第56章 開普勒：天空立法者的傳奇人生與科學貢獻
一、早年及求學時期
約翰內斯·開普勒於1572年1月6日（儒略曆1571年12月27日）出生在神聖羅馬帝國的威爾德斯達特，這是一個位於今天德國巴登-符騰堡州的小城，距離斯圖加特市中心約30公里。開普勒出生在一個已經日漸衰落的家庭，他的祖父西博爾德·開普勒曾是這個城鎮的市長，但到了開普勒出生時，家族的財富和地位已大不如前。開普勒的父親海因里希·開普勒為了謀生，成為了一名雇傭兵，當開普勒5歲時，海因里希離開了家庭，據說後來在荷蘭的八十年戰爭中喪生。開普勒的母親凱瑟琳娜·古爾登曼是一位旅店老闆的女兒，同時也是一名醫生和草藥商。開普勒是早產兒，童年時體弱多病，但他的數學天賦卻常常讓外祖父旅館里的客人感到驚訝。
開普勒從小對天文學產生了濃厚的興趣。6歲時，他目睹了1577年的大彗星，這次經歷給他留下了深刻的印象，他後來回憶說，他「被媽媽帶到一處高地看彗星」。9歲時，他又觀察到了1580年的月食，並記錄道他記得自己被「叫到門外」看月食，月亮「看起來非常紅」。然而，童年時患上的天花使他的視力受損，雙手也有殘疾，這在一定程度上限制了他進行天文觀測的能力。
儘管身體條件不佳，開普勒依然展現出了非凡的學術才華。1589年，他進入了圖賓根大學的圖賓根神學院，開始接受系統的教育。在圖賓根神學院，他師從維塔斯·穆勒學習哲學，跟隨雅各布·黑爾布蘭德學習神學。雅各布·黑爾布蘭德是菲利普·梅蘭希通在威登堡的學生，而邁克爾·馬斯特林則在1590年成為圖賓根大學的校長。馬斯特林不僅是開普勒的老師，也是哥白尼日心說的堅定支持者。在馬斯特林的引導下，開普勒接觸到了托勒密的地心說和哥白尼的日心說。通過對這兩種體系的深入研究，開普勒逐漸成為了哥白尼日心說的堅定支持者。
在圖賓根大學，開普勒不僅在學術上取得了顯著成就，還在占星術方面展現了驚人的才能。他經常為同窗占星，贏得了廣泛的好評。儘管他內心深處渴望成為一名牧師，但命運卻將他引向了另一條道路。1594年，即將完成學業的開普勒被推薦擔任格拉茨新教學校的數學與天文學教師。面對這一突如其來的機遇，開普勒猶豫不決，但他最終決定接受這一職位，希望能在教學中繼續追求自己的科學夢想。1594年4月，年僅23歲的開普勒正式開始了他在格拉茨的教學生涯。
二、與芭芭拉·穆勒的婚姻
1595年12月，約翰內斯·開普勒被介紹給了一位名叫芭芭拉·穆勒（BarbaraMüller）的23歲寡婦。芭芭拉是一位帶著幼小女兒吉瑪·德威納維爾德（GemmavanDvijneveldt）的年輕女性，她已經結過兩次婚。穆勒不僅繼承了她前兩任丈夫的財產，還是一位成功磨坊老闆的女兒，擁有一定的社會地位和經濟實力。開普勒在被介紹給芭芭拉后，很快就開始向她求愛。
儘管開普勒出身於一個曾經顯赫的家族，他的祖父西博爾德·開普勒曾是威爾德斯達特的市長，但到開普勒這一代，家族的財富和地位已經大不如前。開普勒本人雖然在學術上表現出色，但在經濟上卻相當貧困。因此，當開普勒向芭芭拉求婚時，她的父親約布斯特（JobstMüller）最初表示反對。約布斯特認為，儘管開普勒有著高貴的身份，但他的貧困使他與芭芭拉不般配。開普勒的貧困狀況確實是一個現實問題，因為他當時的收入主要來自他在格拉茨新教學校的教職，這遠遠不足以支撐一個家庭的生活。
然而，開普勒並沒有放棄。他在1596年完成了他的第一本重要著作《宇宙的奧秘》（MysteriumCosmographicum），並在同年出版。這本書為他贏得了聲譽，也使他的學術地位得到了提升。約布斯特看到開普勒在學術上的成就后，開始動了憐憫之心，對這樁婚事的態度有所軟化。但是，婚約的進展並不順利，因為開普勒在書的出版過程中需要處理許多事務，這使得他不得不頻繁外出，導致婚約一度瀕臨破裂。
