订好,放在案头,像打了一个胜仗一样高兴。虽然家境日趋穷寒,他还是连呼妻子预备一点酒菜,要自我庆祝一番。妻子见他这样,脸上也泛出一点笑意。正当全家人难得高兴一会儿时,突然有人“当当当”叩了三下门。开普勒连忙起身开门,门还末完全打开,他倒暗自叫起苦来,刚才做脸上的那点喜气霎时也无踪无影。来人也不与主人寒暄,进门走到桌旁大声喊道:“开普勒,你好大胆子,不经我的同意,你就敢偷偷出书?”



  究竟来人是谁,且听下回分解。 
            


  
 



           



            




第二十三回
智达宇宙 有权立法束众星,贫病一身 无钱糊口死他乡

——开普勒第三定律的发现  上回说到开普勒在第谷死后经过四年的辛苦研究,终于弄清了行星的椭圆轨道,刚写成《新天文学》一书准备出版,突然有人闯进家来横加干涉。来人正是第谷的女婿滕格纳尔。他拿出当年第谷临终时的话来要挟开普勒,并以第谷遗产继承人的身份提出:要出书,也得署上他的大名。开普勒气得半天说不出话来。他曾答应过第谷,以后写书用老师的观点。可是他现在的认识已比老师进步许多,怎好再后退回去?这样,书只好不出。又拖了四年,直了1609年,双方互相让步,答应可以让滕格纳尔写一篇文章放在书的正文前页,这本书才算出版。在这篇文章里,这个女婿对开普勒的新体系进行了一通攻击,大喊开普勒对他岳父如何背叛。但是不管怎样,书总算出了,作为现代天文学奠基石的开普勒第一、第二定律也总算正式问世。 



  开普勒在研究火星轨道问题时,心中无时不在惦念着第谷托付的《鲁道夫行星表》。可是,整个国家政局不稳,宗教斗争严重,炮火连天,哀鸿遍野。开普勒被迫离开首都布拉格,居住在多瑙河边的一个叫林茨的小城里,任数学教师。 



  这天早晨,他凭桌傍窗而生,望着窗外多瑙河面上粼粼水波,不觉犯了愁思,直瞅着那河,像个木头人似的呆坐了很久。过去是决没有这种情况的,只要一靠近桌子,就像磁石见铁一样埋头写作、计算,而近来他有说不出的烦躁和凄凉。他这个数学家已名存实亡。他想起1611年——那个最使他辛酸的年头。这年2月29日,他最心爱的小女儿夭折;3月24日,政变部队拥进首都,他的靠山鲁道夫皇帝不久身亡;7月8日,他的夫人去世……而新皇帝不喜欢他,他只好离开首都来到这个小地方。家破人亡,靠山倒台,他的境遇十分艰难。恩人鲁道夫死了,但以他的名字命名的《星表》还未编成。他本想隐居此地埋头整理《星表》,但是1618年开始了一场“三十年战争”。他的薪水总是一再欠拖。他穷得连一个助手也雇不起。现在第谷的那些资料,倒是都已在他的手中,那个总是捣乱的滕格纳尔也家境败落,自顾不暇,不再找他纠缠。可是身无分文,连那个他视为知己的伽利略,近来也拒绝与他通信了……他这样对着多瑙河想了一番心事,叹了几口气,也无可奈何,又提起笔,对着第谷留下的那一堆数字去动脑子。 



  行星是在作着椭圆运动,但是它们绕太阳一周到底要多少时间,为什么有的快,有的慢呢?这茫茫宇宙是无法丈量的。多病、穷困但又十分聪明的开普勒想出了一个妙法,它将人们最热悉的地球到太阳间的距离R定为1,地球绕太阳的公转周期T是1年,这样以此为标准,再换算其他行星的周期和距离,便得到这么一堆数字: 



  行星  T  R  

  水星 0。241 0。387

  火星 1。881 1。524

  金星 0。615 0。723

  木星 11。862 5。203

  地球 1。000 1。000

  土星 29。457  9。539 



  他们之间到底有甚么联系?开普勒看来看去,这些数字四散在桌子上,它们之间就像多瑙河里的鱼,桌上的蜡与天花板上的尘土一般,看不出一点的联系。但是开普勒坚信宇宙是一个和谐的整体。他和数学家毕达哥拉斯一样,认为世间一切物体都有一定的和谐的数量关系。于是他使将这一堆数字互加、互减、互乘、互除、自乘、自除,翻来倒去,想碰碰能否发现它们之间的规律。这样变了一阵“魔方”,但终究还是乱麻一团。 



  大约有很多日子,他就这样,一直在乱麻堆里寻求和谐。现在出入书房送茶倒水侍候他的,自然已不是先前那位跟着他吃尽苦头的贵族出身的夫人了,而是一位年龄与他相差甚大的少妇。原来,开普勒的原配夫人死后,由于他的名望,立即有11位姑娘来做他的夫人候选人。这个极讲和谐的科学家选夫人却也有趣。他自知自己瘦削,所以第一个高大强健的女子便被淘汰;第二个矮胖女人也不在入选之列;直到最后,他选了一位不高不矮,身体略瘦的木匠的女儿。他选结婚的日子,也很特殊,得在“天文学的精灵藏匿不见的月蚀那一天”。1613年10月30日他们终于完婚(其实由于计算不准,这日子比月蚀晚两天)。从此,在开普勒绞尽瑙汁追求天体和谐的日日夜夜里,就是这位与他的体形、性格都和谐的年轻夫人服侍着他。 



  一天早晨,红日照进书房,一夜没有离开桌子的开普勒正把头埋在稿纸堆里,夫人轻轻走了进来,先吹灭桌子的蜡,又伸手去推窗户。突然开普勒霍地从椅子上弹了起来,一把拉住夫人,“啊,我亲爱的,我找见了,我发现了。感谢上帝将你赐给我,我们是这样的和谐,宇宙是这样的和谐。啊,发现了!弄清了!”他说着甩开夫人,自己上去一把推开窗户.多瑙河上带有雾气的凉风吹了进来,拂动他蓬乱的头发。妻子以为他累疯了,忙喊:“开普勒,亲爱的,你怎么了?”开普勒甚么也不说,忙将一张纸片递给妻子,这张纸上是这样几行数字: 



  行星  T   R   T2  R3

  水星 0。241 0。387 0。058 0。058

  金星 0。615 0。723 0。378 0。378

  地球 1。000 1。000 1。000 1。000

  火星 1。881 1。524  3。54  3。54

  木星 11。862 140。7 140。7 140。7

  土星 29。457 867。7 867。7 867。7 



  木匠的女儿自然不懂这些数字。但是现在我们却可以看出最后两列数字�
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