数学家开普勒简介

开普勒(1571-1630)是现代德国著名的天文学家、数学家、物理学家和哲学家。他以数学上的和谐探索宇宙，并对天文学做出了巨大贡献。开普勒是继哥白尼之后第一个站出来捍卫太阳中心理论并在天文学上取得突破的人。后来的科学历史学家称他为“天堂里的立法者”。

开普勒出生在德国威尔的一个贫困家庭。开普勒是一个健康状况不佳的早产儿。他在童年时遭受了巨大的不幸。他四岁时，患了天花和猩红热。虽然他侥幸逃过一死，但他的身体严重受损，视力虚弱，一只手半残。然而，开普勒有着顽强的进取精神，但他一直努力学习，他的成绩一直名列前茅。

1587年，他进入了提宾根大学，在那里他遇到了天文学教授迈克尔·斯特林，他秘密提升了哥白尼。在他的影响下，他很快成为哥白尼的忠实*。大学毕业后，开普勒获得了天文学硕士学位，并被聘为格拉茨新教神学院的教师。后来，由于学校被天主教会控制，开普勒离开神学院前往布拉格，与杰出的天文观测者第谷一起专注于天文观测。是第谷发现了开普勒的才能。在第谷的帮助和指导下，开普勒的研究取得了很大进展。第谷死后，开普勒取代了他的位置，成为皇帝的数学家。然而，皇帝对他非常吝啬。他的工资只有第谷的一半，而且经常拖欠。他的微薄收入不足以养活年迈的母亲、妻子和孩子，所以他的生活很艰难。然而，开普勒从未中断过他的科学研究，并在这种困难的环境中取得了无数的天文学成就。

早期的开普勒深受柏拉图和毕达哥拉斯关于宇宙结构的神秘主义的影响，用数学的和谐来探索宇宙。他用古希腊人发现的五个正多面体来重叠当时已知的六颗行星的轨道，从而解释了为什么太阳系中只有六颗行星，包括地球，以及它们的轨道大小。他把这些结论写成一本书，并出版了它，名为《宇宙的秘密》。虽然这个想法很神秘，但也是一个大胆的探索。

第谷最伟大的天文成就是开普勒的发现。第谷向开普勒提供了他去世前多年积累的所有天文观测数据，敦促开普勒继续他的工作并公布观测结果。开普勒接手了第谷未完成的研究工作。

后来，开普勒在伽利略的影响下，抛弃了柏拉图和毕达哥拉斯的理论，通过对行星运动的深入研究，逐渐走上了真理和科学的轨道。

火星轨道的研究是开普勒重新研究天体运动的起点。因为在第谷留下的数据中，火星拥有最丰富的数据，而哥白尼的理论偏离火星轨道最多。起初，开普勒用一个完美的圆来编制火星的运动图，发现火星总是出轨。他把右边的圆变成了偏心圆。经过多次测试，他找到了一个更符合事实的方案。然而，根据这种方法来预测卫星的位置，它与第谷的数据不一致，导致8点的误差。这个8分钟的误差相当于秒针0.02秒的瞬时角度。开普勒知道第谷的实验数据是可靠的。错误是什么？

正是这明确无误的8点让开普勒走上了天文学改革的道路。他敏感地意识到火星的轨道不是一个圆。后来，经过多次实验，开普勒确定火星的轨道是一个椭圆，并用三角形定点法测量地球的轨道是一个椭圆，得出其线速度与它离太阳的距离有关的结论。

这样，就获得了行星运动的第二定律:“行星的径向在同一时间扫过同一区域。”这两条定律发表在1609年出版的《新天文学》一书中。他还在书中指出，这两个定律也适用于其他行星和月球的运动。1612年，开普勒的保护者鲁道夫二世*退位，因此他也离开布拉格前往奥地利的林茨。当地特别为他设立了一个数学家职位。

