哥白尼在意大利逗留期間,熟悉了希臘哲學家阿裏斯塔克斯(前三世紀)的理論,他確信地球和其他行星圍繞太陽旋轉的日心說是正確的。在他40歲左右的時候,他開始在朋友中散發壹篇短文手稿,初步闡述了自己對日心說的看法。經過多年的觀察和計算,哥白尼終於完成了他的巨著《天體運行論》。他在《De Revolution ibus orbi um coelestium》中觀察和計算的數值精度令人驚嘆。比如他用365天6小時9分40秒得到了恒星年,比現在的精確值多了30秒左右,誤差只有百萬分之壹;他得到的月球到地球的平均距離是地球半徑的60.30倍,與現在的60.27倍相比,誤差只有萬分之五。
1533年,60歲的哥白尼在羅馬做了壹系列演講,提出了他的學說的要點,沒有遭到教皇的反對。但他害怕教會反對,甚至在他的書完成後,他仍然不敢出版。直到他快70歲時,他才最終決定出版它。1543在5月24日他去世的當天,從出版社收到了他寫的壹本書。
開普勒出生在德國南部的瓦爾。他壹生漂泊,在宗教鬥爭(天主教和新教)的境遇中度過。開普勒原本是新教徒。從學校畢業後,他進入了新教神學院——杜賓根大學。他希望將來成為壹名神學家,但後來他對數學和天文學產生了興趣。
杜賓根大學天文學教授米歇爾·邁斯蒂林(1550 ~ 1631)贊同哥白尼的理論。他在公開教學中講授托勒密體系,卻在暗地裏向最親近的學生宣傳哥白尼體系。開普勒是梅斯蒂林非常欣賞的學生之壹。他從這位老師那裏接受了哥白尼的學說後,就成了新學說的熱情擁護者。他稱哥白尼為傑出的自由思想家,並高度評價日心說。
開普勒口才很好,喜歡在各種聚會上發表自己的觀點。因此,學院的領導機構教會警覺起來,認為開普勒是壹個“危險”分子。大學畢業的學生都去當牧師了,開普勒不被允許。他不得不搬到奧地利,在邁斯蒂林的壹點幫助下,他在格拉茨大學擔任數學和天文學講師,並編纂了當時流行的占星年鑒。
占星術是偽科學,開普勒不信。他不相信天上那些星星的運行和地上人類的命運有任何關系!他曾自嘲做這份工作,說:“如果作為女兒的占星不給天文媽媽掙面包,媽媽就要餓死了。”
從此開普勒開始研究他壹生最感興趣的問題,這也是他後來最大的成就。
宇宙模型
開普勒壹生熱愛數學。他和古希臘學者壹樣,非常重視數字的作用,壹直想找到數字在自然界中的規律性(早期希臘學者稱之為和諧)。定律越簡單,數學上就越好,所以在他看來更接近自然。他相信哥白尼的理論,正是因為日心說在數學上更簡單、更和諧。他說:“我從靈魂深處證明它是真實的,我帶著難以置信的喜悅欣賞它的美麗。”他接受哥白尼體系後,致力於探索行星中隱藏的數量關系。他確信上帝根據完美的數學原理創造了世界。
開普勒在他的早期著作《神秘的宇宙》(1597)中,設計了壹個由許多規則幾何形狀組成的有趣的宇宙模型。開普勒試圖解釋為什麽行星的數量恰好是六顆,並從數學上描述了被觀測行星的軌道大小之間的關系。他發現六顆行星的軌道恰好與五個正多面體相關。這些不同的幾何形狀壹個接壹個地嵌套在壹起,每壹個都根據某種神聖而深刻的原理決定了壹個軌道的大小。如果土星的軌道在正六面體的外切球面上,木星的軌道在這個正六面體的內接球面上;確定木星軌道的球面內接正四面體,火星的軌道在這個正四面體的內接球面上;地球的軌道可以通過在火星軌道所在的球上內接壹個正十二面體來確定...按照這種交替內接(或內接)的步驟,在球體中內接壹個正二十面體,確定地球的軌道,這個正二十面體的內接球體確定金星軌道的大小;壹個八面體與金星環繞的球體相連,水星的軌道落在這個八面體的內接球體上。
開普勒也沿襲了亞裏士多德、托勒密、哥白尼以來的固有觀點,沒有跳出圓軌道的框框。
這種設計得到的每個球的半徑比與每個行星軌道大小的已知值相當壹致。正的正多面體是具有相同平面的對稱體。這個具有對稱平面的多面體只能由五個組成,所以開普勒確信太陽系只有六顆行星。
這個“發現”給開普勒帶來了巨大的喜悅。他寫道:“我從這壹發現中獲得的極度喜悅無法用語言表達。我不怕任何麻煩。我不知疲倦地工作,夜以繼日地計算,直到我能看到我的假設是否符合哥白尼的軌道,或者我的喜悅是否會落空。"
即使開普勒模型的數學關系如此奇妙,但當開普勒分析第谷的觀測數據,並在若幹年後做出行星表時,這些數學關系毫無用處。開普勒放棄了它。
1598年奧地利爆發宗教沖突。天主教徒用殘酷的懲罰威脅開普勒。他被迫離開奧地利,躲藏在匈牙利。很快,他收到了在布拉格勒德福德王宮工作的第谷的邀請,幫助整理觀測數據,編制新星表。開普勒欣然接受,於1600年隨家人來到布拉格,擔任第谷的助手。
具有諷刺意味的是,這兩位學者中的壹位壹直是哥白尼體系的反對者,而另壹位則是該體系的衷心支持者。但畢竟他們走到了壹起,戲劇性地成為了天文學史上合作的光輝典範!
