教学案例4-6“天空立法者”的奥秘

1、教学案例4-6“天空立法者”的奥秘 开普勒(15711630)是17世纪德国的数学家和天文学家。因为他发现了太阳系行星运动的三定律而被誉为“天空立法者”。开普勒发现行星运动三定律，可以说是一种高度的科学创造。那么，开普勒成为天空立法者的奥秘何在呢? 一般说来，作出一种科学创造，需要具有必备的科学素质和多种才能。其中最基本的有两种：一种是观察实验才能，一种是理论思维才能。近代科学史上，大多数第一流的科学家，这两方面的才能都几乎兼而有之。但是，也有另外一种情况，即有的科学家特别擅长观察实验，有的科学家则更加善于理论思维，彼此竞存，各有千秋；一旦二者结合，便相得益彰，相映成趣，往往导致科学上的重大发

2、现。 开普勒属于擅长理论思维的这一类科学家，他的数学才能特别高超。开普勒与他的老师丹麦天文学家第谷布拉赫的亲密合作，是导致他发现行星运动三定律的重要原因。老师长于观测，学生精于思考和计算，师生珠联璧合，历来被传为佳话。 第谷布拉赫是继哥白尼之后天文学上最重要的人物，他在天文学上的主要贡献是专门从事实际天文观测。那时候，望远镜尚未发明，天文学家只能凭肉眼来观察天体运行情况。第谷布拉赫的观察精度可以说几乎达到了肉眼观察所能达到的极限。他从1576年起直到去世，用了20多年的时间坚持不懈地从事天文观测，积累了大批极为丰富的天文观测资料，为天文学史贡献了宝贵的财富。第谷布拉赫的观测资料不仅数量之巨为过

3、去所未有，而且其准确程度之高也是空前的。 可是，第谷布拉赫却有一个缺点，即不善于理论分析和数学计算。因此，他通过长年累月、几十年如一日的观测，却得出了一个错误的结论，认为行星围绕太阳转，而太阳和其他行星又作为一个整体，来围绕着地球转；地球是不动的，地球是宇宙的中心。显然，第谷布拉赫的这种理论，正是对托勒密的“地球中心说”和哥白尼的“太阳中心说”这两种根本对立学说的折中。 第谷布拉赫生前做了两件大事：一是为天文学的后来发展积累了极为宝贵的天文观测资料；二是为能够整理和利用这些资料找到了最合适的接班人。这个人，就是他年轻的德国助手约翰开普勒。 开普勒的童年是在贫病交加中度过的，很小的时候就到酒馆帮

4、工，一场重病又损伤了他的视力并给他留下了一双残废的手。后来，他终于得到了一个机会到蒂宾根大学学习。在大学里读书的时候，开普勒为哥白尼的“太阳中心说”的美好和谐所深深打动。凭着他的热情和丰富的想像力，他为哥白尼宇宙体系构造了一种神秘的几何模型。可是当他继承了第谷布拉赫的工作后，便毅然抛弃了这种杜撰出来的东西。因为这时他终于懂得了，纯粹的数学想像尽管看起来非常美妙和谐，但由于它没有任何天文观测事实作依据，因而不会给天文学带来任何实在的知识，充其量不过是不结果实的花朵而已。 1601年，第谷布拉赫不幸染疾辞世了。临终前他把自己毕生辛勤劳动的成果所有的天文观测资料全都赠给了开普勒，并且留给他一句最重要

5、的告诫： “一定要尊重观测事实!”开普勒正是恪守老师的这一教诲并基于其观测资料才在天文学上建立了伟大的功绩的。 开普勒接受了老师的这笔珍贵的遗产之后，充分发挥了自己擅长理论思维的优势，充分发挥自己的数学才能终于发现了隐藏在那些杂乱无章的数据后面的自然规律，于1609年提出了行星运动的两条定律，十年后，他又提出了第三条定律，这就是著名的行星运动三定律。 看看第谷布拉赫的那一堆茫无头绪的数据，再来看看开普勒的这三条简要明晰的定律，我们不能不为之拍手叫绝。如果没有坚定的信念和理论思维的才能，那些观测数据很可能让人一见就心烦意乱，把它当废纸扔掉了，而开普勒却不然。他利用这些资料，通过自己的辛勤劳动，揭

6、示出了大自然的奥秘。 开普勒的三定律成为天体力学的基石，标志着天文学对太阳系的认识已经达到了一个新阶段，因而他获得了“天空立法者”的美誉。其实，他并非为天体建立了什么法则，而是把天体本身所固有的客观法则揭示出来而已。开普勒之所以能成为“天空立法者”，究其人才素质方面的原因，主要是因为他善于扬长避短、优势互补。他自己不善于观测，就采老师之长，补自己之短，充分利用老师留下的观测资料。同时，他充分发挥自己的理论思维能力和数学才能，对那些茫无头绪的资料进行了加工处理。如果没有第谷布拉赫的精确可靠的观测资料，开普勒的理论思维就成了无源之水、无本之木；而如果没有开普勒这一善于理论思维和具有数学才能的得力助手和继承人，第谷布拉赫的那些观测资料就只能是一堆杂乱无章的废纸，显示不出其科学价值。同时，还因为开普勒具有坚定的科学信念和坚忍不拔的毅力。 思考：1第谷布拉赫用了20多年的时间坚持不懈地从事天文观测，积累了大量极为丰富的天文观测资料。但是，为什么在几十年的观察结果的基础上，却得出了一个错误的结论?