开普勒第三定律|开普勒的“建构”
读过高中物理，就会知道开普勒的行星运动三大定律，用“妇孺皆知”和形容开普勒的行星运动三大定律不为过吧。
几乎所有的教科书和科学史著作，都用“发现”一词和形容开普勒对行星运动三大定律的贡献，仿佛行星运动三大定律本身就是自然的客观事实，像一个被埋藏在宇宙深处亿万年的黄金宝藏，被开普勒这位幸运儿给发现了。
也确实，在我们所接受的自然科学领域，自然规律是客观的现实，这种客观的现实通过各种各样的自然事实和现象，逐渐被人类所认识。对未知事物的认识过程，这就是“发现”。
但问题的关键是，随着对自然界认识的逐步深入，像开普勒之类的科学家所“发现”的科学规律，是自然的真实面目吗?科学规律是自然本身吗？
对于自然，我们能知道什么？也许我们会认识，随着科技的发展，人类对自然的认识逐渐达到极致。
这是非常美好的理想！
但哲学巨擘康德认为，人类只能知道自然科学让人们认识到的东西。还是什么东西是不可认识和知道的？那就是自然本身，我们所能知道的是自然现象，是一个基于人类意识过程的表现。所以康德提出了“物自体”的概念，就是指出，在人们认识之外的，存在绝对不可认识的存在之物，这种存在之物（物自体）是现象的基础。人们承认可以认识现象，必然要承认作为现象的基础的物自体的存在。
现象学大师胡塞尔的想法更绝，他认为，即便有存在不可认识的、又是现象基础的“物自体”，那哲学就绕过它，胡塞尔称之为“悬置”。
哲学都绕过了，作为哲学婢女的科学能何为？
但科学发展历程还是在不断逼近自然的“物自体”，并没有像胡塞尔一样去逃避。
既然自然规律能被人们所认识，则自然规律仅是自然现象的一种表达方式，只能代表物自体的现象，而不是物自体本身，所有的自然规律只有算是科学家的一种“建构”，而不是“发现”。
开普勒的行星运动三大定律也就不能例外了。
1599年，赠予第谷汶岛建立“天堡”并一直资助其工作的丹麦国王腓特烈二世逝世，天才天文学家第谷又获得了波希米亚皇帝鲁道夫二世的资助，所以第谷移居布拉格，又建立了新的天文台。在人生的最后阶段，第谷遇到并邀请年轻的开普勒作为自己的助手。第二年（1601年），第谷逝世，开普勒全面接替了他的工作，获赠了第谷毕生观测的极为精确的天文资料。
开普勒的行星运动三大定律的前提是相信哥白尼的日心说，即认为太阳是宇宙的中心，而包括地球在内的其他行星在各自的轨道内围绕太阳公转。
为什么第谷有这一手翔实的天文观测资料，但不能全面支持哥白尼的日心说，而开普勒就能？
一般史家认为，这与两人对自然“形而上”的观念有所不同。
第谷是相信托勒密和亚里士多德的。托勒密和亚里士多德从来没有将天文学和自然哲学（物理学）放在一起，因为自然哲学的解释和当时的天文学之间总是存在很大的分歧，甚至这种分歧是无法弥合的。而开普勒却相信新柏拉图主义，这是一种少数派。开普勒和哥白尼一样，认为宇宙是和谐的，而地心说和他老师第谷的宇宙设计图式就缺乏和谐性。
开普勒认为自然的结构是十分简单、优雅而美丽的数学“蓝图”，这个“蓝图”是上帝设计的，并且上帝为了实现这个“蓝图”创造了世界。
于是，和谐、优美成为开普勒的全部。
古希腊数学家欧几里德已经证明，完美多面体仅有四面体（金字塔形，由4个等边三角形构成）、立方体（6个正方形构成）、八面体（由8个靠边三角形构成）、十二面体（由12个正五边形构成）、二十面体（由20个等边三角形构成）。开普勒认为，5个立体图形通过层层相互间的内切和外接，可以决定6个球体的数量和大小，所以上帝只创造了6颗行星（当时只发现水星、金星、火星、木星、土等行星）。而有以上的认识，这是开普勒遇到第谷之前的事。
有了坚定的形而上的信念，在遇到第谷之后，特别是获得了第谷的天文观测资料，建构开普勒自己的宇宙体系，就是人类逼近真实自然走近的一大步。
在其后的研究日子里，开普勒用了8年的时间，提出了支配哥白尼日心说的行星运动的两个定律，第一个定律就是：每颗行星都是在一个椭圆轨道上运动，而太阳位于椭圆其中一个焦点上。
注意！轨道是椭圆，这是个仅次于圆形的优美数学结构。
第二个定律就是相等面积定律，即行星绕太阳公转时，行星与太阳连线扫过的面积相等。
这也是绝对的优雅！哪有那么凑巧的事！
同样，第三个定律也是绝对的简洁：行星公转周期的平方与它同太阳距离的立方成正比。
理一理开普勒“构建”宇宙体系的过程：他先有一个坚定的形而上的信念，即宇宙是优雅的、和谐的；其后利用数学中的最优秀图式正金面体设计了自己的模型，再利用第谷的数据资源不断修正、丰富、定型自己的宇宙模型，建构了行星运动三大定律。
原来，自然科学是被建构出来的，不是发现！
温州市第二外国语学校 蔡呈腾
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开普勒452b 开普勒第二定律
