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(jì)德國的數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家。因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了太陽系行星運(yùn)動(dòng)的三定律而被譽(yù)為“天空立法者”。開普勒發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，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(yùn)動(dòng)三定律的重要原因。老師長于觀測，學(xué)生精于思考和計(jì)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(xiàn)是專門從事實(shí)際天文觀測。那時(shí)候，望遠(yuǎn)鏡尚未發(fā)明，天文學(xué)家只能憑肉眼來觀察天體運(yùn)行情況。第谷布拉赫的觀察精度可以說幾乎達(dá)到了肉眼觀察所能達(dá)到的極限。他從1576年起直到去世，用了20多年的時(shí)間堅(jiān)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(xiàn)了寶貴的財(cái)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(zhǔn)確程度之高也是空前的。 可是，第谷布拉赫卻有一個(gè)缺點(diǎn)，即不善于理論分析和數(shù)學(xué)計(jì)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(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論，認(rèn)為行星圍繞太陽轉(zhuǎn)，而太陽和其他行星又作為一個(gè)整體，來圍繞著地球轉(zhuǎn)；地球是不動(dòng)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(gè)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(shí)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(gè)機(jī)會(huì)到蒂賓根大學(xué)學(xué)習(xí)。在大學(xué)里讀書的時(shí)候，開普勒為哥白尼的“太陽中心說”的美好和諧所深深打動(dòng)。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?？墒钱?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?yàn)檫@時(shí)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(shí)作依據(jù)，因而不會(huì)給天文學(xué)帶來任何實(shí)在的知識(shí)，充其量不過是不結(jié)果實(shí)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(dòng)的成果所有的天文觀測資料全都贈(zèng)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(shí)!”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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jiān)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(dòng)，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(biāo)志著天文學(xué)對太陽系的認(rèn)識(shí)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)新階段，因而他獲得了“天空立法者”的美譽(yù)。其實(shí)，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?yàn)樗朴趽P(yáng)長避短、優(yōu)勢互補(bǔ)。他自己不善于觀測，就采老師之長，補(bǔ)自己之短，充分利用老師留下的觀測資料。同時(shí)，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(jìn)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(jià)值。同時(shí)，還因?yàn)殚_普勒具有堅(jiān)定的科學(xué)信念和堅(jiān)忍不拔的毅力。 思考：1第谷布拉赫用了20多年的時(shí)間堅(jiān)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(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論?