托勒密認為地球是宇宙的中心，認為太陽、月亮、行星和恒星都繞著地球轉。這是世界上最自然的一種觀點。地球似乎是穩固不動的，而我們卻看到天體天天在升落。世界各地的人們迅速地接受了地心說。開普勒寫道：“因此，人的理智在未經指點以前不可能不認為地球是一個天穹覆蓋著的大房屋；這個房屋靜止不動，小小的太陽在屋里往返運動著，就像鳥兒在空中徘徊一樣?！钡俏覀內绾谓忉屝行堑囊曔\動呢？例如火星，人們在托勒密時代前幾千年就已經知道火星的運動了（古埃及人把火星稱為Sekded-ef em Rhetkhet，意思是“倒退者”，顯然是指它的視逆行或視環行）。

托勒密制造的行星運動模型可以由一個小機械作為代表，它跟托勒密時代那些作用相似的機械差不多。問題是要能夠測定行星在“屋頂上”的“實際”運動，然后才能夠精確地再現行星在“屋內”的視運動。

托勒密想象行星繞著地球轉的時候是附著在完全透明的球體上，但是它們不是直接附著在球體上，而是通過一種離心輪間接附著在球體上。球體轉動的時候帶動了小輪子。我們從地球上看到火星的環行就是這個道理。這個模型可以相當準確地預測行星的運動，這在托勒密時代，甚至在后來的幾個世紀里，已經是夠精確的了。

因為托勒密在中世紀把天球想象成是由水晶玻璃構成的，我們現在還在談論球體音樂和七重天（有月亮、水星、金星、太陽、火星、木星和土星的“天”，還有恒星的“天”）。因為地球是宇宙的中心，造物主隨地球上的事件而轉移，天體被認為完全是根據超自然的原理建造的，因此沒有什么必要觀測天文。在中世紀歐洲教會的支持下，托勒密的模型妨礙天文學的發展達1000年之久。最后，在1543年，波蘭天主教教士哥白尼發表了一個完全不同的假說來解釋行星的視運動。這個理論最主要的特征是大膽地提出太陽，而非地球，才是宇宙的中心。地球被降級為行星之一，它是靠近太陽的第三個行星，不斷地進行著標準的圓周運動（托勒密曾經考慮過日心模型，但立即否定掉了，他認為根據亞里士多德的物理學，所謂地球的激烈旋轉運動是不符合實際觀察的）。

在解釋行星的視運動時，這個假說至少跟托勒密的天球說同樣有效，但是它觸怒了許多人。1616年，天主教會將哥白尼的論著列為禁書，直到最后才被地方教會書刊審查員“糾正”，于1835年解放出來。馬丁·路德說他是“一個星占學暴發戶……這個傻瓜想要推翻整個天文學，但是《圣經》告訴我們，耶和華命令太陽靜止不動，而不是命令地球靜止不動”。有些贊佩哥白尼的人甚至說他并不真正相信日心說，他提出這個理論只是為了計算行星運動的方便。

兩種宇宙觀（地心說和日心說）之間的劃時代的對抗在16世紀和17世紀的時候達到了高潮，這體現在一個像托勒密那樣既是星占學家又是天文學家的人身上，他處在人類的思想被禁錮的時代，處在宗教一兩千年前的觀點被認為比在當時的技術條件下的發現更為可靠的時代，處在離經叛道——在神秘的神學問題上背離兩種主要教派（天主教和新教）——受辱、受罰、受流放、受折磨或受處決的時代。天國里有天使、魔鬼，還有轉動透明球體的圣手。科學不認為自然現象受物理法則的支配，但是這個孤軍奮戰的斗士卻為現代科學革命點燃了火把。

開普勒于1571年生于德國，從小就被送到莫爾布朗鎮的新教神學校去學做牧師。那個學校就像新兵集訓中心一樣，專門訓練年輕人用神學作為武器來進攻羅馬天主教的堡壘。開普勒頑強，有才智，很有主見。他在荒涼的莫爾布朗待了兩年，沒有一個朋友，性格變得孤獨、怪僻。他自以為主在上帝的眼里是一個微不足道的人，終日懺悔自己那些并不比旁人更為丑惡的罪過，喪失了超度的希望。

但是他并沒有遭到天罰，上帝也沒有要他贖罪。開普勒的上帝就是宇宙的創造力。這個孩子的好奇心使他變得無所畏懼。他希望能夠研究世界末日的學說，他勇于想上帝之所想。這種危險的幻想開初只是一種想象，后來成了根深蒂固的頑念。神學校的一個自信的孩子渴望著將歐洲從中世紀思想的修道院里解脫出來。

古典科學在1000多年前就已經被鎮壓了，但是在中世紀后期，阿拉伯學者保留下來的東西開始慢慢地潛入歐洲的教程。在莫爾布朗，開普勒知道古典科學已經在復蘇。他除了學習神學之外，還學習希臘語和拉丁語，學習音樂和數學。他覺得他從歐幾里得的幾何學里瞥見了一個完美的形象，悟出了宇宙的榮耀。他后來寫道：“幾何學存在于創世之前，它與神道永遠并存……幾何學向上帝提供了創世的模型……幾何學就是上帝本人。”

