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数学家传记

第谷·布拉赫Tycho Brahe

出生
1546年12月14日 丹麦斯科讷克努斯托普(今瑞典斯瓦勒夫)
逝世
1601年10月24日 波希米亚布拉格(今捷克共和国)

第谷·布拉赫是一位丹麦天文学家,最著名的是那些导致约翰内斯·开普勒提出太阳系理论的天文观测。

完整传记

第谷·布拉赫被他的父母Beate Bille和Otte 第谷·布拉赫取名为Tyge。他现在被称为“第谷·布拉赫”,因为那是他大约十五岁时采用的自己名字的拉丁化版本。为简单起见,我们在本传记中通篇使用第谷·布拉赫这个名字。Otte 第谷·布拉赫,即第谷·布拉赫的父亲,出身丹麦贵族,是丹麦国王最亲密支持者群体中的重要人物。Beate Bille,即第谷·布拉赫的母亲,也出身于一个重要家族,该家族产生过重要的教会人士和政治家。第谷·布拉赫是一对双胞胎儿子之一,但他的双胞胎兄弟出生后不久就夭折了。他的父母有一个年长的女儿,但第谷·布拉赫是他们的长子。

他出生地的图片在THIS LINK

第谷·布拉赫两岁时发生了一件奇怪的事。他的叔叔Jorgen Brahe(用第谷·布拉赫自己的话来说,例如见[5]):——

……在我最早的年少时期,未经我父母知情,把我带走了。

这是一件奇怪的事,因为它似乎没有引起任何家庭纠纷,他的父母也没有试图把他要回来。Jorgen Brahe和他的妻子Inger Oxe没有自己的孩子,他们充当第谷·布拉赫的养父母,直到Jorgen去世。Jorgen Brahe和他的兄弟Otte 第谷·布拉赫一样,是丹麦的显贵,而Inger Oxe是Peder Oxe的姐妹,Peder Oxe是Rigsraads的成员,该治理委员会由20名国王顾问组成。事实上,第谷·布拉赫在教育方面从养母Inger Oxe那里受益最多,她像她家族的其他成员一样有学术兴趣,而Brahe家族和Bille家族则很少有时间从事学术追求。

第谷·布拉赫指挥Tostrup Castle,正是在那座城堡里,第谷·布拉赫从被Jorgen带走时起一直住到六岁。我们不应给人这样的印象,即他在这段时间没有旅行,因为他的父母有许多行政职责使他们外出,很可能第谷·布拉赫有时会随其中一人同行。1552年,Jorgen被授予Vordingborg Castle的指挥权,这是一次晋升,担任更重要的角色。大约在第谷·布拉赫随养父母搬到Vordingborg一年后,他开始上学,几乎可以肯定上的是附属于当地大教堂的学校。尽管第谷·布拉赫的父亲Otte认为学习拉丁语是浪费时间,但他的养父母更希望他接受这种教育。第谷·布拉赫在这所学校上学直到十二岁,然后开始了他的大学学习。

1559年4月19日,第谷·布拉赫开始在哥本哈根大学学习。在那里,他遵照叔叔的意愿学习法律,但也学习了各种其他科目,并对天文学产生了兴趣。然而,正是1560年8月21日发生的日食,特别是它已被预测到这一事实,给他留下了如此深刻的印象,以至于他在一些教授的帮助下开始自己研究天文学。他购买了一本星历表以及诸如约翰尼斯·德·萨克罗博斯科Tractatus de Sphaera (论球体)、彼得鲁斯·阿皮亚努斯Cosmographia seu descriptio totius orbis (宇宙志或对整个世界的描述)和约翰·缪勒De triangulis omnimodis (各种三角形)等书籍。

他的养父母决定让他去国外增长见识,1562年2月,他与一位旅伴出发前往莱比锡大学。天文学并非他正式学习的一部分,他学的是古典语言和文化,但他随身带上了自己的天文学书籍以及阿尔布雷希特·丢勒的星座图。他开始进行观测,到1563年8月,还在莱比锡大学时,他就开始记录这些观测。他记录的第二次观测是木星与土星的合,这对第谷·布拉赫后来的职业生涯意义重大。无论是基于尼古拉·哥白尼的还是基于克劳狄乌斯·托勒密的星表,都没有给出这次合的准确日期,克劳狄乌斯·托勒密的星表差了将近一个月,甚至尼古拉·哥白尼的星表也差了好几天。第谷·布拉赫带着一个还不到十七岁的人的自信,认为自己能做得更好——后来证明他是对的!

