近代光學(xué)的奠基者開(kāi)普勒：“我曾測(cè)天高”

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“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·布拉赫等人的觀測(cè)資料和星表，通過(guò)他本人的觀測(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，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，并指出光的強(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〗烫谩Ｋ麨樽约鹤珜?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。”