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数理化通俗演义 作者:梁衡-第章

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  火星 1。881 1。524  3。54  3。54

  木星 11。862 140。7 140。7 140。7

  土星 29。457 867。7 867。7 867。7 



  木匠的女儿自然不懂这些数字。但是现在我们却可以看出最后两列数字一模一样。开普勒做了那么多加减乘除之后,终于碰着了天体上的一个电钮,漆黑的宇宙在他的眼前忽然大放光彩。原来行星绕太阳运转时,其运转周期的平方等于它与太阳间平均距离的立方:T2=R3。这就是后来所称的“开普勒第三定律”。这是一个天文史上极伟大的发现,开普勒的“和谐“思想找到了根据,它说明太阳与其他行星决不是一室乌合之众,而是一个极严密的系统-太阳系。 



  再说开普勒的妻子将这张纸片拿在手里正不知何意,却见开普勒不言不语,早伏在案头,又奋笔写起他的笔记: 



  “…这正是我十六年以前就强烈希望探求的东西。我就是为这个而同第谷合作……现在我终于揭示出它的真相,认识到这一真理,这已超出我的最美好的期望。大事告成,书已写出,可能当代就有人读它,也可能后世才有人读它,甚至可能要等一个世纪才有读者,就像上帝等了六千年才有信奉者一样,这我就管不着了。” 



  正是: 



  耗尽心血流尽汗,踏破铁鞋翻群山。 十年求得一个数,浸卷稿纸喜若癫。 



  开普勒写完这段话,把笔一甩,拉着妻子,便推门向外跑去。阳光灿烂,清风徐徐,多瑙河波光粼粼。他惊讶地发现大自然这样美好。多少年来,他一直是在黑洞洞的宇宙里探索,今天才有空儿留心一下自己所生活的地球,所傍依多年的多瑙河。开普勒将他的“第三定律”等成果写成一本书《宇宙谐和论》于1619年出版。开普勒发现的这三条定律可真是非同小可,它使那杂乱的宇宙星空顿然井井有序,开普勒自己也被后人誉为天空立法者。为了便于记亿这三条重要规律,单有一首打油诗唱道: 



  第一定律限面积,第二定律画椭圆, 周期半径归第三,天上从此再不乱。 



  发现第三定律后,开普勒一生的最后目标便是赶快完成《星表》了。但是战乱不断,他只好离开林茨,坐船逆多瑙河而上来到雷根斯堡,然后将妻儿留在那里,一人到乌尔姆组织印刷,后来又举家迁到萨冈。1627年,他将这本书的样本送给皇帝。他在致皇帝的呈词中这样倾诉自己的辛酸:“……经过二十六年的艰辛完成了奉献给陛下的这部著作…,我能说些甚么呢?我就像一个坐着一艘外国轮船的人一样,船在那儿靠岸我也只能在那儿上岸。仅此而已,别无他求。”1629年,这部《星表》终于开始印刷,但是开普勒这时已经穷得揭不开锅了。这天晚上,他把家人叫到一起,说:“我这一辈子研究天体,总算找到了他们和谐关系,可地球上总是这样乱哄哄的。我虽然有发现,有著作,可是现在却没有能养活你们的面包。我这一生的研究就到此为止了。明天一早,我就离开这里到林茨去,去给你们寻饭吃。那是我生活了多年的地方,那里的国会还欠我一大笔薪金,他们总不能这样拖到我死才还吧。你们在家里安心等着,我去些日子就会回来。”说完,他特别把他的女婿,也是他最信任的助手巴尔奇叫到跟前:“孩子,这是我过去写的两行诗,假如我死去不能再归,就请用它做我的墓碑碑文吧。”这两行诗是: 



  我欲测天高,现在量地深。 上天赐我灵魂,凡俗的肉体安睡在地下。 



  第二天全家人泣涕而别。 



  11月初,开普勒到达雷根斯堡。三天后,他突然发烧,在大路旁的一间小旅馆里,这位会使天上的众星都俯首听命的伟人就这样在孤独和饥饿中死去。这天是公元1630年11月15日。
            


  
 



           



            




第二十四回
千里投书 亿万里外猎新星,百年假说 一夜之间变成真

--海王星的发现   上回书说到开普勒以毕生精力刚弄清天体运动的规律,便穷途潦倒死于他乡。当时人们已经逐渐发现太阳系有水、金、地、火、木、土六大行星。1781年3月13日,赫歇耳又发现了第七颗行星——天王星。人们将这些行星按照开普勒的轨道一一摆开,倒也运转得服服贴贴。各位读者,前面我们讲过,自从哥白尼1543年出版《天体运行论》,提出“日心说”以来,这新天文学经历了许多苦难。布鲁诺被焚身,伽利略被判刑,开普勒又是这般下场。几代人以血泪汗水和泥终于筑成这座科学假设之大厦,呕心沥血,现在总算摸住了规律。他们的辛苦没有白费,就是我这写书人也在替他们感到无限的欣慰。 