第谷·布拉赫现在在莱比锡跟随巴托洛缪·舒尔茨学习天文学,舒尔茨教了他一些获得更精确观测结果的技巧。他知道精确的观测需要好的仪器,于是开始购置仪器。第谷·布拉赫于1565年5月回到家中,次月,他的叔叔约根在营救国王时献出了生命。他的父亲——此时指挥着赫尔辛堡城堡——和母亲承担起了照顾这个还不到十八岁的年轻人的责任。1566年,他又出发旅行,先访问了维滕贝格大学,然后访问了罗斯托克大学。在罗斯托克期间,他与另一名丹麦学生发生争执,在随之而来的决斗中,第谷·布拉赫的鼻子被削掉了一部分。其后果之一是第谷·布拉赫对医学和炼金术产生了兴趣。

1567年4月回家后,他用银和金制作了一个人造鼻子。然而,他终生毁容,他的肖像画显示了这种毁容,而实际情况几乎肯定比画家所描绘的更严重。第谷·布拉赫的父亲热切希望他尽快从政,但第谷·布拉赫不知怎么说服了父亲,让他再次出国旅行。他先重访了罗斯托克,然后去了巴塞尔、弗赖堡和奥格斯堡。第谷·布拉赫已经研究改进观测仪器有一段时间了,但在奥格斯堡时,他设计了一些自己的仪器,并设法找到了一位赞助人来承担一件重要新仪器的费用。大约一个月内,他建造了一个巨大的象限仪,并竖立在他赞助人位于城外的庄园里。它非常精确,但过于庞大,需要许多仆人才能对准,因此每晚只能进行一次观测。彼得吕斯·拉米斯当时也在德国访问,在奥格斯堡时得知了第谷·布拉赫的大象限仪,于是两人会面,进行了深入的天文学讨论。第谷·布拉赫开始建造另一件仪器,这次是一个大型的木制天球仪。

接到父亲生病的消息,第谷·布拉赫在1570年的最后几天回了家。他的父亲于1571年5月去世,不久之后,在他叔叔Steen Bille的帮助下,第谷·布拉赫开始在Herrevad Abbey建造一座天文台。他们还在那里建了一个炼金术实验室,因为炼金术正成为第谷·布拉赫的主要兴趣。1572年,他遇到了Kirsten Jorgensdatter,一个来自他家乡Knudstrup的女孩,但由于她是平民而他是贵族,他们不能合法结婚。然而,Kirsten作为他的普通法妻子与他同居。1572年对第谷·布拉赫来说在另一方面也很重要,正如Field所描述的[15]:——

1572年11月11日,经过长时间的炼金术实验后,他在傍晚的黑暗中现身,第一眼望向天空时,看到仙后座中多了一颗星,几乎正 overhead。他立刻召唤他的化学助手来确认那颗星确实存在。他不是第一个看到这颗新星(一颗超新星)的人,但他对它的观测(发表于1574年)在很大程度上证明了这颗星确实属于星空,而不仅仅是月下世界的一种局部现象(正如彗星通常被认为的那样)。这颗星现在通常被称为“第谷·布拉赫的超新星”。它使第谷·布拉赫的兴趣重新转向了天文学。

从1574年9月开始,第谷·布拉赫在哥本哈根大学讲授天文学,但在次年春天,当他从父亲的遗产中获得年收入后,便放弃了这一职位。他又踏上了出国旅行,首先访问了卡塞尔。黑森-卡塞尔的威廉四世伯爵大约15年前在卡塞尔建立了一座天文台,第谷·布拉赫对那里使用的方法印象深刻。他自己天文台的设计将受到卡塞尔天文台的影响,第谷·布拉赫与伯爵经常通信;关于他们之间的关系和通信的更多细节,见[21]。

离开卡塞尔后,第谷·布拉赫访问了法兰克福、巴塞尔,最后是威尼斯,然后在1575年底前返回丹麦。此时他已决定离开丹麦,定居巴塞尔,但丹麦国王弗雷德里克不会轻易失去他最杰出的科学家,因此他向第谷·布拉赫提出条件,诱使他在丹麦建立天文台。在一些第谷·布拉赫觉得不具吸引力的提议之后,国王将汶岛(今天称为文岛)[15]提供给第谷·布拉赫:-

在丹麦国王的财政帮助下,他继续在哥本哈根海峡的汶岛上建立了一座专门建造的天文台。这座天文台名为乌拉尼堡,配备了异常巨大且精确的仪器(其地下室还有一个炼金术实验室)。在乌拉尼堡,第谷·布拉赫进行了二十年的天文观测。

