开普勒对哥白尼革命的影响

试论开普勒对哥白尼革命的影响

摘要：开普勒是德国近代著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他以数学的和谐性探索宇宙，在天文学方面做出了巨大的贡献，创立了新的科学研究方法。开普勒追寻着哥白尼的脚步，在新宇宙体系中发现更多新的数学规律，从而使哥白尼天文学生效了他的研究成果和贡献，不仅具有划时代的意义，更对如今的科学领域内的发展起着现实性的主导作用。

关键词：开普勒，科学发现，哥白尼革命，影响

约翰尼斯·开普勒（1571-1630）是德国近代时期杰出的天文学家和物理学家，也是近代自然科学的开创者之一。继承哥白尼的日心体系，创立了行星运动三定律，使之成为指导天体力学的基本定律。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心说，并在天文学方面有突破性成就的人物，被后世的科学史家称为”天上的立法者”。

一、”天上的立法者”

开普勒是一个狂热的数学爱好者，对自然界数的和谐的神秘感受，始终支配着他对天空奥秘的探索活动，这正是哥白尼体系令人赞叹的数学和谐和美，是他直觉到它就是真实的宇宙图景。哥白尼体系执着的坚持希腊古典的正圆运动观念，因此不得不继续沿用本轮--均轮组合法，以获得与观测现象的相符。惟有开普勒彻底抛弃了正圆运动的概念，才确立了太阳系的概念。

（一）开普勒的科学发现

开普勒以一个科学家应有的严谨的态度，毫不犹豫的抛弃了原有方案中偏心圆运动轨迹和圆周匀速运动的设想，重新寻找行星运行轨道图形和速度分布的规律性。经过多年的努力，他找到了行星运行的轨道图形：椭圆型，并发现行星在轨道上并不是做一成不变的匀速运动，而是在做有规律的变速运动。

1543年，哥白尼的日心说拉开了近代科学的研究序幕。他建立了”太阳中心说”，虽然他的日心说在观点上新奇，但是却在方法上十分的保守。要使哥白尼日心说得到重视，这一切还是由德国天文学家开普勒来发现，他提出了哥白尼革命能站得住脚的证据，回答了”行星运动的轨道到底是什么样子”的问题，并且探求了行星运动的规律，还从数学方法的角度上严格证明了观察与数学一致。（二）开普勒的天文学研究

人们常常以为用科学发现的内在逻辑就足以说明科学的变化，开普勒的例子却并非如此。在那个时代，不论是地心说还是日心说，都认为行星作匀速圆周运动。但开普勒发现，对火星的轨道来说，按照哥白尼、托勒密和第谷提供的三种不同方法，都不能推算出同第谷的观测相吻合的结果，于是他放弃了火星作匀速圆周运动的观念，并试图用别的几何图形来解释，在第谷观测材料的基础上，开普勒继续寻找他的宇宙秩序。

1609年，开普勒发表《以对火星运动的评论表达的新天文学或天空物理学》，阐述了他对火星运动规律的发现，即开普勒第一定律：火星划出一个以太阳为焦点的椭圆，认为每个行星都在一个椭圆形

的轨道上绕太阳运转，而太阳位于这个椭圆轨道的一个焦点上。即：行星的轨道是椭圆的。行星运动第二定律认为行星运行离太阳越近则运行就越快，行星的速度以这样的方式变化：行星与太阳之间的连线在等时间内扫过的面积相等。1618年，开普勒又出版了《哥白尼天文学概论》，将他已经发现的火星运动两大规律推广到了太阳系的所有行星，而且同时公布了他所发现的第三定律：行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。这就是所谓的”周期定律”或”和谐定律”。开普勒定律对行星绕太阳运动做了一个基本完整、正确的描述，解决了天文学的一个基本问题。

二、开普勒在哥白尼学说的基础上前行

哥白尼的新天文学的发展得到普遍认可，并成为现在天文学的样式，归功于另外一位伟大的近代天文学家，那就是开普勒。许多科学家们喜欢把哥白尼和开普勒放到一起来讨论，事实上，开普勒的科学成就比哥白尼的科学成就更能给人留下深刻的印象。

