近代光學(xué)的奠基者開(kāi)普勒:“我曾測(cè)天高”

2013-11-18 admin1

1571年12月27日,在德國(guó)威爾,一名陸軍軍官在這一天喜得貴子。但是這個(gè)孩子是個(gè)早產(chǎn)兒,不僅體質(zhì)很差,還在4歲時(shí)患上了天花和猩紅熱,并因此導(dǎo)致視力衰弱,而且一只手半殘。但當(dāng)時(shí)這個(gè)年輕的軍官無(wú)論如何也想象不到他的兒子會(huì)成為一個(gè)偉大定律的發(fā)現(xiàn)者。這個(gè)孩子就是約翰內(nèi)斯·開(kāi)普勒(johannes kepler)。

  開(kāi)普勒是17世紀(jì)科學(xué)革命的關(guān)鍵人物。他最為人知的成就為開(kāi)普勒定律,這是稍后天文學(xué)家根據(jù)他的著作《新天文學(xué)》、《世界的和諧》、《哥白尼天文學(xué)概要》萃取而成的三條定律。這些杰作對(duì)艾薩克·牛頓影響極大,啟發(fā)牛頓后來(lái)想出萬(wàn)有引力定律。

  開(kāi)普勒定律也統(tǒng)稱(chēng)“開(kāi)普勒三定律”,也叫“行星運(yùn)動(dòng)定律”,是指行星在宇宙空間繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)所遵循的定律。由于是德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒根據(jù)丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫等人的觀(guān)測(cè)資料和星表,通過(guò)他本人的觀(guān)測(cè)和分析后,于1609~1619年先后歸納提出的,故行星運(yùn)動(dòng)定律即指開(kāi)普勒三定律。

  身體略有殘疾的開(kāi)普勒在17歲那年進(jìn)入了連蒂賓根大學(xué)學(xué)習(xí),攻讀神學(xué),1591年他獲得了神學(xué)碩士學(xué)位。但因父親負(fù)債累累,使他不得不中途退學(xué)。由于他體弱多病,他的父母認(rèn)為他只適合做一名牧師,因?yàn)檫@個(gè)職業(yè)輕松一些??墒情_(kāi)普勒的數(shù)學(xué)才華非常出眾,當(dāng)他了解到一些有關(guān)自然科學(xué)的理論之后,就把當(dāng)牧師的想法拋得一干二凈,終于在奧地利的一所大學(xué)里教自然科學(xué)課。

  受到蒂賓根大學(xué)天文學(xué)教授邁克爾·馬斯特林(michael maestlin)的影響,開(kāi)普勒信奉哥白尼的學(xué)說(shuō)。大學(xué)畢業(yè)后,他獲得了天文學(xué)碩士學(xué)位,獲聘到格拉茨的新教神學(xué)院擔(dān)任教師。其后,開(kāi)普勒離開(kāi)神學(xué)院前往布拉格,與第谷·布拉赫一起從事天文觀(guān)測(cè)。

  1596年,開(kāi)普勒在宇宙論方面的著作《宇宙的奧秘》出版。

  1600年,30歲的開(kāi)普勒貿(mào)然給素不相識(shí)的丹麥天文學(xué)家第谷寫(xiě)信。他把自己研究天文學(xué)的成果和想法告訴了第谷。第谷看后,對(duì)開(kāi)普勒的才華驚嘆不已,立即寫(xiě)信邀請(qǐng)他來(lái)當(dāng)自己的助手。

  1601年第谷逝世,死前把自己所有的天文觀(guān)測(cè)資料贈(zèng)給開(kāi)普勒。開(kāi)普勒留在布拉格編制星表,研究行星的軌道。1627年他的《魯?shù)婪蛐切斜怼?以神圣羅馬帝國(guó)皇帝魯?shù)婪蚨赖拿置?問(wèn)世,比當(dāng)時(shí)通行的星行表都要準(zhǔn)確。

  開(kāi)普勒在1609年發(fā)表了關(guān)于行星運(yùn)動(dòng)的兩條定律,1618年發(fā)現(xiàn)了第三條定律,就是后來(lái)被稱(chēng)為“開(kāi)普勒定律”的行星三大定律,定律說(shuō)明了行星圍繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)的理論。

  開(kāi)普勒接受并發(fā)展了哥白尼的天體貴賤觀(guān),認(rèn)為太陽(yáng)是宇宙的統(tǒng)治者,行星各依其軌道環(huán)繞太陽(yáng)而行。行星運(yùn)動(dòng)三定律的發(fā)現(xiàn)為經(jīng)典天文學(xué)奠定了基石,促成了數(shù)十年后萬(wàn)有引力定律的發(fā)現(xiàn)。

  此外,開(kāi)普勒也是近代光學(xué)的奠基者,他研究了針孔成像,并從幾何光學(xué)的角度加以解釋?zhuān)⒅赋龉獾膹?qiáng)度和光源的距離的平方成反比。開(kāi)普勒也研究過(guò)光的折射問(wèn)題,1611年發(fā)表了《折光學(xué)》一書(shū),最早提出了光線(xiàn)和光束的表示法,并闡述了近代望遠(yuǎn)鏡理論,他把伽利略望遠(yuǎn)鏡的凹透鏡目鏡改成小凸透鏡,這種望遠(yuǎn)鏡被稱(chēng)為開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡。

  1630年11月,開(kāi)普勒在雷根斯堡發(fā)高熱,幾天后的11月15日在貧病中去世,葬于當(dāng)?shù)氐囊患倚〗烫?。他為自己撰?xiě)的墓志銘是:“我曾測(cè)天高,今欲量地深。我的靈魂來(lái)自上帝,凡俗肉體歸于此地。”