第谷·布拉赫绘制的乌拉尼堡主楼图,取自他的Astronomiae instauratae mechanica(天文学与力学的修订)(1598年),见THIS LINK
他来自同一著作的花园平面图,主楼位于中心,仆役住所、印刷工作室和其他建筑紧靠外墙内侧,见THIS LINK
我们应该注意到,第谷·布拉赫的设计受到了他在威尼斯所见建筑的影响,并且也以高度几何化的形式建造。

第谷·布拉赫从乌拉尼堡观测到的最激动人心的天文事件之一是一颗彗星,他于1577年11月13日首次发现它。他在De mundi aetherei recentioribus phaenomenis (世界近期的以太现象)(1588年)中发表了他的记述,其中他从他的测量表明彗星并不比月球更接近地球这一事实得出宇宙论结论,这与亚里士多德的宇宙模型相矛盾。根据他的观测,第谷·布拉赫能够表明这颗彗星肯定比金星更远。

1584年,由于乌拉尼堡天文台已太小,无法容纳他所有的仪器,第谷·布拉赫在乌拉尼堡附近建造了第二座天文台,名为星堡。
你可以在THIS LINK看到这座天文台的平面图。

这是第谷·布拉赫最活跃地制造重要新仪器的时期。托伦写道[32]:-

由于第谷·布拉赫制作并描述过的仪器数量众多、种类繁多,以前的评论者曾假定他制作仪器纯粹是为了让他的仪器制造匠们保持忙碌。然而事实上,这些仪器的建造过程可以在他的日志中追溯,并可被合理化为若干系列实验,这些实验直到16世纪80年代中期才产生出他的主要仪器。这十年的过程对第谷·布拉赫一生中理论工作的进展产生了相当大的影响。它也妨碍了历史对他仪器精度的理解。

⟦N1⟧在[22]中指出:-

第谷·布拉赫在观测的描述与实践之间有着惊人的一致。

第谷·布拉赫在[38]和[39]中,对第谷·布拉赫观测的精度做了仔细研究。⟦N2⟧在评论38]时写道:-

这项研究的结果很有趣,也很好地说明了第谷·布拉赫仪器的精度。被测试的仪器有墙象限仪、旋转木象限仪、旋转钢象限仪、天文六分仪和赤道浑仪,最后一种直接测量赤纬。除了偶尔有些时期某件或另一件仪器明显失调——顺便说一句,只有这类研究才能显示出来——观测误差大多落在约0.5'到1.0'之间,也就是说,大约相当于用于比较的标准的精度。因此,正如早先对恒星的研​​究一样,约翰内斯·开普勒关于第谷·布拉赫的观测可以信任到优于两分钟的看法得到了充分证实。

在他的许多发现中,第谷·布拉赫发现黄赤交角克劳狄乌斯·托勒密时代以来已经减小,但正如[24]中所解释的,由于克劳狄乌斯·托勒密的错误,他得到了一个不正确的值。

第谷·布拉赫今天也许最为人所知的是他的太阳系理论,该理论基于一个静止的地球,月球和太阳围绕地球旋转。根据第谷·布拉赫的理论,其他行星围绕太阳旋转。事实上,在年轻时,第谷·布拉赫曾被尼古拉·哥白尼的以太阳为中心的模型所说服,但他坚信理论必须得到实验证据的支持,这使他偏离了该模型。当然,问题在于,在尼古拉·哥白尼的以太阳为中心的模型中,应当观测到视差位移,但尽管第谷·布拉赫试图测量这种位移,却未能探测到任何位移。对此有两种可能的解释:要么地球是固定的,要么宇宙的尺度大得令人难以置信。我们今天知道,两者中正确的是第二种,而且尺度如此之大,以至于第谷·布拉赫用他的仪器根本没有希望测量视差。恒星视差的首次测量是在1838年由弗里德里希·威廉·贝塞尔完成的,他发现天鹅座61的视差为0.3"。尽管第谷·布拉赫的测量质量很高,这个值仍比第谷·布拉赫的观测误差小约100倍。事实上,第谷·布拉赫并不是第一个提出行星围绕太阳旋转的地球中心模型的人,因为埃拉斯穆斯·赖因霍尔德在几年前就已经这样做了。然而,罗森在[26]中有说服力地论证,第谷·布拉赫并不知道埃拉斯穆斯·赖因霍尔德的理论。