這是開普勒最快樂的時光。他不再為生活擔憂,專心從事天文研究。然而不幸的是,他們相處的時間並不長,第二年第谷就去世了(1601)。開普勒遭受了沈重的打擊。這位被稱為“占星術之王”的天文觀測者,給開普勒留下了大量壹生積累的精確觀測數據。他生前多次告誡開普勒:壹定要尊重觀測事實!
開普勒接替了第谷的工作,他的任務是用第谷記錄中的數千個數據編制壹個行星運動表。雖然他得到了“皇家數學家”的頭銜,但朝廷拒絕支付他應得的薪水,他不得不再次從事占星術以維持生計。
第谷的觀測記錄在開普勒手中,起到了意想不到的驚人作用,使開普勒的工作變得嚴肅起來。他發現自己的代表作《開普勒的宇宙模型》在分析第谷的觀測數據、制作行星表時毫無用處,只好棄之不用。無論是哥白尼體系、托勒密體系還是第谷體系,都無法與第谷的精確觀測相壹致。這使他決心找出理論與觀測不壹致的原因,盡力揭開行星運動的奧秘。正因如此,開普勒決定將天體空間作為真實空間進行研究,通過觀測的方式探索行星的“真實”軌道。
科學殉道者喬達諾·布魯諾(公元1548 ~ 1600),出生於那不勒斯附近的諾拉鎮。大概是他年輕的時候失去了父母,或者家裏很窮,由神父撫養。可憐的孩子從小好學,15歲時,在多米尼修道院出家。由於頑強的自學,他終於成為當代壹名博學的學者。
這個勤奮好學、大膽勇敢的年輕人,壹接觸到哥白尼的天體運行理論,就立刻激起了他火熱的熱情。從此,他拋棄宗教思想,只承認科學真理,並為之奮鬥終生。
布魯諾相信哥白尼,所以他成為壹名宗教反叛者,被指控為異教徒並被逐出教會。公元1576年,年僅28歲的布魯諾不得不逃離修道院,長期出國,在瑞士、法國、英國、德國漂泊。他在日內瓦、圖盧茲、巴黎、倫敦、威登堡和許多其他城市生活過。盡管如此,布魯諾總是宣揚科學真理。他到處做報告,寫文章,經常參加壹些大學的辯論。他用自己的筆和舌頭,毫無畏懼地積極贊揚哥白尼的學說,無情地抨擊官方經院哲學陳腐的教條。
布魯諾的專業既不是天文學,也不是數學,但他以超人的遠見極大地豐富和發展了哥白尼學說。在《論無限、宇宙和世界》壹書中,他提出了無限宇宙的思想,認為宇宙是統壹的、物質的、無限的、永恒的。太陽系之後還有無數的天體世界。人類看到的只是無限宇宙中的極小壹部分,地球只是無限宇宙中的壹粒極小的塵埃。
布魯諾進壹步指出,千千所有的恒星都像太陽壹樣巨大而熾熱,這些恒星正以極大的速度向四面八方飛奔。他們周圍有很多像我們地球壹樣的行星,他們周圍有很多衛星。生命不僅存在於我們地球上,還存在於人們看不到的遙遠星球上。
布魯諾用勇敢的壹擊打碎了束縛人們思想千百年的“球殼”。布魯諾傑出的思想讓他同時代的人無所適從,驚嘆不已!總的來說,布魯諾的思想簡直“令人震驚”。就連當時被譽為“天空立法者”的天文學家開普勒也無法接受。開普勒在讀布魯諾的作品時感到頭暈!
在天主教會眼中,布魯諾是壹個極其有害的“異端”,是十惡不赦的敵人。他們用狡猾的陰謀收買布魯諾的朋友,引誘布魯諾回國,並於1592年5月23日將其逮捕,囚禁在宗教裁判所的監獄裏,對他進行了長達八年的審訊和折磨!
由於布魯諾是壹位有聲望的學者,天主教試圖迫使他公開懺悔,這使他臭名昭著,但他們萬萬沒有想到,所有的威脅和利誘絲毫沒有動搖布魯諾對真理的信仰。
天主教會的人們絕望了。他們露出兇狠的面孔,建議當局活活燒死布魯諾。布魯諾似乎早有預料,聽到判決結果時,他輕蔑地對那些殺人不眨眼的劊子手說:“妳讀判決書時的恐懼,比我走向火堆時的恐懼要大得多。”1600年2月17日,布魯諾在羅馬百花廣場英勇犧牲。
由於布魯諾的大力宣傳,哥白尼的學說傳遍了整個歐洲。天主教會深知這種科學對他們是壹種極大的威脅,所以羅馬天主教會議決定在1619年禁止天體運行論,不允許宣傳哥白尼學說。
布魯諾不畏火刑,堅決不屈地與教會和神學作鬥爭,為科學的發展做出了貢獻。他的科學精神將永存!1889年,人們在他殉難的花卉廣場豎起了布魯諾的銅像,紀念這位永遠獻身於科學的勇敢者。