天体的音乐与世界的和谐

水印

现代天文学的开创者开普勒（J.Kepler,1571—1630）说：“天体的运动只不过是某种永恒的复调音乐而已”，在他的代表作《世界的和谐》一书中更是使用了大量的音乐语言和乐谱图，让人不禁感慨：“此曲只应天上有”。为什么一本揭秘宇宙天体规律的书，会这么具有艺术感呢？这还要从天文学史上的几个大人物说起。
毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前580—前500）曾经说道:“万物皆数。”影响深远的毕达哥拉斯学派们相信：行星和恒星的运动是一个完美的图形，是最漂亮、最完美的几何图形。这就给17世纪之前的天文学带来了许多混乱。例如，虽然在中国很早就进行了卓越地天文学观测，但被 “天空是完美的”这一思想束缚，导致中国天文学的发展长期停留在观察和记录的初级阶段。然而，对大多数仰望星空的西方学者来说，16世纪仍然是激动人心的年代，统治了天文学界几乎1400年的托勒密(C. Ptolemy，90—168) “地心说”，终于遭遇了前所未有的颠覆，迎来了物理学中的第一场科学革命。
掀起这场革命的哥白尼(N.Copernicus，1473—1543)迅速占据了天文学研究的制高点。当时流行的柏拉图主义强调数学、简单性和完美性，而在托勒密复杂的体系中，显然缺少了这种和谐或优美。正如“奥卡姆剃刀”理论警告的那样：“若无必要，勿增实体。”哥白尼在寻到一个在数学上更为优美的解释体系：如果太阳处于地球和行星的中心，那么一切看上去既美丽又精致！
哥白尼的“日心说”使人愉悦，但是仅仅凭借推理的力量，而没有观测的验证，很难令人相信这就是宇宙运作的真相，尤其当人们坚信地球作为人类的活动家园，宗教又赋予了它神圣的、优越的地位之时。在哥白尼死后的第三年，一位具有传奇色彩的天文观测家——第谷（T. Brahe，1546—1601）诞生了。
此时，许多向来被认为是理所当然的东西突然间开始受到了质疑，人们也会看见一些奇观，比如彗星。第谷进行了大量的观测，遗憾的是，这位出色的观测家仍然不相信哥白尼“日心说”，而是提出了自己的折中体系——把托勒密体系与哥白尼体系综合在一起：行星绕太阳旋转，而太阳绕地球旋转。
精通数学的开普勒吸引了第谷。除了这一点，开普勒当然还有其他优点。如捷克作家布诺德（M. Brod）在他的《第谷·布拉赫的赎罪》（The Redemption of Tycho Brahe）一书中所写：“开普勒的全心全意致力于实验工作、完全不理会叽叽嚓嚓的谄言的宁静心理，在第谷看来，就几乎是一种超人的品质。”而此时的开普勒虽然已经于1596年出版了他的第一本书《宇宙的奥秘》（Mysterium Cosmographicum），并于1597年结婚。但婚后的生活并不像他希望的那样顺利，儿子和女儿都在出生后不久因病夭亡，国家不同教派之间打得不可开交，母亲被指控为女巫而受到审判……这一切都让开普勒感觉到无穷的痛苦。正是第谷给他带来了一线希望。第谷写信邀请他到布拉格鲁道夫二世的皇宫里，一起从事天文观测。第谷在信中写道： “来吧，作为朋友而不是客人，和我一起用我的仪器观测。” 1600年2月4日，开普勒抵达布拉格。然而，开普勒在布拉格的生活一度非常贫困，他名义上是德国皇帝宫廷天文学家，却长达20年拿不到薪水。1630年，无法养家糊口的开普勒只好亲自去雷根斯堡向国会讨薪。不幸的是，由于饥寒交迫，刚到雷根斯堡他就病倒了。同年11月，开普勒含悲去世。但开普勒同时又是幸运的，在哥白尼与第谷的基础上，开普勒得以揭开一个宇宙之谜，使人们换一种方式来看待世界，并且为17世纪的后人创造了条件，而即将到来的就是科学革命全面展开的激动人心的岁月。
与其说是第谷发现了开普勒，不如说是开普勒发现了第谷。开普勒曾说过：“第谷掌握了最好的观察资料，这就如他掌握了建设一座大厦的物质基础一样。他可以说富甲天下，但就像天下大多数富人那样，他不知道如何恰当使用这些财富。”第谷去世后，开普勒负责整理第谷留下的数据库。与第谷不同的是，开普勒相信哥白尼的思想是正确的。同时，他还是毕达哥拉斯的忠实信徒。
毕达哥拉斯认为数和音乐之间存在非常令人惊讶的和谐关系。受此启发，开普勒打破传统的美学观，认为天体的运动是某种永恒的复调音乐，他以音乐的和谐关系来研究宇宙的关系，据此作出伟大的发现：行星之间受一种简单的、和谐的数学规律制约着。
实际上，17世纪初与在哥白尼生活的时代一样，圆周运动在天体的研究中被赋予了巨大的审美价值。但第谷的观测却表明：行星，特别是火星，以不同的速率运行，并且越靠近太阳时速度越快。开普勒用了8年的时间，伴以庞大且复杂的计算，得出结论：行星的轨道不可能时圆的，而是椭圆的！当然，行星沿椭圆轨道上的运动也是有规律可循的，这就是开普勒第二定律（也称“面积定律”）。1609年，开普勒在《新天文学》（ Astronomia Nova）的书中发表了这一成果。
至此，开普勒大悟：“天体运动不是别的，不过是几种声音汇成一种连续的音乐。这种音乐只能为心智所领悟，不能被人的耳朵倾听。”
1619年，开普勒的《世界的和谐》（Harmonies of the World）出版，他显然非常重视这本书的出版，他高兴地写道：“在22年前，当我发现天体轨道之中的5种正多面体时，我就更加肯定天体一定是和谐的……不顾一切，把这本书写出来了。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。”
此时的开普勒心满意足，他把这看成是世界和谐的有力证据。在《世界的和谐》第五卷，开普勒讨论音乐的音高或音阶，各种和谐、大调和小调，都在星星的视运动中表现出来；六颗行星的和谐比例彼此不同，就像四声部对位；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……这些，俨然就是一曲天体的音乐。美国科学作家詹姆斯（J. James）在《天体的音乐》一书中写道：“开普勒的工作做得太好了！在开普勒之后，天体的音乐从科学中不可挽回地分开了，永远地退到模糊的深奥的幽深处。然而，开普勒是最后一位试图向这些隐秘处照射光亮的伟大的科学家。”
开普勒还大胆地把它和谐的理念扩大：“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”。这种伟大的信念，至今仍是科学家的智慧源泉，是人类社会的最高准则。难怪黑格尔（G. W. F. Hegel，1770—1831）盛赞道：“开普勒的有序和谐是一种伟大的哲学思想，一种超越时代、超越历史和具有永久生命力的伟大哲学思想。”
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《世界的和谐》，（德）开普勒 著 ；张卜天 译。北京大学出版社，2011年6月出版。定价35元。
作者：陈静，本文已发表于7.12《中国图书商报》，发表时更名为“开普勒：和谐受到干扰一切都会杂乱无章”