一六〇一年,布拉格。丹麦天文学家第谷·布拉赫病倒了。他把自己一生积累的、当时最精确的天文观测数据,托付给了一位年轻助手——约翰内斯·开普勒。开普勒接手时,并不知道这堆数字将改变人类对宇宙的认知。他只是想验证自己一个执着的信念:宇宙一定存在某种和谐的数学法则。
开普勒一五七一年生于德国,年轻时信仰哥白尼的日心说,坚信行星的运行一定遵循某种完美的几何规律。他先分析火星的轨道——这是第谷数据中误差最大、最让人头疼的一颗行星。
他用匀速圆周运动加偏心圆计算,一次次尝试,一次次失败。四年里,他做了近七十种不同的轨道计算,每一种都不能与第谷的观测吻合。有一次,他的计算结果与观测值相差八弧分。八弧分听起来很小,但开普勒知道,第谷的观测精度是一到两弧分。八弧分,意味着他的模型从根本上就错了。他面临一个痛苦的选择:是相信自己的信念,还是相信第谷的数据?他选择了数据。
他放弃了统治人类思想两千年的「匀速圆周运动」假设,尝试用别的几何曲线来描述火星的轨迹。他先发现面积定律:行星与太阳的连线在相等时间内扫过相等面积,这意味着行星近日点走得快、远日点走得慢。接着他发现,火星轨道不是圆而是椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。这就是行星运动第一定律和第二定律,一六〇九年发表在《新天文学》一书中。
可他不满足。他要把所有行星都纳入同一个法则。他又苦算了九年,终于在一六一八年找到了第三条定律:行星公转周期的平方,等于轨道半长轴的立方。这条定律发表在一六一九年的《世界的和谐》一书中。三条定律的发现,为经典天文学奠定了基石。几十年后,牛顿就是站在开普勒的肩膀上,推导出了万有引力定律。
开普勒的人生并不顺遂。他一生贫困,早年丧父,第一段婚姻中多个孩子夭折。最折磨人的是母亲的官司:一六一五年,他七十岁的母亲卡塔琳娜被人诬告施行巫术。案件拖了好几年,一六二〇年八月老人被逮捕,戴上镣铐关进大牢,面对猎巫运动里惯用的刑讯恐吓。开普勒放下研究,亲自赶到符腾堡为母亲辩护,搜集证据、逐条驳斥四十九项指控,写成长达一百二十八页的辩护文书。母亲在威逼下始终没有认罪,一六二一年获释,出狱几个月后去世。为了养家,他还长期靠编制占星历书糊口,但他把占星术称作「天文学愚蠢的小女儿」,只是那个年代天文学家不得已的生计。他在一六二七年出版了《鲁道夫星表》,根据行星运动定律和第谷的数据编制,精度前所未有,后来天文学家一直用到十八世纪。一六三〇年,他在催讨欠薪的途中病逝,享年五十九岁。
❝真正改变世界的发现,往往不是靠灵光一闪,而是靠一个人对着一堆数据,死磕了二十年。❞