幸運的是，幫忙說媒的教會官員介入了這場糾紛。他們認為這樁婚事對雙方都有好處，因此施加壓力，迫使穆勒一家遵守他們的協議。最終，經過一番波折，開普勒和芭芭拉的婚事得以成行。1597年4月27日，他們在格拉茨舉行了婚禮，正式結為夫妻。
婚後，開普勒和芭芭拉的生活並不平靜。他們在婚姻的早年面臨了許多挑戰。1597年，他們的第一個孩子海因里希（Heinrich）出生，但不幸的是，海因里希在襁褓中夭折了。1598年，他們的第二個孩子蘇珊娜（Susanna）出生，同樣也在嬰兒期夭折。這對年輕的夫婦深受打擊，但他們的關係也因此更加牢固。開普勒在學術上的不斷進步，也為家庭帶來了更多的希望。
1602年，他們的第三個孩子，女兒蘇珊娜（Susanna）出生，這次孩子健康地成長起來。1604年，他們的第四個孩子，兒子弗里德里希（Friedrich）出生。1607年，他們的第五個孩子，另一個兒子也出生了。儘管生活中的困難重重，但開普勒和芭芭拉的努力和堅持使他們的家庭逐漸穩定下來。
三、格拉茨時期的研究
《宇宙的奧秘》出版后，開普勒在格拉茨新教學校督導的支持下，開始了雄心勃勃的計劃，旨在進一步發展和完善他的作品。他計劃編寫四部新的書籍：第一部關於宇宙的靜止天體（太陽和固定的恆星）；第二部關於行星及其運動；第三部關於行星的物理屬性與地理特徵的形成（特別側重於地球）；第四部關於天空對地球的影響，涵蓋大氣光學、氣象學和占星術。這一系列計劃顯示了開普勒對天文學和相關領域的全面興趣和深入研究的決心。
為了實現這些目標，開普勒積極收集了許多他曾贈送《宇宙的奧秘》的天文學家們的意見。其中，魯道夫二世的皇家數學家瑞瑪奴斯·烏爾蘇斯（ReimarusUrsus），又名尼古拉斯·賴默斯·柏爾（NicolausReimersB?r），是第谷·布拉赫的激烈競爭對手。烏爾蘇斯沒有直接回復開普勒，而是重新發表了開普勒的奉迎信，以尋求在與第谷關於第谷體系爭論中的優勢。儘管這一行為給開普勒帶來了一些負面影響，但第谷還是開始與開普勒通信，一開始便對開普勒的體系進行了嚴厲但合理的批判。
在第谷的批評中，他特別指出了開普勒使用哥白尼不準確的數據的問題。第谷認為，只有通過更精確的觀測數據，才能驗證和改進現有的天文學理論。通過書信往來，第谷和開普勒就廣泛的天文學問題進行了深入討論，特別是關於月相和哥白尼學說的神學活力。然而，由於缺乏第谷天文台提供的更精確的數據，開普勒在許多議題上無法取得突破。
面對數據不準確性的限制，開普勒將精力轉向了年代學和「和諧」研究，即音樂、數學及物質世界之間的命理關係，以及它們的占星結果。他假設地球擁有某種精神（一種他後來用於解釋太陽引起行星運動的屬性），並建立了一個將佔星內容和天文距離與天氣及其他地球現象聯繫起來的推測系統。這一時期的開普勒不僅在天文學領域進行探索，還嘗試將佔星術與天文學結合起來，以期找到更深層次的自然規律。
然而，到了1599年，開普勒的工作受到了多重挑戰。一方面，數據的不準確性嚴重限制了他的研究進展；另一方面，不斷增長的宗教緊張氣氛威脅到了他在格拉茨的工作。1599年底，第谷邀請開普勒前往布拉格會面。開普勒意識到這是一個難得的機會，可以藉助第谷的資源和數據來解決他面臨的哲學、社會和經濟問題。因此，1600年1月1日，甚至在他收到正式邀請函之前，開普勒就啟程前往布拉格。
四、效力於第谷·布拉赫
1600年2月4日，約翰內斯·開普勒在伊澤拉河畔貝納特基（距離布拉格約35公里）見到了第谷·布拉赫及其助手弗朗茨·滕納格爾（FranzTengnagel）與朗高蒙田納斯（ChristenS?rensenLongomontanus）。伊澤拉河畔貝納特基是第谷的新天文台所在地。開普勒以客人的身份在這裡住了兩個月，期間他分析了第谷的一些火星觀測數據。第谷對開普勒的理論思想印象深刻，但對他的數據保護得非常嚴格。儘管如此，第谷還是逐漸給了開普勒更多的接近空間，讓他能夠更深入地研究這些珍貴的觀測數據。
