科学阶梯丨他让第谷敬畏，为牛顿铺路，令爱因斯坦感叹！

「 编者按 」

从哥白尼颠覆性的《天体运行论》，到牛顿革命性的《自然哲学之数学原理》，再到达尔文开创性的《物种起源》……一部部科学经典著作，犹如人类文明史上璀璨的里程碑，承载着科学家的卓越洞察与不懈追求，奠定了现代科学基石，铺就了人类进步的阶梯，引领我们迈向更加广阔的知识天地。

为让更多读者感受科学魅力，北京市科学技术协会推出“科学阶梯”专栏，对科学经典著作进行深入诠释。欢迎您加入这场跨越时空的科学对话，重温科学史上令人惊叹的时刻，一同领略科学之美，感悟智慧之光。

本期我们带来的科学经典是《世界的和谐》，让我们一起跟随开普勒的脚步，去领略它那无限的魅力。

开普勒（Johannes Kepler，1571-1630）于1571年12月27日生于德国中部符腾堡（Württemberg）地区的小镇魏尔（Weil）。他刚刚出生的时候体质极为孱弱，接生婆还以为这个婴儿未见得能够存活下来。

开普勒画像

他的祖父曾经是魏尔镇十分活跃的新教倡导人，还一度担任镇长。到了他父母这一代，家境开始衰落，始终没有脱离贫困之苦。父亲脾气暴躁，母亲非常任性，很难相处。父亲为躲避家里婆媳无止境的争吵，长期在军队服役，成为一位职业军人。后来在一次征战结束回家途中，突然因病死去。

开普勒共有4个兄弟姊妹，3个夭折，活下来的只有他和弟弟，而弟弟又是一个癫痫患者。开普勒早年的命运十分凄惨：4岁时遭遇肆虐欧洲的传染病天花，这不仅损坏了他的面容，还使得他一只手半残，视力也受到损害；而家境的贫寒又使他饱受穷苦之累，有时他穷得只能乞住于乡村旅店之中，9岁时为了生活做过佣人，直到12岁才在他人的帮助下回到学校。

魏尔镇广场上的开普勒雕像

人间的倾轧、无穷尽的苦难和亲人的死亡，从小在开普勒的心灵上留下了深深的伤痕。幸好他没有被苦难的命运击倒，反而由此磨炼了意志，寻求到解脱的办法。他从小就喜欢到教堂做晚祷，因为教堂那高高的圆形穹顶，管风琴美妙的和声在大厅的穹顶上回旋袅绕，对在苦难中的开普勒来说，就像是上帝的福音。

《圣经》的引导、管风琴美妙的和声与唱诗班的童声合唱，和谐地融合在一起，使他的心灵受到了很大的震撼。他得到了现实生活不能给予他的温暖、希望和力量，也从小就迷上了音乐。美妙的音乐旋律、肃穆静谧的氛围，也孕育了他朦胧而美丽的梦想。

年轻时代的开普勒

凭借与生俱来的禀赋加上后天的刻苦，1587年开普勒进入图宾根（Tübingen）神学院。在进神学院以前，开普勒对天文学并没有多大兴趣，他热衷的是神学，希望日后能当一个牧师，为上帝传播福音。没想到在图宾根神学院，受到天文学教授马斯特林（Michael Mastlin，1550-1631）的影响，他的兴趣开始转向了天文学，并接受了哥白尼的日心说。

在神学院求学期间，他甚至写了一篇论述哥白尼理论的短文。1591年，开普勒以全班第二名的优秀成绩毕业于图宾根神学院。毕业后，开普勒本来想在教会中找到一个职位，但由于他信奉被教会视为洪水猛兽的哥白尼日心说，从而失去了担任教会职务的可能性。

图宾根大学中最古老的建筑

1594年，在马斯特林的帮助下，开普勒在奥地利格拉茨（Graz）神学院谋到一个数学讲师的职务。从此，他把当牧师的想法抛到了九霄云外，开始一心一意研究行星问题。开普勒以他渊博的知识和过人的天分很快就在格拉茨神学院得到校方高度的好评：“毫不夸张地说，开普勒是一位年轻的、受过良好教育的和虚怀若谷的教师。我们这样的学院能够拥有他这样出色的教师，真是万幸。”