  但是,到1821年有个法国人布瓦德,将1781年以来四十年的天王星资料进行了一番细细推算。这一算不得了,这天王星总也进不了开普勒的轨道。他又将1781年以前的观察资料(当时人们是将它错当恒星记录的)再算一遍,又是另一个轨道。事情又过了十年即1830年,有人将天王星的轨道再算一遍,却又是第三种样子。这下,已平静二百来年的天文界又哗然起来,难道是哥白尼的假设、开普勒的“立法”都错了?如果不错,那只有一种解释,就是天王星外还有一颗未发现的新星通过引力在影响它的轨道。但是经过八十年的探索,却杳无踪影。你想,天王星距太阳约28亿公里,绕太阳一周,要用84年,如果它的轨道外再有一颗星,找起来真是大海捞针了。 



  19世纪40年代,几乎全世界的天文学家都在为找这个暗藏的调皮鬼而绞尽脑汁。原来在宇宙中,这一颗星会对附近的另一颗星的运行轨道发生影响,这叫摄动。根据开普勒等人在理论上的发现,在当时对已知星计算摄动是不成问题的。现在要反过来,靠这么一点点的摄动就要去推算那颗未知的新星,这里面有许多的未知数,简直无从下手。所以寻找这颗新星既像是要去抱一个金娃娃使人急不可待;又像是要去捉一只虎,叫人想而生畏。一时整个天文界,整个天文体系,都让这颗星搅得心神不安。1846年9月23日,德国柏林天文台的老台长加勒正坐在自己的办公室里,侍者送进来一封信。此信是从法国寄来的,落款是一个陌生的名字:勒维烈。是谁又来向他求教甚么呢?可是当他仔细一读,不觉大吃一惊: 



  “尊敬的加勒台长:请你在今天晚上,将望远镜对准摩羯座δ星(中文垒壁阵四)之东约5°的地方,你就会发现一颗新星。它就是你日夜在寻找的那颗末知行星,它小圆面直径约3角秒,运动速度每天后退69角秒。(一周天360度,1度=60角分,l角分=60角秒。)……”



  满头银发的加勒读完信,不禁有点发愣。他心里又惊又喜,是谁这么大的口气,难道他已观察到这颗星?不可能,这个未出名的小人物不会有多么好的观察设备,可是他又怎么敢预言得这么具体? 



  好不容易,加勒和助手们熬到天黑,便忙将望远镜对准那个星区。果然发现一个亮点,和信中所说的位置相差不到一度。他眼睛紧贴望远镜,一直看了一个小时,这颗星果然后退了3角秒。“哎呀!”这回加勒台长跳了起来。那个陌生人竟预言得1角秒不差!大海里的针终于捞到,加勒和助手们狂呼着拥抱在一起。几天后他们向全世界宣布;又一颗新行星发现了!它的名字取做:海王星。 



  一个月后,加勒匆匆赶到巴黎,按着地址找到一个实验室里,急切地要见那个叫勒维烈的写信人。这里,桌边一位30岁左右的小伙子羞涩地站起说:“如果我没有猜错。你就是从柏林来的加勒先生,我就是给你写信的勒维烈。”加勒这回更加惊诧,万没料到指导他发现海王星的竟是这么一个年轻人。他一下扑上去,和他紧紧地拥抱,然后迫不及待地说:“你太伟大了,太了不起了,请让我参观一下你的仪器,你的设备。”小伙子还是羞涩地笑了笑,从抽屉里取出一大本计算稿纸说:“我是用笔算出来的。” 



  “请您介绍一下您的算法。”



  “其实也没有甚么。我研究了一下其他行星与太阳的距离,木星、土星和天王星轨道的半径差不多后一个都是前一值的二倍,假设未知星半径也是天王星的两倍,列出方程。算出的结果和观察当然有误差,经过修正,再算、再修正、再计算,逐步逼近。”



  “算了多长时间?”



  “我也记不清了,大概有好几年。”



  “就这样直算到误差小到一角秒?”



  “嗯,”勒维烈又是羞涩地点了一下头。 



  “小伙子,有毅力。这颗星终于让你摘去了。“加勒仔细地审查了这堆稿纸:共33个方程。这位老天文学家流泪了。他冒着寒风在星空下观察了一辈子而不得其果,这个未出芽庐的小伙子却用一支笔将结果精算于帷幄之中。科学的假设,科学的理论一旦建立,竟有如此伟大的神力啊! 



  正是: 



  大海拉网苦办法, 明人顺藤来摸瓜。 巧用理论去指南, 岂肯盲人骑瞎马。 



  发现海王星的消息传开,英国皇家天文台急急忙忙查找自己的资料,这时才发现正好也是一年前的9月里就有个叫亚当斯的青年计算出这颗新星的位置,并将结果转告给台长。但这位皇家台长瞧不起这个23岁的无名小卒,根本没有做认真的观察,以至在这场重要的竞争中,使法国人和德国人捷足先登(不过后来在科学史上倒也承认这海王星是他们两家同时发现的,勒维烈和亚当斯也成了好友。他们后来分别担任了巴黎天文台和剑桥大学天文台的台长)。哥白尼、开普勒的�
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