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第23章 智达宇宙有权立法束众星 贫病一身无钱糊口死他乡——开普勒第三定律的发现

上回说到开普勒在第谷死后经过四年的辛苦研究,终于弄清了行星的椭圆轨道,刚写成《新天文学》一书准备出版,突然有人闯进家来横加干涉。来人正是第谷的女婿滕格纳尔。他拿出当年第谷临终时的话来要挟开普勒,并以第谷遗产继承人的身份提出:要出书,也得署上他的大名。开普勒气得半天说不出话来。

他曾答应过第谷,以后写书用老师的观点。可是他现在的认识已比老师进步许多,怎好再退回去?这样,书只好不出。又拖了四年,直到1609年夏天,双方互相让步,答应可以让滕格纳尔写一篇文章放在书的正文前页,这本书才算出版。在这篇文章里,这个女婿对开普勒的新体系进行了一通攻击,大喊开普勒对他岳父如何背叛。但是不管怎样,书总算出了,作为现代天文奠基石的开普勒第一、第二定律也总算正式问世。

开普勒在研究火星轨道问题时,心中无时不在惦念着第谷托付的《鲁道夫星行表》。可是,整个国家政局不稳,宗教斗争严重,炮火连天,哀鸿遍野。开普勒被迫离开首都布拉格,居住在多瑙河边的一个叫林茨的小城里,为了糊口任数学教师。这天早晨,他凭桌傍窗而坐,望着窗外多瑙河面上粼粼水波,不觉犯了愁思,直瞅着那河,像个木头人似的呆坐了很久。过去是绝没有这种情况的,只要一靠近桌子,他就像磁石见铁一样埋头写作、计算,而近来他有说不出的烦躁和凄凉。

他这个数学家已名存实亡。他想起1611年——那个最使他辛酸的年头。这年2月29日,他最心爱的小女儿夭折;3月24日,政变部队攻进首都,他的靠山鲁道夫皇帝不久身亡;7月8日,他的夫人去世……而新皇帝不喜欢他,他只好离开首都来到这个小地方。家破人亡,靠山倒台,他的境遇十分艰难。恩人鲁道夫死了,但以他的名宁命名的《星表》还未编成。他本想隐居此地埋头整理《星表》,但是1618年开始了一场“三十年战争”。他的薪水总是一再拖欠。他穷得连一个助手也雇不起。现在第谷的那些资料,倒是都已在他的手中,那个总是捣乱的滕格纳尔也家境败落,自顾不暇,不再找他纠缠。可是身无分文,连那个他视为知己的伽利略,近来也拒绝与他通信了……他这样对着多瑙河想了一番心事,叹了几口气,也无可奈何,又提起笔,对着第谷留下的那一堆数字去动脑了。

行星是在做着椭圆运动,但是它们绕太阳一周到底要多少时间,为什么有的快,有的慢呢?这茫茫宇宙是无法丈量的。多病、穷困但又十分聪明的开普勒想出了一个妙法,他将人们最熟悉的地球到太阳间的距离定为1,地球绕太阳的公转周期是1年,这样以此为标准,再换算其他行星的周期和距离,便得到这么一堆数字:

行星

水星0.24l0.387

金星0.6150.723

地球1.0001.000

火星1.88l1.524

木星11.8625.203

土星29.4579.539

它们之间到底有什么关系?开普勒看来看去,这些数字四散在桌子上,它们之间就像多瑙河里的鱼、桌上的蜡与天花板上的尘土一般,看不出一点点联系。

但是开普勒坚信宇宙是一个和谐的整体。他和数学家毕达哥拉斯一样,认为世间一切物体都有一定的和谐的数量关系。于是他便将这一堆数字互加、互减、互乘、互除、自乘、自除,翻来倒去,想碰碰能否发现它们之间的规律。这样变了一阵“魔方”,但终究还是乱麻一团。

大约有很多日子,他就这样,一直在乱麻堆里寻求和谐。现在出入书房送茶倒水伺候他的,自然已不是先前那位跟着他吃尽苦头的贵族出身的夫人了,而是一位年龄与他相差甚大的少妇。原来,开普勒的原配夫人死后,由于他的名望,立即有11位姑娘来做他的夫人候选人。这个极讲和谐的科学家选夫人却也有趣。

他自知自己瘦小,所以第一个高大强健的女子便被淘汰;第二个矮胖女人也不在入选之列;直到最后,他选了一位不高不矮、身体略瘦的木匠的女儿。他挑选结婚的日子,也很特殊,得在“天文学的精灵藏匿不见的月食那一天”。1613年10月30日他们终于完婚(其实由于计算不准,这日子比月食晚两天)。从此,在开普勒绞尽脑汁追求天体和谐的日日夜夜里,就是这位与他的体形、性格都和谐的年轻夫人服侍着他。

一天早晨,红日照进书房,一夜没有离开桌子的开普勒正把头埋在稿纸堆里,夫人轻轻走了进来,先吹灭桌上的蜡,又伸手去推窗户。突然开普勒霍地从椅子上弹了起来,一把拉住夫人:“啊,我亲爱的,我找见了,我发现了,感谢上帝将你赐给我,我们是这样的和谐,宇宙是这样的和谐。啊,发现了!弄清了!”

