我理解的開普勒 (一)

天文學史上的天才，最能激發人們的想像，最能引起心靈的共鳴，最能啟迪科學的思索，開普勒要數是第一。

他出生在德國西南的小鎮。祖輩在當地小有名望，但家世日益沒落。

他的童年可以用悲慘來形容。他是一個早產兒，體弱多病，眼睛近視和重視（難道這就是他後來研究光學和望遠鏡的前緣？），得過天花，滿身都是疥瘡。家族裡三代十幾口人擠在一個不大的房屋下，有的早夭，有的被當女巫燒死。更有遊手好閒的父親，浪跡天涯，死在何處何時都無從知曉。

童年美妙的時光也有一二。 7歲時（1577年）母親牽著他的手爬上小小的山岡，看那一年壯觀的彗星。那一年，丹麥的第谷正仔細觀測這一彗星，要證明它是月界以上的天體，而不是月界以下的地球大氣現象。中國明朝萬曆皇帝的天文官們也在觀測：「彗星從東南方起，長亘天。」

路德的新教改革給當地帶來了新式的教育，開普勒可以說是生逢其時，在新式的學堂展露天賦。小學雖然沒上幾年，卻成績優異。體弱、聰明、對宗教的興趣，三者的結合使得牧師看來是最適合他的職業。於是他在13歲時進入了一個神學院，學習希臘文、拉丁文、修辭、辯證法、數學、音樂。18歲，開普勒獲得路德維希公爵特別獎學金，進入圖賓根大學，學習神學。

開普勒氣質敏感，可以說是有點神經質。為考試成績，為排名先後，為虛榮，為直率，為信仰，甚至為瑣碎小事，他感覺他有無數的敵人：「A不恨我，但是我恨他。」「B恨我，因為我是他學習上的對手。」「C恨我，因為他是我的老師，我卻當眾指出他的錯誤」。「宗教使我和D隔閡，他居然拋棄信仰。」「我有點享樂主義，還有一些其他的習慣，因此E和我斷交。」…

在圖賓根大學, 他剛從數學老師馬斯特林那裡了解到哥白尼的」日心說」, 就像皈依宗教一樣皈依了哥白尼的學說: 不需要那麼多的證據, 也不要那麼多的證明, 上帝本身就是證明。那光芒四射, 給人間溫暖, 使萬物復甦的太陽, 不就是上帝的居所? 上帝的居所, 難道不是宇宙的中心?

他不但因為堅定擁護」日心說」而在學校樹敵, 而且因各種奇談怪論與人爭吵不休。比如他說, 學習哲學讓德國墮落；學習法文要比學習希臘文更有意義。學校視他是個麻煩, 但同時也知道他腦子極靈。 23歲那年，正好格拉茲（Graz）地方空缺一個數學教授, 圖賓根大學順勢做個人情，推薦開普勒。開普勒這樣就得放棄好像很適合他的神學職業, 心裡有點不樂意, 但教授數學可以略有收入, 也就答應了。不過他提了個條件:　若干年來再回到圖賓根學習神學。　這個承諾學校估計本沒打算兌現，而開普勒本人後來也再沒想到要去兌現。他從此走上了天文學的道路。

不，那還是數學。天文學，不管是托勒密的＂地心說＂，還是哥白尼的＂日心說＂，都還僅僅是數學。那完美的圓周運動，那一環套一環的無數的本輪、均輪，都不代表真實的宇宙世界，不過是用來解釋天文現象的數學模型。　天文學，還要等我們的開普勒將來把它從數學變成物理。　不過這是後話，現在他搞的天文學還是數學。　

數學也不一定就不是實在。古代的哲人，西方有古希臘的畢達哥拉斯，中國有漢代的劉歆，就認為數是真正的實在。（當代中國對數也有無比的敬重，一切理論，一切主張，只要帶上數字，就是那簡單的「一二三四五」，就有了無窮的感召力。）也不是隨便什麼數都行，數的來源越神秘，就越真實，越可靠，就越具有權威性。比如說我們漢代的劉歆，非要把《三統曆》採用的「日法」81，說成「黃鐘之數九九自乘。」　那「黃鐘之數」可是了不得的，那是音律之數，那是天數自乘，也是宇宙節律之數，是天與人相通的氣之共鳴之數。（如果讀者有興趣，　可以參閱我發表在《中國國家天文》上的拙作「候氣：中國古代的邁克爾遜-莫雷實驗？」）

開普勒也要為天文學找到數學根據。他相信宇宙世界是上帝創造的，而那全智全能的上帝，創造世界絕不是任意胡來，而一定按照一定的「原型」（Archetype ）創造出來的。 而這要從數中去找。

他的數學授課看來並不太受學生歡迎，有時他可能只好對著黑板「自說自畫」。但就在這「自說自畫」的過程之中，他來了靈感：圓的內接正三角形有一個內切圓，這兩個圓的半徑的比例正好與兩個行星軌道的半徑的比例差不多，行星之間的距離是不是按照這樣的規則來確定的呢？他用更多的內切圓和外接圓，試圖解釋五星的距離，但給果與實際觀測數據完全不符。百思之中，又有恍悟：天體是在三維的空間之中，用二維的幾何模型去解釋五星的距離，自然是不合適的。於是他從三維的解度去思考，他想到了世界上多面體只有５個，內外交接的正多面體之間有５個球面，正好可以解釋天上為什麼只有５個行星。而且這些球面之間的距離與行星軌道間的距離吻合的相當不錯。　開普勒認為這是自己重要的發現，而且認為是對哥白尼日心說的強力支持。1597年，他在圖賓根發表了他的研究成果，取名《神秘宇宙》。「神秘」，決沒有我們現在所認為的帶有貶義的意思，而是神的秘密被揭示了出來，是偉大無比的事情。