開普勒計劃利用火星數據來測試他在《宇宙的奧秘》中的理論，但他預計這項工作將花費兩年時間，因為第谷不允許他簡單地複製數據。在約翰內斯·傑森紐斯（JohannesJessenius）的幫助下，開普勒嘗試與第谷協商一個更為正式的雇傭安排，但協商在激烈的爭吵中破裂。於是，開普勒在4月6日前往布拉格。然而，不久之後，開普勒和第谷很快就和解了，並最終就工資和生活安排達成了協議。6月，開普勒回到格拉茨去接他的家人。
然而，格拉茨的政治和宗教緊張局勢使開普勒無法立即回到第谷的天文台工作。為了繼續他的天文學研究，開普勒以數學家的身份向斐迪南大公（ArchdukeFerdinand）尋求了一份工作。為此，他專門寫了一篇文章給斐迪南，提出了一個月球運動力學理論：「地球上有一種力量，引起了月球的運動。」雖然這篇文章並未使他在斐迪南宮廷獲得職位，但詳細介紹了一種測量月食的新方法。開普勒將這種方法應用於1600年7月10日格拉茨的月食天象，這些觀察成了他進行光學規律探索的基礎。他後來在《天文學的光學需知》（AstronomiaeParsOptica）中詳細闡述了這些研究成果，這是他光學探索的頂峰。
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1600年8月2日，開普勒和他的家人因拒絕皈依天主教而被驅逐出格拉茨。幾個月後，開普勒及他的家人來到了布拉格。幾乎整個1601年，開普勒都得到了第谷的直接資助。第谷安排他分析行星觀測結果，並編寫反對對手烏爾蘇斯的小冊子。儘管第谷對開普勒的才華十分賞識，但他的突然離世卻給開普勒的未來帶來了不確定性。
1601年10月24日，第谷出人意料地逝世了。兩天後，開普勒被委任為第谷的繼任者，擔任皇家數學家，負責完成第谷未完成的工作。第谷在去世前曾提議編纂新的星表《魯道夫星表》，以取代伊拉斯謨·賴因霍爾德（ErasmusReinhold）所作的《普魯士星表》。開普勒被委任為這一項目的合作者，負責繼續這項重要工作。
五、皇帝魯道夫二世的顧問
作為皇家數學家，約翰內斯·開普勒的主要職責是向皇帝魯道夫二世提供占星術方面的建議。儘管開普勒對同時代占星家對未來或特定神學事件進行準確預言的努力持懷疑態度，但他在圖賓根大學求學期間就已經展示出極高的占星水平，深受朋友、家人和贊助人的歡迎。在布拉格，開普勒不僅為盟國和外國領導人占星，還經常在皇帝遇到政治麻煩時提供諮詢建議。魯道夫二世對許多宮廷學者的工作有著積極的興趣，尤其是對鍊金術士的研究，他也密切關注開普勒在物理天文學方面的工作。
魯道夫二世是一位對科學和藝術充滿熱情的皇帝，他的宮廷聚集了許多當時最傑出的學者和藝術家。儘管布拉格正式認可的宗教教義是天主教和主穩健派，但開普勒憑藉他在宮廷的地位，可以自由地信仰路德教而不受阻礙。這一點對開普勒來說非常重要，因為他的宗教信仰一直是他生活中的一個重要部分。
儘管皇帝名義上為開普勒及其家庭提供了豐厚的收入，但由於皇家國庫開支過度，實際獲得足夠的資金以應對經濟負擔仍然需要不斷爭取。這部分經濟困難對開普勒的家庭生活造成了很大的影響。他和妻子芭芭拉的關係並不總是和睦的，家庭生活中經常出現爭吵和疾病。芭芭拉的健康狀況一直不佳，加上孩子們的頻繁生病，使開普勒在家庭和工作之間倍感壓力。
