開普勒牛頓和現代天文學
蔣聞銘
現代科學的興起，哥白尼的日心說是前奏序曲。不過把科學分成古代現代，哥白尼的日心說， 從思維到理念，都停留在古代。 古希臘Aristarchus of Samos 的日心說，早哥白尼一千年，具體內容，和哥白尼的日心說，大同小都不異，以至於到現在，有不少人說哥白尼是嫖竊古人。這個自然是沒有的事。發明日心說，當時對哥白尼，可不是什麽千古流芳，有名有利的好事， 而是有可能掉腦袋的大麻煩。 所以《天體運行論》，要等到自己臨死前才敢拿出來發表。他這可不是自己嚇自己。後來為了這個日心說，布魯諾被送上了火刑架；伽利略識時務，一看不對勁，趕緊低頭認錯，被宗教裁判所從輕發落，判了終身監禁。
回到哥白尼的日心說。他的地球繞太陽轉的說法，當時算行星軌道的人，有的同意，有的不同意。 同意是因為算法簡單了不少，不同意是因為老辦法算不準，他的新辦法，其實還是算不準。 比如普魯士國家天文台的台長，叫第穀，就不怎麽同意。他搞折衷主義，讓行星繞太陽，太陽繞地球。不過他的觀測數據，全世界最全最好，這些數據，他死後傳到了開普勒手上。
開普勒把哥白尼的靈機一動，弄成了沒人能反對的科學理論。說起開普勒，也是奇葩。羅素在《西方哲學史》裏，對開普勒的評價很有趣。他說一個人，沒什麽聰明才智，憑著勤奮努力一根筋，再加上好運氣，能有什麽樣的成就，就看開普勒。人類幾千年，隻要問什麽最完美，答案肯定是圓。所以地心說也好，日心說也罷，大家想都不想，就認定了天體做勻速圓周運動。開普勒不知道為什麽，不愛足球偏愛橄欖球，異想天開，拿著從第穀那兒得來的數據，用橢圓去描行星的軌道。不成想真被他蒙對了，這一描，描出了開普勒行星運動的三大定律。第一大定律，是行星繞太陽轉，軌道不是圓，是橢圓，太陽在橢圓的一個焦點上；第二大定律，一定的時間段，行星和太陽連線，掃過的麵積是固定的；第三大定律，行星繞太陽一周用的時間，和它的橢圓軌道的長軸的二分之三次方成正比。開普勒的這三大定律，是近代科學史上開天辟地的大事。行星的位置用這三大定律算，怎麽算怎麽對，沒人能不同意。但是你要是問為什麽就有這三大定律，沒人答得上。事情到這裏，都還沒牛頓什麽事。
伽利略是現代天文學物理學的開山鼻祖。他貢獻最大的兩件事，第一件是發明了天文望遠鏡，第二件是爬到比薩斜塔上往下扔輕重不同的球，證明地球對表麵物體的吸引力產生的加速度，與物體的重量無關。有了這兩條，能想到太陽對地球也有吸引力，用不著是天才。問題是這個吸引力有多大，這個再想想其實也容易，質量越大，引力越強，距離越遠，吸引力就越小，自然不過。 所以後來胡克說萬有引力定律是牛頓從他那兒聽去的，也不是沒有可能。當時他是英國皇家科學院的院長，老資格，牛頓是他的後輩。
力和加速度成正比，又是從伽利略那兒來的。這時候已經有了微積分，加速度是二階導數，牛頓就寫了個方程式。 方程式寫下來，解起來不難，但是解出來一看，了不得，地球的軌道，是橢圓，開普勒的三大定律，輕而易舉都從這個方程式裏溜了出來。一個人在紙上寫了一行，倒來倒去，居然一點不差推出了行星運動的三大定律。關鍵是這幾行，給學過微積分的大學生寫在白板上，簡簡單單，大家都看得明白。
你要是說大學生都看得明白，沒什麽大不了，你就錯了。一個人從幼兒園學數數開始，小學五年，加減乘除，分數小數；初中三年，幾何代數，高中又是四年，直角坐標三角函數，才到微積分，一環扣一環，想想看是多大的一個工程。
科學的興起，現代天文學是當仁不讓的裏程碑。雖然行星繞太陽轉，地球降了格，不再是世界的中心。但是人非但沒有感到失落，反而從新興的科學理論中，找到了前所未有的自信。人在神麵前不再卑微，在自然的力量麵前感到的，不再是恐懼。人類能夠應用自己的聰明才智，去理解駕馭自然。培根說知識就是力量的時候，他表達的，是人類從科學的興起中新取得的強大無比的自信。 知識就是力量，是人類對大自然的宣戰書。人和動物不同，是因為人有智識，人類智識的最高成就，是微積分，經典力學，萬有引力定律。
現代文明，德先生賽先生，源頭是賽先生，沒有現代科學的興起，就不會有現代文明的社會。我們現在的這個物資精神無比豐富多彩的世界，都是從是微積分，經典力學，萬有引力定律這三樣那裏來的。
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