《神秘宇宙》中的數字與實際觀測還是有不少的差距。當時歐洲鼎鼎大名的第谷，已在神聖羅馬帝國魯道夫皇帝的贊助下在布拉格建立了天文台，所做的天文觀測其精度達到前所未有的高度。與這些數據相比，《神秘宇宙》中的推測，還是十分粗糙。但是開普勒的這項工作，為他贏得了很好的名聲，大家都公認他的數學才能。遠在布拉格的第谷，拿著那麼多的數據，需要開普勒這樣的數學天才去分析。而開普勒天生近視，天文測量不可能是他的強項，他也迫切需要第谷這樣的測量數據來構造他的「神秘宇宙」。當時正值格拉茲反宗教改革運動洶湧，新教信仰者的日子很不好過，開普勒真想到第谷那裡去工作。他們相約，　1600年1月1日相見。　當然真正相見的日子不一定這麼巧，不過也是在1600年1月的某個日子。　這是後話。

再說開普勒在格拉茲的數學教授生活。本來就沒有幾個學生聽課，收入低得可憐。不過他兼做一份工作，就是做占星家的角色，每年為地方出一本黃曆，多少可以有點收入補貼。據說他推的黃曆還比較准。他的黃曆預測：某年，天氣將會奇冷，土耳其人會入侵。６個月後，他寫信給他的老師馬斯特林：「今年果然奇冷，阿爾卑斯山的農民凍死了許多。有些農民回到家裡，手抹鼻子，鼻子就掉了下來。土耳其人則進攻到了維也納附近的鄉村。」

占星，那可不能簡單地以「迷信」對它嗤之以鼻。不然的話，本世紀初那位英國的大哲學家波普爾(Karl Popper)，憑什麼要費盡心思來證明占星術是「偽科學」呢（另外還有兩項）?　在古代，它是與天文學分不開的。事實上，當時天文學家如果不會佔星，那基本上就不配做天文學家。現在說它是「偽科學」，　在古代它可是一種「經驗性的科學」。　占星者，觀星也。觀星，並試圖對其進行解釋，離科學不應該太遠。要不中國古代，為了星占的目的，辛辛苦苦，記錄了那麼多天象，就沒有任何科學意義了？　古代的天文學家，要搞天文曆法，還不是得先學「太一」、「六壬」、「奇門遁甲」這些占星術的把式？道理其實同我們現代科學教學也差不多。我總是要先學一些簡單的、定式的東西，熟練掌握之後才可以去搞複雜的東西。比如我們當年學力學時，老師出題總要假定重力加速度是10，自由落體設個５米、15米之類的高度，好使我們解起來容易。真正的物理，肯定不是這麼簡單的。古代天文學家把「太一式」搞清了，就學會了周期8年、12年、28年等種種「星神」之間的會合運動，不久他就可以處理周期是11.86年的木星運動了。　所以，千萬不要把星占與科學對立起來。開普勒的天文之旅就是從占星術起航的。

開普勒把占星術當作一門實實在在的」經驗性的科學」來做。他做了好多人物的「天宮圖」, 推算他們出生時的天體的位置, 記錄他們生活中的事件。總之, 想積累更多數據。他對占星的態度是十分認真的, 可以說是一絲不苟。對待自己, 對待他的親人, 天宮圖說什麼, 他就記錄什麼, 一點也不會因面子問題而有所隱諱。

開普勒的出生日期是有記錄的, 那是1571年12月27日下午2:30。可是他母親懷上他的時間, 他用他的天宮圖推出來是1571年5月16日凌晨4:37。這就是為什麼我們說他是一個早產兒的原因：他在娘胎里只孕育了224天9小時53分鐘。

關於他的父親, 開普勒的天宮圖裡是這樣描述:　「海因里希，我的父親，生於1547年１月19日，生性邪惡，頑湣不化，吵吵嚷嚷，一生註定沒有好結果… 」

開普勒對占星術如此專註，也不是不務正業。占星術中就包括他對宇宙神秘的思考。試想，我們人類實際上時時刻刻都在受到來自天體的影響，　季節的變化，人體的節律，這是明擺著的，是不容否認的。至於天體究竟怎樣影響每個人具體的生命活動的細節，那是不好確定的，所以靠有大量的經驗數據來研究。開普勒的這個看法，同中國宋代的一位大政治家王安石的看法有點類似。王安石為了應付保守派司馬光等借天象對他發動的政治攻擊，說天象固然是要影響人事，但不一定是某個特定的天象一定影響某個特定的人事（你們說彗星出現，是我的新政不好。 我看未必，沒有根據！）所以，星占還是要通過大量的經驗數據去探討天與人之間究竟有什麼關係，這是古人追求的大學問，我們為什麼要把它貶為一無是處呢？重要的是，我們在開普勒那裡，看到了一種為了信仰，為了探究而表現出來的，充分想像，不斷驗證，不懈努力，實事求是的精神，這些不也是我們做科學所需要的精神嗎？　。

（未完待續）

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附記：前日初發博文，就受到博友關注，頗受鼓舞。有博友談及占星術的問題，也有博友提及宗教與科學的問題，還有博友提到科學史與科學教育的問題。承蒙羅教明教授問及普朗克與二十世紀初物理學的問題，問題特別有意義，可我對這些歷史雖然有些了解，但終不敢回答這麼重要的問題。也許以後可以試著回答。但這些問題促使我動手寫關於開普勒的拙文。過去想了很多，但就是懶得動筆。今天終於開寫，得2 頁之多，所以感謝博友的啟發。