然而，宮廷生活也為開普勒帶來了許多寶貴的機會。他有機會與其他著名學者接觸，這些學者包括約翰內斯·馬修斯·瓦克·瓦克亨菲爾斯（JohannesMatth?usWackhervonWackhenfels）、喬斯特·伯奇（JostBürgi）、大衛·法布里希斯（DavidFabricius）、馬丁·巴查傑克（M.Bachazek）以及約翰內斯·布倫格（JohannesBrengger）。這些學者的交流和合作極大地促進了開普勒的天文學研究。
例如，喬斯特·伯奇是一位傑出的數學家和鐘錶製造者，他發明了對數尺，這為開普勒的計算工作提供了極大的便利。大衛·法布里希斯是一位天文學家，他發現了米哈伊爾星（Mira），並與開普勒保持密切的通信，分享觀測數據。馬丁·巴查傑克和約翰內斯·布倫格也在不同的領域對開普勒的研究給予了支持和幫助。
在這樣的環境中，開普勒的天文學工作進展迅速。1609年，他發表了《新天文學》（AstronomiaNova），在這本書中提出了行星運動的第一定律（軌道定律）和第二定律（面積定律）。他指出，行星繞太陽運動的軌道是橢圓形的，太陽位於橢圓的一個焦點上；行星在軌道上運動時，連接行星和太陽的直線在相等的時間內掃過的面積相等。這兩條定律徹底改變了人們對行星運動的理解，為後來的科學研究奠定了基礎。
1619年，開普勒在《宇宙諧和論》（HarmonicesMundi）中發表了行星運動的第三定律（周期定律）。他指出，行星公轉周期的平方與其軌道半長軸的立方成正比。這一定律不僅適用於太陽系內的行星，還適用於其他天體系統，如行星-衛星系統和雙星系統。開普勒的這三大定律最終使他贏得了「天空立法者」的美譽。
此外，開普勒在光學和數學領域也做出了重要貢獻。1604年，他發表了《光學》（AstronomiaeParsOptica），在這本書中，他詳細研究了光線的傳播和折射規律，提出了透鏡成像的原理，為現代光學的發展奠定了基礎。他還發明了一種改進的望遠鏡，被稱為「開普勒望遠鏡」，這種望遠鏡使用兩個凸透鏡，比伽利略望遠鏡具有更大的放大倍數和更寬的視野。
六、家庭不幸
1611年，布拉格的政治與宗教緊張關係達到了白熱化的程度。皇帝魯道夫二世的健康狀況也在衰退，被他的弟弟馬蒂亞斯逼迫退位，失去了波西米亞王國國王的職位。在這種動蕩的局勢中，魯道夫二世和馬蒂亞斯都尋求開普勒的占星術建議。開普勒利用這個機會向他們提出了和解的政治建議，儘管這些建議與星象關係不大，主要是勸阻雙方採取激烈行動的一般陳述。然而，很明顯，開普勒在馬蒂亞斯宮廷的前景已經變得黯淡。
與此同時，開普勒的家庭也遭受了一系列不幸。1611年，他的妻子芭芭拉感染了匈牙利斑疹熱，病情突然發作。當芭芭拉正在康復時，開普勒的三個孩子都患了天花。其中，年僅6歲的兒子弗里德里希最終夭折，這對開普勒和芭芭拉來說是一個巨大的打擊。面對家庭的悲痛和個人前途的不確定，開普勒開始尋找新的出路。他寫信給紐倫堡和帕多瓦的潛在贊助人，希望能夠找到更好的工作機會。
圖賓根大學擔心開普勒已經接觸了違反《奧格斯堡信綱》與《協同信條》的加爾文主義異端學說，因此阻止他回歸。而帕多瓦大學在即將去世的伽利略的推薦下，希望開普勒能夠填補數學教授職位的空缺。然而，開普勒不願意讓他的家庭離開德國的領土，因此他選擇了奧地利的林茨，確定在這裡擔任教師和教區數學家。
然而，芭芭拉的病情再次複發。當開普勒回到家中時，芭芭拉的病情已經非常嚴重，不久后便去世了。
七、皇帝馬蒂亞斯的重新聘用
開普勒推遲了搬到林茨的計劃，繼續留在布拉格直到魯道夫二世於1612年初去世。同時遭遇了政治劇變、宗教緊張以及家庭悲劇（以及關於他妻子財產的法律糾紛），開普勒無法繼續做研究。所以他將他的書信及早期的作品拼湊成了一份編年手稿《編年紀選集》（EclogaeChronicae）。在馬蒂亞斯繼任神聖羅馬帝國皇帝之後，馬蒂亞斯重新確認了開普勒皇家數學家的職位（及薪奉）並允許他搬到林茨。
八、林茨的開普勒雕像