他说着甩开夫人,自己上去一把推开窗户,多瑙河上带有雾气的凉风吹了进来,拂动他蓬乱的头发。妻子以为他累疯了,忙喊:“开普勒,亲爱的,你怎么了?”

开普勒什么也不说,忙将一张纸片递给妻子,这张纸上是这样几行数字:

行星

水星0.2410.3870.0580.058

金星0.6150.7230.3780.378

地球1.0001.0001.0001.000

火星1.88l1.5243.543.54

木星11.8625.203140.7140.7

土星29.4579.539867.7867.7

木匠的女儿自然不懂这些数字。但是现在我们却可以看出最后两列数字一模一样。开普勒做了那么多加减乘除之后,终于碰着了天体上的一个电钮,漆黑的宇宙在他的眼前忽然大放光彩。原来行星绕太阳运转时,其运转周期的平方等于它与太阳间平均距离的立方:=。这就是后来所称的“开普勒第三定律”。这是一个天文史上极伟大的发现,开普勒的“和谐”思想找到了根据,它说明太阳与其他行星绝不是一群乌合之众,而是一个极严密的系统——太阳系。

再说开普勒的妻子将这张纸片拿在手里正不知何意,却见开普勒不言不语,早伏在案头,又奋笔写起他的笔记:

“……这正是我16年以前就强烈希望探求的东西。我就是为这个而同第谷合作……现在我终于揭示出它的真相,认识到这一真理,这已超出我的最美好的期望。大事告成,书已写出,可能当代就有人读它,也可能后世才有人读它,甚至可能要等一个世纪才有读者,就像上帝等了六千年才有信奉者一样,这我就管不着了。”

正是:

耗尽心血流尽汗,踏破铁鞋翻群山。

十年求得一个数,灵犀只在这一点。

开普勒写完这段话,把笔一甩,拉着妻子,便推门向外跑去。阳光灿烂,清风徐徐,多瑙河波光粼粼。他惊讶地发现大自然这样美好。多少年来,他一直是在黑洞洞的宇宙里探索,今天才有空儿留心一下自己所生活的地球,所傍依多年的多瑙河。开普勒将他的“第三定律”等成果写成一本书《宇宙谐和论》于1619年出版。开普勒发现的这三条定律可真是非同小可,它使貌似杂乱的宇宙星空顿然井然有序,开普勒自己也被后人誉为天空立法者。为了便于记忆这三条重要规律,单有一首打油诗唱道:

第一定律限面积,第二定律画椭圆,

周期半径归第三,天上从此再不乱。

发现第三定律后,开普勒一生的最后目标便是赶快完成《星表》了。但是战乱不断,他只好离开林茨,坐船逆多瑙河而上来到雷根斯堡,然后将妻儿留在那里,一人到乌尔姆组织印刷,后来又举家迁到萨冈。1627年,他将这本书的样本送给皇帝。他在致皇帝的呈词中这样倾诉自己的辛酸:“……经过26年的艰辛完成了奉献给陛下的这部著作……我能说些什么呢?我就像一个坐着一艘外国轮船的人一样,船在哪儿靠岸我也只能在哪儿上岸。仅此而已,别无他求。”1629年,这部《星表》终于开始印刷,但是开普勒这时已经穷得揭不开锅了。这天晚上,他把家人叫到一起,说:“我这一辈子研究天体,总算找到了他们的和谐关系,可地球上总是这样乱哄哄的。我虽然有发现,有著作,可是现在却没有能养活你们的面包。我这一生的研究就到此为止了。明天一早,我就离开这里到林茨去,去给你们寻饭吃。那是我生活了多年的地方,那里的国会还欠我一大笔薪金,他们总不能这样拖到我死才还吧。你们在家里安心等着,我去些日子就会回来。”

说完,他特别把他的女婿,也是他最信任的助手巴尔奇叫到跟前:“孩子,这是我过去写的两行诗,假如我此去不再归来,就请用它做我的墓碑碑文吧。”这两行诗是:

我欲测天高,现在量地深。

上天赐我灵魂,凡俗的肉体安睡在地下。

第二天全家人泣涕而别。

11月初,开普勒到达雷根斯堡。三天后,他突然发烧,在大路旁的一间小旅馆里,这位曾使天上的众星俯首听命的伟人就这样在孤独和饥饿中死去。这天是公元1630年11月15日。

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