经过漫长而复杂的计算和无数次失败后，他终于发现了行星运动的第三定律:“行星公转周期的平方等于轨道半长轴的立方。”这个结果发表在1619年的《宇宙和谐》杂志上。行星运动三定律的发现奠定了古典天文学的基石，并导致了几十年后万有引力定律的发现。

1604年9月30日，一颗新星出现在蛇夫座附近，比最亮的木星还要亮。开普勒观测这颗新星长达17个月，并公布了观测结果。历史称它为开普勒新星(这是银河系中的一颗超新星)。1607年，他观测到一颗大彗星，后来成为哈雷彗星。

不仅在天文学上，开普勒在光学领域的贡献也非常突出。他是现代光学的创始人。他研究了针孔成像，并从几何光学的角度对其进行了解释。他指出，光的强度与光源之间距离的平方成反比。开普勒研究了光的折射，认为折射的大小不能仅仅从物质密度的大小来考虑。例如，油的密度小于水的密度，但它的折射大于水的折射。1611年，开普勒出版了《折叠光学》一书，解释了光的折射原理，为折射望远镜的发明奠定了基础。他是第一个提出光和光束表示法的人，还成功地改进了望远镜。开普勒还研究了人类的视觉，并纠正了以前的误解，即视觉是由眼睛发出的光。他认为人们看到物体是因为物体发出的光通过眼睛的晶状体投射到视网膜上，并解释了近视和远视的原因。1604年，《维蒂略补编——天文光学解释》出版。1611年，《光学》出版，这是一本解释现代望远镜理论的书。他把伽利略望远镜的凹透镜目镜变成了一个小凸透镜，叫做开普勒望远镜。

开普勒还发现了大气折射的近似定律，用一种非常简单的方法计算了大气折射，并解释了大气折射在天顶为零。他第一个认为大气有重量，并正确地解释了月全食期间月亮的红色是由地球大气反射并投射到月球上的一部分阳光造成的。

他出版的《哥白尼天文学大纲》讲述了他对宇宙结构和大小的看法。在彗星理论中，他指出彗星的尾巴总是在太阳后面，这是由于太阳排斥彗星头部的物质。1627年出版的鲁道夫星表是根据他的行星运动定律和第谷的观测结果编制的。根据这张表，星星的位置是可以知道的，它的精度比以前的任何星表都要高。直到18世纪中叶，它一直被视为天文学的标准目录。

他在1629年出版的《1631年的奇怪现象》中预测了水星在1631年11月7日的凌日和金星在12月6日的凌日。正如预期的那样，水星凌日是按计划进行的，但不是在金星的西方凌日。1630年，他几个月都拿不到工资，由于经济困难，他不得不亲自去雷根斯堡领取。突然发高烧，几天后死于贫困。

开普勒晚年坚持不懈地与理想主义宇宙论进行斗争。1625年，他写了一本名为《捍卫第谷布拉》的书，驳斥了厄休斯对第谷的攻击，从而遭到天主教会的迫害。天主教会禁止开普勒的著作。1626年，一群天主教徒包围了开普勒的住所，并威胁要处决他。后来，开普勒幸存了下来，因为他是皇帝的数学家。

1630年11月，年老的开普勒不得不亲自来到雷根斯堡领取他的工资，因为他的生命无法维持数月。不幸的是，他一到那里就生病了。1630年11月15日，开普勒在一家客栈里悄悄地离开了这个世界。他死时，除了一些书和手稿，他只有7便士(1马克等于100便士)。

开普勒被安葬在拉蒂斯博恩的圣彼得堡教堂。战后，他的坟墓肯定消失了。然而，他突破性的天文学理论和他对宇宙的不懈探索已经成为后人纪念他的最好纪念碑。

开普勒生活在欧洲从封建社会向资本主义社会转型的时代。在科学与神权政治的斗争中，开普勒坚定地站在科学一边，以他虚弱的身体、艰辛的工作和伟大的发现挑战封建传统观念，推动了唯物主义世界观的发展，使人类科学向前迈进了一大步。马克思高度评价开普勒的性格，称他为自己最喜欢的英雄。