在林茨，開普勒的主要職責是在教區學校任教並提供占星術和天文學服務。在那裡的頭些年，相比在布拉格的生活，他的經濟條件更寬鬆，宗教更自由，雖然鑒於他神學上的顧慮，路德會教堂禁止他參加聖餐。公元1613年，他在林茨發表的第一部作品為《德維羅紀元》，該作品對耶穌誕生的年份進行了進一步的闡釋。他還參加審議，確定是否將教宗格列高利十三世（PopeGregoryXIII）的改革曆法引入德國的新教徒地區。同年，他還寫了影響巨大的數學著作《求酒桶體積之新法》（Novastereometriadoliorumvinariorum）。該著作發表於1615年，介紹了測量容器容積的方法，如酒桶[3]。
九、第二段婚姻
1613年10月30日，開普勒娶了24歲的蘇珊娜·羅伊特林格（SusannaReuttinger）。在其第一任妻子芭芭拉死後，開普勒在兩年間已經考慮了11個不同的對象（做決定的過程後來成了婚姻問題）[13]。他最終回過頭來選擇了羅伊特林格（第五個對象）。開普勒曾寫道，「她用愛、謙遜的忠誠、節儉持家、勤勞及給繼子們的愛俘獲了我」。他這段婚姻的前三個孩子格麗塔·里賈納（MargaretaRegina）、凱塔琳娜與西博爾德（Sebald）在童年時代就夭折了。另外三個孩子存活下來並長大成人：克爾杜拉（Cordula，生於1621年）、弗里德曼（Fridmar，生於1623年）、希爾伯特（Hildebert，生於1625年）。根據開普勒傳記的作者，開普勒這段婚姻比第一段幸福[3]。
十、經濟糾紛及母親的巫審案
1615年，一個與開普勒的弟弟克利斯朵夫（Christoph）產生經濟糾紛、名叫厄休拉·萊因戈爾德（UrsulaReingold）的女子，聲稱開普勒的母親卡塔琳娜用一種邪惡的飲料致使她生病。之後，爭吵升級。1617年，卡塔琳娜被控施行巫術，女巫審判在該時期的中歐非常普遍。從1620年8月開始，她被囚禁了14個月。1621年10月，她被釋放，一部分原因是開普勒所進行的廣泛的法律辯護。原告沒有證據，只有謠言。卡塔琳娜遭受了言語恫嚇（形象描述等待她的、施予女巫的折磨），以最終逼迫她認罪。在這次審判期間，開普勒推遲了他的其它工作，轉而專註於他的「和諧理論」，並在1619年發表了他的作品《世界的和諧》。[3]
十一、不成功的曆法
作為《魯道夫星表》及其相關星表的副產品，開普勒發表了天文曆法，這套曆法非常受歡迎，並抵消了他創作其它作品的費用，特別是當皇家國庫的資助被中止后。根據他的曆法，1617年-1624年間的6年中，開普勒預測了行星位置和天氣以及政治事件，後者經常非常準確，得益於他敏銳的掌握了那個時期政治與神學的緊張關係。然而到1624年，緊張關係的升級以及預言的不準確意味著給開普勒自身帶來的政治麻煩，他最後的曆法在格拉茨被公開燒毀。[3]
十二、三十年戰爭與晚年
神聖羅馬帝國皇帝馬蒂亞斯（1612年～1619年在位）企圖在波希米亞（今捷克）恢復天主教，指定斐迪南二世為波希米亞國王。斐迪南二世下令禁止布拉格新教徒的宗教活動，拆毀其教堂，並宣布參加新教集會者為暴民。1618年5月23日，武裝暴徒衝進王宮，把皇帝的欽差從窗口拋入壕溝，史稱「擲出窗外事件」，三十年戰爭正式開始。1628年，隨著皇帝斐迪南二世（FerdinandII）的軍隊在華倫斯坦將軍的指揮下獲得軍事上的勝利，開普勒成為華倫斯坦的官方顧問。雖然本質上不是將軍府的占星家，但是開普勒為華倫斯坦的占星家們提供天文學計算，並偶爾為華倫斯坦本人撰寫天宮圖。在他生命的最後幾年，開普勒花了很多時間旅行，從布拉格皇宮到林茨，從烏爾姆到薩根臨時的家，以及最後到雷根斯堡。到雷根斯堡不久以後，開普勒就患病了。他於1630年11月15日去世，並安葬在那裡，之後墓地被瑞典軍隊毀壞。