开普勒的“建构”

高中学习物理后，你会知道开普勒的行星运动三定律。用“每个人都知道”来描述开普勒行星运动的三个定律并不过分。

几乎所有的教科书和科学史书都用“发现”这个词来描述开普勒对行星运动三大定律的贡献，就好像行星运动三大定律本身就是自然的客观事实，就像开普勒这个幸运儿发现的埋藏在宇宙深处亿万年的黄金宝藏一样。

同样，在我们所接受的自然科学领域，自然法则是客观现实，人类通过各种自然事实和现象逐渐认识到这一点。理解未知的过程就是“发现”。

但问题的关键是，随着对自然认识的逐渐加深，像开普勒这样的科学家“发现”的科学定律是真实的自然吗？科学规律是自然本身吗？

我们对自然了解多少？也许我们会意识到，随着科学技术的发展，人类对自然的理解已经逐渐达到了极致。

这是一个非常美丽的理想！

但哲学巨人康德认为，人类只能知道自然科学让人们意识到什么。还是有什么你不知道的事情？这就是自然本身。我们所能知道的是一种自然现象，一种基于人类意识过程的表现。所以康德提出了“自在之物”的概念，即指出在人们的理解之外，存在着绝对未知的东西，而这种东西(自在之物)是现象的基础。当人们承认他们能理解现象时，他们必须承认事物本身的存在是现象的基础。

现象学大师胡塞尔有更独特的观点。他认为，即使有一个未知的“自在之物”作为现象的基础，哲学也会绕过它，胡塞尔称之为“悬置”。

哲学被绕过了。作为哲学的女仆，科学能做什么？

然而，科学发展的进程仍在接近自然的“自在之物”，并没有像胡塞尔那样逃脱。

由于自然规律可以被人们所认识，自然规律只是自然现象的一种表达，只能代表事物本身的现象，而不能代表事物本身。所有自然法则只能被视为科学家的“构造”，而不是“发现”。

开普勒的行星运动三定律也不例外。

1599年，丹麦国王弗雷德里克二世去世，他给了大亨岛一份建造天宝的礼物，并一直支持天宝的工作。天才的天文学家大亨也得到波西米亚皇帝鲁道夫二世的支持，所以大亨搬到了布拉格并建立了一个新的天文台。在生命的最后阶段，第谷遇到并邀请年轻的开普勒作为他的助手。次年(1601年)，第谷去世。开普勒接手了他的工作，并获得了第谷一生中观察到的极其精确的天文数据。

开普勒的行星运动三定律是基于哥白尼的日心说，即太阳是宇宙的中心，而包括地球在内的其他行星在各自的轨道上围绕太阳旋转。

为什么第谷有如此详细的天文观测数据，但他不能完全支持哥白尼的日心说，而开普勒可以？

一般历史学家认为，这不同于他们对自然的“形而上学”概念。

第谷相信托勒密和亚里士多德。托勒密和亚里士多德从来没有把天文学和自然哲学(物理学)联系在一起，因为当时对自然哲学和天文学的解释总是有很大的差异，甚至这种差异也无法弥合。另一方面，开普勒相信新柏拉图主义，这是少数。开普勒和哥白尼一样，认为宇宙是和谐的，而地心说和他的老师第谷的宇宙设计方案缺乏和谐。

开普勒认为，自然界的结构是一个非常简单、优雅和美丽的数学“蓝图”。这个“蓝图”是上帝设计的，上帝创造世界是为了实现这个“蓝图”。

因此，和谐和美成为开普勒的整体。

古希腊数学家欧几里德证明了完美多面体只有四面体(金字塔形，由4个等边三角形组成)、立方体(由6个正方形组成)、八面体(由8个边三角形组成)、十二面体(由12个正五边形组成)和二十面体(由20个等边三角形组成)。开普勒认为六个球体的数量和大小可以由五个三维图形的内接和外接来决定，所以上帝只创造了六个行星(当时只发现了水星、金星、火星、木星、地球和其他行星)。有了以上的理解，这是在开普勒遇见第谷之前。

在遇到第谷之后，特别是获得了第谷的天文观测数据，构建了开普勒自己的宇宙体系之后，拥有了一个坚定的形而上学信念，这是人类接近真实自然的一大步。

在随后的几天研究中，开普勒花了8年时间在哥白尼的日心说中提出了两个控制行星运动的定律。第一个定律是每个行星都在椭圆轨道上运动，太阳位于椭圆的焦点之一。

注意！轨道是椭圆，这是一个仅次于圆的美丽的数学结构。

第二个定律是等面积定律，也就是说，当行星围绕太阳旋转时，连接行星和太阳的线所扫过的面积是相等的。

这也绝对优雅！多巧啊！

同样，第三定律绝对简洁:行星公转周期的平方与它离太阳的距离的立方成正比。

看看开普勒“构建”宇宙系统的过程:他首先有一个坚定的形而上学信念，认为宇宙是优雅和谐的；之后，我用数学中最好的模式设计了自己的模型，然后我用第谷的数据资源修改、丰富并最终确定了自己的宇宙模型，并构建了行星运动的三个定律。

最初，自然科学是构建的，而不是发现的！