让托勒密、开普勒和牛顿三位大家告诉你：开拓性的科学研究怎么做
2300 余年前，希腊大数学家欧几里德发表《几何原本》，提出了从少数公理出发，通过严格的逻辑推理，演绎出整个理论体系的方法。这种演绎方法由于其简洁明确，易教易学，为几乎所有数学物理教科书所采用。直至现代，仍然如此。作者刚刚写作出版的《天体测量和天体力学基础》，也沿用了这个方法，从牛顿的三条运动定律和万有引力定律出发，构建了这两门学科的理论基础。
《天体测量和天体力学基础》书稿完成后，作者总觉得还有些问题没有交代清楚。联想到多年来从事科研和教学中遇到的两个倾向性问题，愈益感到还有些事情需要去做。第一个倾向是许多爱好者和有的研究者，总想通过修改或提出某些公理构建新的理论体系，却全然不顾过去和现在的观测与实验事实。一个有影响的例子就是媒体曾经热捧的四川刘某根据易经推论第十颗大行星的存在。第二个倾向是学生离开校门参加科研实践后很长时间都不知道应该从何处入手，往往长于推导公式，漠视实验观测，不知道推导公式只能发掘旧矿藏，参加。
基于这样的认识，作者以托勒密、开普勒和牛顿三位大家对天文学的开拓工作为主线写作了这本小册子——《行星运动的奥秘》（李广宇著. 北京：科学出版社，2018.1），希望阐释科学研究从观测、探索到构建严格理论体系的发展规律，特别强调了观测和观测数据所起的决定性作用。
为了提高可读性，书中对三位大家遇到的困难、探索和解决问题的艰难、获得成功的喜悦做了设身处地和基于合理想象的具体叙述。每读科学史，开普勒百折不挠艰难探索的事迹都深深打动作者，常至泪下。书中对此做了着重的描述，希望能引起读者的共鸣。
作为阐释科学史的书籍，作者模拟托勒密、开普勒和牛顿各自使用的数学方法和工具，着重用初等数学、特别是几何学的方法解决问题，同时还原了牛顿时代刚刚诞生的微积分的面貌。这些内容有别于现行天文物理教科书的写法，对于学习这些课程是有益的补充，同时也有助于高中文化水平的读者阅读和接受。
本书尝试从加速度入手展开牛顿力学。引力加速度才是可以经由观测和实验测量的量，以加速度而不是力为中心，体系更加强调观测和实验的地位，也更加简洁。
书稿完成后曾分送老师和朋友征求意见。叶叔华先生给予鼓励和肯定，在百忙中写下序言。吴光节研究员指出了初稿的不足，与作者进行了深入讨论，使书稿增色不少。本书写作和出版得到西安交通大学陈宜亨教授和紫金山天文台季江徽研究员、董瑶博士的有力支持。作者在此一并表示衷心的感谢和敬意。
衷心欢迎批评指正，我的邮箱是 gyl@pmo.ac.cn.
李广宇
2016 年国庆节于听雨斋
李广宇送来新作，初读之时，似是一本讲解天文史的科普小册子。除了语言流畅、情节生动外，未见特别之处。再读之下，却似一杯醇酒，品味出一些特点。
首先，全书以托勒密、开普勒和牛顿三位大家对天文学的开拓工作为主线，阐释了科学研究从观测、探索到构建严格理论体系的发展规律。特别强调了观测和观测数据所起的决定作用。作者并没有空洞说教，而是以丰富严谨的数据、图表阐明原理，使读者在情节的发展中自觉地接受这一基本思想。作者对三位大家遇到的困难、探索和解决问题的艰难、获得成功的喜悦做了入神的刻画。特别是对于开普勒艰难探索的阐述，层层剖析，步步深入，引人入胜。
其次，作为阐释科学史的图书，书中模拟托勒密、开普勒和牛顿各自使用的数学方法和工具，着重用初等数学、特别是几何学的方法解决问题，还原了牛顿时代刚刚诞生的微积分的面貌。这些内容有别于现行天文物理教科书的写法，对于学习这些课程是有益的补充。
第三，作者从加速度入手展开牛顿力学的写法有新意。引力加速度才是可以经由观测和实验测量的量，以加速度而不是力为中心，使得体系更加强调观测和实验的地位，也更加简洁。
2017 年4 月
本文摘编自《行星运动的奥秘》（李广宇著. 北京：科学出版社，2018.1）一书“后记”、叶叔华“序”，有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-054668-5
责任编辑：昌盛 陈曰德
行星的运动充满了谜。托勒密、开普勒和牛顿三位大科学家的开拓性工作帮助我们揭开了其中的奥秘。《行星运动的奥秘》依据文献资料，合理想象，对他们的探索工作进行生动、具体和感人的描述，奉献给读者一幅怎样探索科学真理的画卷。托勒密、开普勒和牛顿使用的数学方法和工具，主要是初等数学、特别是几何学的知识，微积分正是在这个探索过程中诞生的。本书追随三位大家的脚步，着重用初等几何学的方法解决问题，同时详细阐述由初等数学向高等数学过渡、提炼出微分积分算法的要点，特别适合高中文化水平的读者阅读。对于学习大学低年级天文物理和数学课程的读者也能提供有益的启发。
（本期责编：王芳）
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