教學(xué)案例4-6“天空立法者”的奧秘

1、教學(xué)案例4-6“天空立法者”的奧秘 開普勒(15711630)是17世紀德國的數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家。因為他發(fā)現(xiàn)了太陽系行星運動的三定律而被譽為“天空立法者”。開普勒發(fā)現(xiàn)行星運動三定律，可以說是一種高度的科學(xué)創(chuàng)造。那么，開普勒成為天空立法者的奧秘何在呢? 一般說來，作出一種科學(xué)創(chuàng)造，需要具有必備的科學(xué)素質(zhì)和多種才能。其中最基本的有兩種：一種是觀察實驗才能，一種是理論思維才能。近代科學(xué)史上，大多數(shù)第一流的科學(xué)家，這兩方面的才能都幾乎兼而有之。但是，也有另外一種情況，即有的科學(xué)家特別擅長觀察實驗，有的科學(xué)家則更加善于理論思維，彼此競存，各有千秋；一旦二者結(jié)合，便相得益彰，相映成趣，往往導(dǎo)致科學(xué)上的重大發(fā)

2、現(xiàn)。 開普勒屬于擅長理論思維的這一類科學(xué)家，他的數(shù)學(xué)才能特別高超。開普勒與他的老師丹麥天文學(xué)家第谷布拉赫的親密合作，是導(dǎo)致他發(fā)現(xiàn)行星運動三定律的重要原因。老師長于觀測，學(xué)生精于思考和計算，師生珠聯(lián)璧合，歷來被傳為佳話。 第谷布拉赫是繼哥白尼之后天文學(xué)上最重要的人物，他在天文學(xué)上的主要貢獻是專門從事實際天文觀測。那時候，望遠鏡尚未發(fā)明，天文學(xué)家只能憑肉眼來觀察天體運行情況。第谷布拉赫的觀察精度可以說幾乎達到了肉眼觀察所能達到的極限。他從1576年起直到去世，用了20多年的時間堅持不懈地從事天文觀測，積累了大批極為豐富的天文觀測資料，為天文學(xué)史貢獻了寶貴的財富。第谷布拉赫的觀測資料不僅數(shù)量之巨為過

3、去所未有，而且其準確程度之高也是空前的。 可是，第谷布拉赫卻有一個缺點，即不善于理論分析和數(shù)學(xué)計算。因此，他通過長年累月、幾十年如一日的觀測，卻得出了一個錯誤的結(jié)論，認為行星圍繞太陽轉(zhuǎn)，而太陽和其他行星又作為一個整體，來圍繞著地球轉(zhuǎn)；地球是不動的，地球是宇宙的中心。顯然，第谷布拉赫的這種理論，正是對托勒密的“地球中心說”和哥白尼的“太陽中心說”這兩種根本對立學(xué)說的折中。 第谷布拉赫生前做了兩件大事：一是為天文學(xué)的后來發(fā)展積累了極為寶貴的天文觀測資料；二是為能夠整理和利用這些資料找到了最合適的接班人。這個人，就是他年輕的德國助手約翰開普勒。 開普勒的童年是在貧病交加中度過的，很小的時候就到酒館幫

4、工，一場重病又損傷了他的視力并給他留下了一雙殘廢的手。后來，他終于得到了一個機會到蒂賓根大學(xué)學(xué)習(xí)。在大學(xué)里讀書的時候，開普勒為哥白尼的“太陽中心說”的美好和諧所深深打動。憑著他的熱情和豐富的想像力，他為哥白尼宇宙體系構(gòu)造了一種神秘的幾何模型。可是當(dāng)他繼承了第谷布拉赫的工作后，便毅然拋棄了這種杜撰出來的東西。因為這時他終于懂得了，純粹的數(shù)學(xué)想像盡管看起來非常美妙和諧，但由于它沒有任何天文觀測事實作依據(jù)，因而不會給天文學(xué)帶來任何實在的知識，充其量不過是不結(jié)果實的花朵而已。 1601年，第谷布拉赫不幸染疾辭世了。臨終前他把自己畢生辛勤勞動的成果所有的天文觀測資料全都贈給了開普勒，并且留給他一句最重要

5、的告誡： “一定要尊重觀測事實!”開普勒正是恪守老師的這一教誨并基于其觀測資料才在天文學(xué)上建立了偉大的功績的。 開普勒接受了老師的這筆珍貴的遺產(chǎn)之后，充分發(fā)揮了自己擅長理論思維的優(yōu)勢，充分發(fā)揮自己的數(shù)學(xué)才能終于發(fā)現(xiàn)了隱藏在那些雜亂無章的數(shù)據(jù)后面的自然規(guī)律，于1609年提出了行星運動的兩條定律，十年后，他又提出了第三條定律，這就是著名的行星運動三定律。 看看第谷布拉赫的那一堆茫無頭緒的數(shù)據(jù)，再來看看開普勒的這三條簡要明晰的定律，我們不能不為之拍手叫絕。如果沒有堅定的信念和理論思維的才能，那些觀測數(shù)據(jù)很可能讓人一見就心煩意亂，把它當(dāng)廢紙扔掉了，而開普勒卻不然。他利用這些資料，通過自己的辛勤勞動，揭

6、示出了大自然的奧秘。 開普勒的三定律成為天體力學(xué)的基石，標志著天文學(xué)對太陽系的認識已經(jīng)達到了一個新階段，因而他獲得了“天空立法者”的美譽。其實，他并非為天體建立了什么法則，而是把天體本身所固有的客觀法則揭示出來而已。開普勒之所以能成為“天空立法者”，究其人才素質(zhì)方面的原因，主要是因為他善于揚長避短、優(yōu)勢互補。他自己不善于觀測，就采老師之長，補自己之短，充分利用老師留下的觀測資料。同時，他充分發(fā)揮自己的理論思維能力和數(shù)學(xué)才能，對那些茫無頭緒的資料進行了加工處理。如果沒有第谷布拉赫的精確可靠的觀測資料，開普勒的理論思維就成了無源之水、無本之木；而如果沒有開普勒這一善于理論思維和具有數(shù)學(xué)才能的得力助手和繼承人，第谷布拉赫的那些觀測資料就只能是一堆雜亂無章的廢紙，顯示不出其科學(xué)價值。同時，還因為開普勒具有堅定的科學(xué)信念和堅忍不拔的毅力。 思考：1第谷布拉赫用了20多年的時間堅持不懈地從事天文觀測，積累了大量極為豐富的天文觀測資料。但是，為什么在幾十年的觀察結(jié)果的基礎(chǔ)上，卻得出了一個錯誤的結(jié)論?