国王弗雷德里克于1588年4月去世,他的儿子克里斯蒂安(后来成为国王克里斯蒂安四世)尚年幼,因此任命了一位摄政。然而,对第谷·布拉赫的支持仍在继续,他向国务委员会提出了一项计划,允许他的子女继承乌拉尼堡。他的八个孩子中有六个活了下来。他有两个儿子:第谷·布拉赫,生于1581年,以及乔治,生于1583年。他还有四个女儿:柯尔斯滕生于1573年,玛格达莱妮生于1574年,伊丽莎白生于1579年,塞西莉生于1582年。由于柯尔斯滕是第谷·布拉赫的普通法妻子,他们的子女不能继承。然而,第谷·布拉赫提出了一项专利,赋予乌拉尼堡某种类似大学的地位,并赋予其主管某种类似大学校长地位的身份。它还规定,主管职位的继承将优先考虑“第谷·布拉赫自己的”子女。或许令人惊讶的是,尽管国家试图阻止接受普通法妻子,第谷·布拉赫的专利还是被接受了,这清楚地表明了他所受到的高度尊重(也许还因为许多家人和朋友都在国务委员会中)。

在年轻时,第谷·布拉赫在与他人交往中是个公正的人。尽管按照现代标准,他对文岛居民的待遇很差,在居民眼中也是如此,但在当时,领主苛刻对待其臣民是常态。然而在1590年代,第谷·布拉赫的性格似乎发生了变化,他对文岛居民和乌拉尼堡的学生助手的待遇都变得不合理。他总是自视甚高,也许到了这个阶段,他对自身重要性的看法(他视自己为喜帕恰斯克劳狄乌斯·托勒密的天然继承者,一个远比国王重要的人物)已经让他冲昏了头脑。关于他女儿玛格达莱妮与曾在乌拉尼堡担任助手五年的格利乌斯的婚事的谈判破裂,给第谷·布拉赫带来了极大的悲痛和家庭不和。他与年轻的国王克里斯蒂安闹翻,原因是他没有修缮罗斯基勒的贤士教堂,克里斯蒂安的父亲弗雷德里克就葬在那里,尽管该教堂位于一处为第谷·布拉赫提供可观收入的庄园上。克里斯蒂安明确表示,曾给予第谷·布拉赫的关于乌拉尼堡将继续由其子女管理的承诺不再有效。

第谷·布拉赫于1597年关闭了他在汶岛的天文台(最后一次有记录的观测是在那年3月15日),并搬到了哥本哈根。然而,他在那里并不顺利,于是他带着家人和仪器离开了丹麦,去寻求支持并寻找一个可以继续工作的地方[15]:-

1599年,他被任命为神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世在布拉格(当时是神圣罗马帝国的首都)的御用数学家。约翰内斯约翰内斯·开普勒作为助手加入了他,帮助进行数学计算。第谷·布拉赫希望这项工作能证明他的宇宙模型的真实性,在这个模型中,地球(月球围绕它运行)静止在宇宙的中心,太阳围绕地球转(所有其他行星都围绕太阳运行,因此随太阳一起绕地球转)。

第谷·布拉赫在布拉格重新开始观测。他从鲁道夫那里获得了支持,让约翰内斯·开普勒和他自己根据第谷·布拉赫38年来记录的观测资料编制一套新的天文表。这些表将被称为Rudolphine Tables,以向他们的赞助者致敬。然而,第谷·布拉赫在彼得·沃克·乌尔西努斯·罗兹姆贝克宫用餐十一天后去世,原因是遵守当时的礼仪,拒绝在主人之前离开餐桌。约翰内斯·开普勒描述了他的死亡(例如见[5]):-

第谷·布拉赫比平时更久地憋着尿,一直坐着。虽然他喝得有点过量,膀胱感到压力,但他对健康状况的担忧不如对礼仪的担忧。等他回到家时,他已经无法再排尿了。最后,伴随着最剧烈的疼痛,他勉强排出了一些尿,但仍然阻塞。随后是不间断的失眠;肠道发热;以及逐渐出现的谵妄。……在他生命的最后一夜,在一切都很愉快的谵妄中,像作曲家创作歌曲一样,第谷·布拉赫一遍又一遍地说着这些话:“不要让我看起来是白活了一场。”

费尔德写道[15]:-

第谷·布拉赫去世后,约翰内斯·开普勒接替他成为御用数学家。第谷·布拉赫使用开放式瞄准器(直到大约1609年望远镜才用于天文学)进行的行星位置观测,比他的前辈们所做的任何观测都精确得多。这些观测使约翰内斯·开普勒(与第谷·布拉赫不同,他是尼古拉·哥白尼的坚定追随者)得以推导出他的行星运动三定律(1609年,1619年),并编制天文表,即《鲁道夫星表》(乌尔姆,1627年),其持久的精确性在很大程度上使天文学家们相信了哥白尼理论的正确性。然而,至少直到17世纪中叶,大多数天文学家仍然青睐第谷·布拉赫的行星系统模型。它的优点是避免了将运动归于地球所引入的问题。

参考文献

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