世界的和谐/科学元典丛书/科学素养文库

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《世界的和谐》是德国天文学家开普勒（Johannes Kepler，1571— 1630）最辉煌的一部著作，出版于1619年。读者面前的这本书，不是《世界 的和谐》的全文，只是其中的第五卷。 《世界的和谐》全书分为五卷：第一卷几何学，第二卷构型学，第三卷 形而上学，第四卷谐音学，第五卷天文学。前两卷属于基础知识介绍：第一 卷讨论圆内接正多边形的演示和构型；第二卷讨论如何把正多边形按一定的 原则配置成正多面体的组合系列，以及由此表现出来的数的和谐。这两卷均 以欧几里得的《几何原本》为蓝本，由一系列定理、公式逻辑地组成。后三 卷以前两卷的数学、构型为依据逐步展开。第三卷把与正多面体构型相对应 的数的关系，用来解释音乐中感受到的谐音（值得一提的是，在第三卷的附 录里，开普勒还大胆地把和谐的原理扩大到人间事物上，“天上地下，只要 和谐持续着，一切都生机勃勃，一旦和谐受到了干扰，一切都会杂乱无章” ，这种深刻而伟大的信念，至今仍然是人类社会和自然界运行的最高原则） ；第四卷是在确立了和谐的几何原型之后，着重寻求几何学、音乐及行星运 动间和谐比例之间的联系；第五卷说明了谐音原理也可以用行星角速度极值 来表示。 在第五卷里，开普勒提出了十个问题： 1．五种正多面体的形状； 2．五种正多面体与和谐比例的关系； 3．天体和谐所必需的天文学原理概要； 4．与行星运动相关事物中表现出和谐的比例； 5．音乐的音高或音阶，各种和谐、大调和小调，都在星星的视运动中 表现出来； 6．某音调或调式，必以某种方式表现于行星的运动； 7．六颗行星的和谐比例彼此不同，就像四声部对位； 8．四声部表现于行星运动就是女高音、女低音、男高音和男低音； 9．每颗行星运动特有的偏心率，起源于行星运动的和谐比例； 10．结语——关于太阳的一些猜想。 这十个问题在本书里分属于十章，其中第三章的标题是“研究天体和谐 所必需的天文学原理之概要”；这一章的第八节以谐音理论为依据，给出了 著名的“行星运动第三定律”（又称“和谐定律”），揭示了行星在天空运 行中的时空关系。第三定律的发现是开普勒最重要的科学成就之一，由此奠 定了他作为现代天文学的开创者的地位。 《世界的和谐》不仅是宇宙结构和谐观的壮丽诗卷，也是近代科学史上 第一个具有严谨逻辑的科学体系。开普勒所处的时代，正是科学发生伟大变 化的时期，这个时期科学正努力从古希腊和中世纪的一些科学偏见中挣脱出 来；这是一个史无前例的变革和发展的时期。正是在这关键的变革时代，开 普勒的发现为后来牛顿的伟大发现铺平了道路。 开普勒深知这本书的重要价值，所以在第五卷的序言中抑制不住自己的 欢乐写道： 出人意料的是，我惊奇地发现，这本书的几乎整个第三卷在1500年前就 已经讨论了天体的和谐。不过在那个时候，天文学还远没有成熟，托勒密通 过一种不幸的尝试，可能已经使人陷入了绝望。他就像西塞罗（Cicero）笔 下的西庇阿（Scipio），似乎讲述了一个令人惬意的毕达哥拉斯之梦，却没 有对哲学有所助益。然而粗陋的古代哲学竞能与时隔15个世纪的我的想法完 全一致，这极大地增强了我把这项工作继续下去的力量。……从18个月前透 进来的第一缕曙光，到3个月前的一天的豁然开朗，再到几天前思想中那颗 明澈的太阳开始尽放光芒，我始终勇往直前，百折不回。我要纵情享受那神 圣的狂喜，以坦诚的告白尽情嘲弄人类：我窃取了埃及人的金瓶，却用它们 在远离埃及疆界的地方给我的上帝筑就了一座圣所。如果你们宽恕我，我将 感到欣慰；如果你们申斥我，我将默默忍受。总之书是写成了，骰子已经掷 下去了，人们是现在读它，还是将来子孙后代读它，这都无关紧要。既然上 帝为了他的研究者已经等了6000年，那就让它为读者等上100年吧。 为了让读者能够更好地理解这本书，读者需要大致了解开普勒的人生经 历和他的学术思想。 一、天体的运动只不过是某种永恒的复调音乐 当读者翻到这本书的49页的时候，将会看到一段奇怪的五线谱。读者也 许会惊讶地想到：这是一阕什么乐曲？是巴赫的《勃兰登堡协奏曲》？是舒 伯特的《野玫瑰》？还是贝多芬的《第五交响曲》？也许你想问的问题还不 少，其中还会有一个共同的疑问：这本书不是讲世界的和谐吗？怎么会出现 一段五线谱？而且前后还有不少论述这些乐谱的段落。 这段乐谱在音乐史上没有什么地位，它既不是巴赫、舒伯特的作品，也 不是舒曼和贝多芬以及任何一位作曲家的作品，但在物理学史以及人类认识 宇宙的历史上，却有重大的价值。开普勒是毕达哥拉斯（Pithagoras，公元 前约560—公元前约480）的忠实信徒，对音乐和天文学之间的密切关系，有 着很深刻的看法。他在书中曾经写道： 天体的运动只不过是一首带有不谐和调音的（理智上的，而不是听觉上 的）永恒的复调音乐，犹如某种切分或终止式（人们据此模仿那些自然界的 不谐和音），趋向于固定的、被预先规定的解决（每一个结束乐句都有六项 ，就像六个声部一样），并通过那些音区分和表达出无限的时间。因此，人 类作为造物主的模仿者，最终能够发现不为古人所知的和谐歌唱的艺术，以 使其能够通过一种多声部的人造的协奏曲，用不到一个小时的短暂时间去呈 现整个时间的永恒；人通过音乐这上帝的回声而享受到天赐之福的无限甜美 ，从这种快感中他可以在某种程度上品尝到造物主上帝在自己的造物中所享 有的那种满足。 P3-5