格拉茨大学

教书之余，开普勒继续研究行星运动的规律。开普勒信奉毕达哥拉斯主义。毕达哥拉斯发现数和音乐之间存在令人惊讶的和谐关系，认为数先于自然界整体，它的特征体现在音阶、天体和宇宙万事万物之中。离开了数，就没有任何事物能够存在或者被认识。研究宇宙万事万物的唯一途径，就在于研究大自然内在的数学结构。这种结构的外在表现就是数的和谐，就是对称和美。这种和谐是宇宙万事万物共同的内在本质。正是这种内在的、先验的共同本质，使得人类具有正确认识宇宙的可能性。

开普勒同样认为“大自然这些强大的力量，都将简化为一些简单而又美丽的方程式”，因而行星运动的真实动因，应该到隐含有数的和谐音乐里去寻找。

1600年初，开普勒来到了布拉格与第谷一起工作，两人开始了科学史上极富成效的合作。

第谷对于自己的观测资料本来是十分保密的，从不让外人过目。但开普勒到他身边工作后，第谷十分欣赏这个年轻人，因此很快就允许开普勒接触他极为珍贵的火星观测资料，并让开普勒和他共同研究火星的运动。

合作约一年时间，第谷因病去世。

开普勒与第谷正在讨论问题

第谷在临终时，曾把家人都召到床前，要求家人保存他的资料，并委托助手开普勒继续编辑、校订和出版他的行星表。第谷没有选错人，因为开普勒不仅在 1627年正式出版了《鲁道夫星表》（Tabulae Rudolphinae）, 而且他还利用第谷的观测资料，发现了伟大的行星运动规律。

第谷死后，第谷的家人非常贪婪。他们把开普勒看成外人，违背死者的遗愿，不愿意把第谷的观测资料给开普勒。开普勒可以说费尽了心思，才使得这些极为宝贵的资料由他保管，没有散失。我们可以设想一下，如果这些宝贵的资料散失了，人类文明史会遭到多大的损失。要知道，牛顿正是在开普勒铺就的道路上走向成功的。

开普勒在布拉格的故居

虽然开普勒名义上是德国宫廷天文学家，但他却长年拿不到薪水。他是历史上数理天文学的先驱，却没办法用天文学的职位养活自己和12个孩子。他只能靠算命使一家人不致活活饿死。

不断失去亲人的巨大痛苦始终没有离开过他：他结过两次婚，两任妻子为他生下11个孩子，第二任妻子还给他带来一个继女。他自己的11个孩子只有3个孩子最后活了下来，两任妻子也在他之前因病去世。

他的母亲由于被控为“巫婆”而险遭烧死，经开普勒冒死抢救总算没有死于酷刑。命运给他带来的忧患和打击无法细数，但他顽强坚忍地挺过来了，并且从宇宙和谐的信仰中寻找到无比的欢乐和慰藉。

开普勒的母亲被审判

1630年10月，开普勒迫于生活无法维持，只好亲自去雷根斯堡（Regensburg）向国会要求支付被拖欠了近20年的薪水。不幸的是，由于饥寒交迫，在11月2日，开普勒到雷根斯堡后不久就病倒了。

11月15日，开普勒这位奋斗一生的哲人，在穷困潦倒中悲惨地离开了人世。

11月17日，他被葬在圣彼得堡公墓里；墓碑上刻的是他生前给自己留下的墓志铭：

我曾测天高，

今欲量地深。

上天赐我灵魂，

凡俗的肉体安睡地下。

后来由于战争连绵不断，他的坟墓已经消失得无影无踪。

爱因斯坦在1949年曾经感叹道：

应当知道开普勒是在何等艰难的条件下完成这项巨大的工作的。他没有因为贫困，也没有因为那些有权支配着他的生活和工作条件的同时代人的不了解，而失去战斗力或者灰心丧气。而且他所研究的课题还给宣扬真理的他带来直接的危险。但开普勒还是属于这样的一类少数人，他们要是不能在每一领域里都为自己的信念进行公开辩护，就绝不甘心。

科学经典推荐

世界的和谐

[德] 开普勒 著 凌复华 译

《世界的和谐》是德国天文学家开普勒的杰作，他从几何学、音乐、占星学和天文学四个方面证实了宇宙结构的和谐原理，为牛顿的发现奠定了道路。书中充满了哲思，将数学、音乐与天文完美融合，展现了开普勒深邃的科学洞察力和卓越的智慧。

本书选自“科学元典丛书”。“科学元典丛书”由北京大学出版社出版，收录了自古希腊以来，特别是近代科学诞生以来的100部科学经典，是中国历史上规模最大的科学名著汉译丛书。

来源：“科学元典”公众号