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音乐玩出新花样:让行星奏乐!高山科学经典导读《世界的和谐》

2023年11月18日晚八点,由北京市科委、中关村管委会科普专项经费资助的科学传播公益项目“高山科学经典”邀请到了中国科学技术大学科技史与科技考古系教授钮卫星;中国科学院国家天文台研究员、中国科学院大学天文学教授苟利军;资深科普节目策划、主持人郭林晨导读开普勒最辉煌的著作《世界的和谐》,了解一生苦难的开普勒如何用艺术的方式让宇宙天体奏出了乐章。

开普勒(1571-1630)所处的时代,正是科学发生伟大变革的时代。

这个时期,科学正努力从古希腊和中世纪的偏见中挣脱出来,社会处处充满着紧张、对抗和危险的气息,很多人因为持有不同的立场而受到迫害。

作为继哥白尼之后,第一个站出来捍卫“日心说”的开普勒,自然也遭遇了不少磨难:

他身患手疾,视力受损,12个孩子有8个早夭,两任妻子也在他之前相继病逝;他虽是德国皇帝的宫廷天文学家,却长达20年拿不到薪水,靠算命养活家人;他常年不断追讨欠薪始终无果,1630年11月,终因贫病交迫含悲离世。

但伟大的灵魂从来不会被苦难吓倒。有着卓越聪明才智的开普勒,大胆地扬弃了传统观念,发现了“行星运行三定律”,找到了来自宇宙的“和谐”,成为了“天空立法者”。

钮卫星教授在导读中介绍,开普勒对数据很敏感,得到第谷的精确观测数据后,他发现周期轨道相互之间存在一种真实的比例关系,即任何两颗行星的周期之比恰好等于其自身轨道平均距离的3/2次方之比,这就是行星运行的“第三定律”理论。

钮卫星教授在高山科学经典导读现场

这一定律不仅为日心说提供了更为合理、更加完备的数学模式,更是为后来牛顿的伟大发现开辟了道路。“开普勒自己当时可能没有真正理解它这条定律的重要性,但牛顿利用这个定律推导出了万有引力定律。”钮卫星教授强调。

然而很多人不知道的是,这个理论其实只是开普勒“玩音乐””的“副产物”。

开普勒其实是一位颇有造诣的音乐理论家。在《世界的和谐》一书中,他研究宇宙中行星的绕日运动是如何符合音程上的和谐比例的,因为在他眼中,宇宙的结构其实就是一曲气势恢宏的永恒交响。

钮卫星教授认为:“开普勒写作此书的主要目的是为了理解上帝的创造物,赋予哥白尼体系一个整体和谐。”

黑格尔曾盛赞:“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。”

圆桌嘉宾兼主持人郭林晨在圆桌对谈时总结道:“读这本书的时候会发现,这个和谐,它既涉及到音乐,也涉及到几何,还涉及到天体的运动。”

郭林晨老师在高山科学经典导读现场

天文学与音乐之间有什么样的联系?在开普勒眼中,行星运动与音符之间有一种巧妙的比例联系,构成世界的和谐。而圆桌嘉宾苟利军教授分析认为:“音乐和天文学都追求科学寻找的‘简单而美’的东西,但是不是真的符合科学本身,就很难说了。”

苟利军教授在高山科学经典导读现场

从“现代科学之父”伽利略首次将望远镜指向天空,人类对宇宙的研究进入了新的纪元,一代代科学家们开始清晰地认识太阳系,视野也逐步远放到银河系、河外星系、黑洞……。那么,人类对宇宙的研究有什么现实意义?

苟利军教授认为:“天文学属于基础科学,从基础转到现实应用需要一段时间,这个时间可能长也可能短。比如,狭义相对论和广义相对论从理论提出到实际应用,相隔了将近100年的时间。”

圆桌论坛环节

导读最后,钮卫星教授感慨道:“面对开普勒的书,就像面对一大团海藻,乱七八糟,但是把书扔了很可惜,里面能审出一两颗珍珠。这三大定律就是三颗熠熠发光的珍珠,藏在我们看起来毫无道理的杂乱的推理中。在我们看来,这种和谐、类比不严谨,但真正的创新恐怕就是这种状态。”

与科学家一起读好书,“高山科学经典”是一个由高山书院发起的公益科学传播项目。邀请百位知名科学家每周导读一本科学经典书籍,引领公众参与阅读的大型科学传播公益项目,旨在提升全民科学素养、培育科学精神、传播科学思想。期望在全民学科学的时代背景下,高山科学经典能在科学传播领域尽一份绵薄之力。

高山科学经典项目书单

高山科学经典的目标是,让科学精神通过书籍,跨越地域、阶层、年龄、民族的界限,传播到每个角落、每个人心中。希望科学成为一种生活方式。与科学家们跨界对谈,让科学更有趣。

高山科学经典世界读书日发布会现场

未来,“高山科学经典”项目将打造三大重点产品:出版《高山科学经典》系列丛书;开展线上导读直播;沉淀专业级科学导读视频节目。达到出版、传播、教育多重效应。开展全民科学阅读,共同推动“科学复兴”,提升全民族科学文化素质,实现“公心大用”。

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