（一）哥白尼革命对天文学的发展

哥白尼的”日心说”发表之前，”地心说”在中世纪的欧洲一直居于统治地位。在天文学方面，哥白尼的主要贡献在于他试图革新旧有托勒密体系诸多繁杂与牵强的解释，而从本质上追求地球三重运动的和谐性，以及几何上的完满一致性。哥白尼的书对伽利略和开普勒的工作是一个不可缺少的序幕。哥白尼的日心宇宙体系既然是时代的产物，它就不能不受到时代的限制。哥白尼所指的宇宙是局限在一个小的范围内的，具体来说，他的宇宙结构就是今天我们

所熟知的太阳系，即以太阳为中心的天体系统。

（二）开普勒对天文学的发展

开普勒三大定律的成功在于条件：就是哥白尼的日心说体系，因为开普勒是一个坚定的哥白尼主义者，这样才能一开始就跟着哥白尼日心说体系的方向走，并且比哥白尼走的更远。开普勒把哥白尼式的革命运用到哥白尼的数学体系中，改进了日心说体系。开普勒开始很欣赏哥白尼的日心说，后来他发现这不符合实际情况，开普勒在明确了哥白尼失败的方面后得到结论：各行星围绕太阳运行的轨道并不是正圆，而是椭圆。太阳真正成了导引六大行星昼夜不舍运动的力量源泉，而在哥白尼体系中，太阳并未处在任何一个行星的轨道中心。以椭圆代替正圆是宇宙学史上划时代的事件。于是创立了开普勒三定律。

（三）开普勒的研究方法和方法论特点

开普勒是一个深受毕达哥拉斯和柏拉图影响的数学家。他坚信上帝是按照完美的数学原则来创造世界的，他用数学的和谐性来探索宇宙体系。开普勒研究天文学并不具备优越的条件，他不仅缺乏相应的观察设备，而且眼睛的视力也不好，但他却具有丰富的想象和概括能力。开普勒尊重科学事实，敢于创新和探索，他认为科学进步需要创新，创新是科学的生命，而创新必须建立在科学事实的基础上，这种尊重科学事实，敢于创新的精神在开普勒身上得到了充分体现，也是他成功的关键。他提出自己的理论，用三定律来完善和发展哥白尼的日心说，推动了天文学向前发展的步伐。

三、开普勒定律在天文学中的意义

开普勒的行星三定律对于推动整个科学领域起到了非常重要的作用。他的天文学成就和方法论特点给了我们很重要的意义。（一）要以科学事实为依据，敢于放弃旧科学的束缚

开普勒对哥白尼体系给予了充分的肯定。许多天文学家对天体运动的观念提过不同的见解，而对天体遵循完美的均匀圆周运动这个观念还没有人怀疑。但是开普勒却否定了它。他结合哥白尼的日心说再加上他的数学知识，得出三大定律。科学发展的过程并不是一帆风顺一成不变的，它作为一种知识和社会现象发展过程肯定会受很多因素的影响。科学的旧观念也是束缚科学发展的一大因素，科学工作者首先要有创新意识和创新精神，敢于摒弃旧观念。（二）要有为科学奉献的精神，敢于正确面对科学失败

科学研究是一项非常艰苦的创造性劳动，开普勒向人们证明了日心说的正确性，证明行星世界是一个匀称的系统。这个体系的中心天体的太阳，太阳位于每个行星轨道的焦点之一，行星公转周期决定于各个行星与太阳的距离，与质量无关。而在哥白尼体系中，太阳虽然居于宇宙”中心”，却并不扮演这个角色，因为没有一个行星的轨道中心是同太阳相重合的。

四、结论

开普勒行星运动三大定律的发现，直接把哥白尼的日心说推向了定量化与精确化的阶段，证明了行星运行的轨道到底是什么样子的。使整个太阳系成为一个严格按照确定规律运行的力学体系。开