给天空立法

给天空立法

引语：“学起于思，思源于疑”，人类探索自然都是从问题开始。但在长期的发展中，由于历史的局限性和人们思维的封闭性，传统与权威观点又不断地在科学技术上形成一些禁区。人们一味迷信权威们划定的禁区而不敢越雷池半步，科学发现因而被禁锢，人们很难在划定的禁区内作出突破性的贡献，开拓出新的领域。实际上，大量的科学研究表明，科学无禁区，一些勇于探索的科学家，正是通过解放思想、破除迷信，敢于对传统的东西多问一个为什么，敢于突破权威们断定的科技禁区，才使一些重大发现与发明脱颖而出。

天文学家第谷临死时，将自己终生观测得到的所有资料全部留给了学生开普勒。开普勒面对着第谷遗留的几十麻袋草稿纸，开始了繁忙的研究，希望从中找到太阳的行星运行所遵循的规律。

开普勒发现，第谷的资料中对火星的观测资料最为翔实，占有的篇幅最大，所以他的研究决定从火星开始。

开普勒以哥白尼学说为基础，按照传统的偏心圆来探求火星的轨道。这是一项艰苦卓绝的工作，要根据观测数据进行大量尝试，每次都要进行艰巨的计算工作。开普勒进行了约70次这样的繁重计算之后，总算找到一个与他所用数据比较符合的方案。但当超出他所用数据的范围继续进行试探时，结果完全出乎他的意料，火星还是不听他的摆布，计算结果与第谷的其他数据不符。

开普勒诙谐地自嘲道：“我预备用方程连成的枷锁、星表制作的囚笼俘虏战胜马尔斯（火星），可是它却扯断了我的枷锁，跳出了我的囚笼，逃到自由的宇宙空间去了。”

实际上，开普勒如果不是曾与第谷相处，了解第谷严谨的科学作风，也许他就永远发现不了天体的奥秘了！因为开普勒计算出来的火星位置与第谷观测得到的数据之间仅相差8分，即1.133度，相当于秒针在0.02秒瞬间转过的角度。他可以认为是第谷记录的误差，或者是某些特殊原因使得第谷这次观测失误。但开普勒完全了解第谷，知道第谷对待观测的严谨作风，信赖第谷观测结果的精密程度，即使是这样微小的数值，第谷也是不会弄错的。他说：“感谢神灵恩赐给我们第谷这样精通的观测者，8分是不允许忽略的，应该是使用的假说上有错误，要竭尽全力发现天体运行的真正规律，走上改革整个天文学的道路。”

这时的开普勒对柏拉图的完美运动开始有了怀疑，意识到古代的前辈们可能都被这一完美形式欺骗了。因为大量的计算结果表明，圆形轨道总是不符合第谷的观测数据，他认识到用匀速圆周运动来描述行星的运动这一先入为主的思路是错误的，必须摒弃这种古老的偏见，尝试用别的几何曲线来表示所观测到的火星的运动。随后，开普勒看出火星运行的轨道有点像卵形，那种圆而带扁的形状使开普勒想到，火星可能在接近圆而又不是圆的轨道上运行。这一回又是几何学帮了天文学的大忙，古希腊人对圆锥曲线（平面截割圆锥所形成的曲线）已经有了成熟的研究理论，对圆锥曲线已经寻找出来许多性质。而现在得到的事实不正符合圆锥曲线中的椭圆规律吗？既然火星的轨道是椭圆形，开普勒又作出了推论，认为火星运动的焦点应在施引力的中心天体——太阳。火星运行的线速度是变化的，而这种变化应当与太阳的距离有关：当火星在轨道上接近太阳时，速度最快；远离太阳时，速度最慢。并且他认为火星在轨道上速度最快与最慢的两点，火星与太阳的连线围绕太阳在一天内所扫过的面积是相等的。然后，他又将这两点面积的相等性推广到轨道上所有的点上。这样便得出面积与时间成正比的定律。

有了这两点认识之后，开普勒就开始验证他的这两点假设是否能得到第谷的观测数据的验证。结果，令开普勒兴奋的是，“狡黠”的火星再也逃不脱星表的“囚笼”了，按照开普勒给定的椭圆轨道驯服地、规矩地运行着。他将这一发现推广到所有行星上去，其余各个行星的椭圆轨道也被相继确定，太阳的这些“孩子们”听从开普勒的指挥了。

太阳系各个行星的轨道同圆形只有微小的差异，所以行星轨道可以近似地看做圆形，太阳的位置也可以近似地看做位于轨道的中心，这便是当年使开普勒绞尽脑汁的原因。但恰好在第谷的观测结果中，火星的材料最丰富，使得开普勒选准了火星来研究。它又是当时已知的行星中轨道与圆形差距最大的一个，更重要的是开普勒没有忽略8分误差，才使美妙的天空法则被发现。正是这8分误差，改变了整个天文学，为人类的研究带来曙光。

可是，令人遗憾的是，伽利略对柏拉图的圆运动最自然、最完善的思想印象太深，所以没有接受开普勒行星椭圆轨道理论。他把匀速圆周运动也视做惯性运动，这给他的惯性理论带来了瑕疵。

启示：孩子们往往迷信头脑里根深蒂固的权威结论，不敢在这些禁区内探索。就像开普勒时代的科学家一样，不敢质疑柏拉图的圆运动最自然、最完善这一根深蒂固的权威结论。家长们要引导孩子尊重事实，在有确凿证据的情况下，敢于质疑权威结论。就像开普勒一样，虽然当时的条件，抬头观看天象，获得的天体运行资料既不全面又不可靠。但他了解第谷对待观测的严谨作风，信赖第谷观测结果的精密程度，所以他没有怀疑第谷，而是质疑柏拉图的圆运动最自然、最完善这一权威结论并最终突破了这一禁区，伟大的“开普勒三定律”才被发现，天空法则才被建立，天体研究才有了依据。

训练支招：

（1）要鼓励孩子提出问题，敢于对已知事物提出怀疑。

（2）教育孩子，质疑一个理论，要以事实为依据，不是盲目怀疑一切，而是对有悖于事实的理论提出怀疑。

（3）培养孩子正确的质疑态度。质疑要从事物的结果推断其原因，要以事物之间的联系为基础，要以一定的科学理论作为依据，要通过验证来证实自己的质疑是否合理。