雖然開普勒過著隱居的生活，并且全神貫注地研究數學，不完美的外界必然影響性格的形成。對那些在饑荒、瘟疫和你死我活的教條沖突中無能為力的人來說，迷信是最方便的靈丹妙藥。許多人認為星星是唯一可靠的東西，古星占學的觀念就是在充滿恐怖的歐洲后院和客棧里發達起來的。開普勒對星占學的態度始終是不明確的，他懷疑在日常生活的表面混亂當中是否隱藏著規律性。如果天地萬物是由上帝的能工巧手制作的話，是不是我們就不能夠進行仔細的審查呢？難道天地萬物不就是神道和諧的表現嗎？這本天書在1000多年之后才找到一個讀者。

1589年，開普勒離開莫爾布朗到圖賓金的那所名牌大學為牧師搞研究工作，他感到這是一個很大的解脫。在時代才華的激流里，他的天才立即受到老師的賞識。其中一個老師向這個年輕人介紹了哥白尼假說的奧秘。日心說與開普勒的宗教觀發生了共鳴，他熱情地接受了這種理論。太陽就是上帝的象征，其余的一切都繞著太陽轉。在他被委任為牧師之前，有人想聘請他從事非教會的工作。也許是因為他覺得自己不能勝任教會的工作，所以他終于接受了聘請。他被派往奧地利的格拉茨中學教學，沒多久他就開始準備編寫天文和氣象年鑒，并且開始用占星術算命。“上帝為每一只動物提供生計”，他寫道，“對天文學家來說，他所提供的生計就是星占學?！?

開普勒是一個卓越的思想家、出色的寫作家。但是在課堂上卻是一個拙劣的教師，言詞含糊，偏離主題，學生們往往感到莫名其妙。他在格拉茨中學的第一年只有幾個學生聽他講課，第二年就沒有人聽他的了。聯想和猜測在他的內心世界喧囂不止，占據了他的整個心思。在一個愉快夏天的下午，在那沒完沒了的講課過程當中，他突然得到了一個啟示，這個啟示從根本上改變了未來的天文學。他很可能話講到一半突然停了下來，他的那些漫不經心的學生正渴望著放學，我想他們是不會注意到這個歷史時刻的。

在開普勒時代，人們只知道6個行星：水星、金星、地球、火星、木星和土星。為什么只有6個？開普勒感到疑惑。為什么不是20個，或者100個呢？為什么這些行星在哥白尼所推斷的軌道之間有空隙呢？以前從來沒有人提出過這樣的問題。當時知道有5種規則的（即理論上的）立體，它們的邊是規則的多邊形，正如畢達格拉斯時代之后的希臘數學家所知道的那樣。開普勒認為這兩個數字是有聯系的，之所以有6個行星是因為只有5個規則的立體，這些立體相互內接（即一個套一個），表明了各個行星與太陽的距離。通過這些理想的形體，他相信他已經找到了肉眼看不見的支撐這6個行星的結構。他把他所得到的啟示稱為“宇宙奧秘”。畢達格拉斯的立體與行星的排列位置只能有一個解釋：神之手就是幾何學家。

開普勒以為自己罪孽深重，可是神卻讓他做出這個偉大的發現，他感到十分驚奇。他向沃爾坦堡的君主提議撥出研究金，并主動要求監督建造他所提出的內接立體模型。他說，這樣人們就能夠觀賞神圣的幾何之美妙。他還說，這個模型可以用銀和寶石制成，偶爾還可以用作君主的圣餐杯。沃爾坦堡的君主否決了他的建議，請他先用紙造一個比較便宜的模型。他隨即開始試制，他說：“我從這個發現所得到的極大樂趣是語言所不能表達的……不管計算多么困難，我決不回避，我夜以繼日地演算，直到弄清楚我的假說是否符合哥白尼的軌道為止，或者直到弄清楚我是否空高興了一場為止?！钡遣还芩绾闻?，立體和行星的軌道總是不太一致。然而，因為這是一個偉大而深刻的理論，他相信一定是觀測的錯誤——這是科學史上許多其他理論家在觀測結果不肯幫忙的時候所得出的結論。當時世界上只有一個人能夠比較準確地觀察到行星的視位，這個人是一個自愿要求流放國外的丹麥貴族，他接受了神圣羅馬帝國魯道夫二世的宮廷帝國數學家的職位，他的名字叫第谷·布拉赫。碰巧這時候他按照魯道夫的建議邀請了在數學上享有盛名的開普勒到布拉格跟他合作。

因為開普勒是一個出身微賤的小地方的中學教員，除了幾個數學家以外誰也不認識，所以他對第谷的邀請猶豫不定。但是形勢迫使他下了決心。1598年，即將來臨的“30年戰爭”的預震把他吞沒了。當地的天主教大公爵是一個堅定的教徒，他發誓：“寧可讓國家荒廢也不統治異教徒?！毙陆掏轿茨苷莆战洕驼蔚念I導權，開普勒的學校被關閉，異教的經書、書籍和圣歌都被查禁。最后，居民們被叫來一個一個地查問他們的宗教信仰，凡是不肯表白信奉羅馬天主教的人都按其所得罰納什一稅，并且驅逐出格拉茨，放逐國外，永遠不得回還，違者格殺勿論。開普勒選擇了流放，他說：“我還沒有學會虛偽，我對信仰是嚴肅的，我不能玩弄信仰。”

離開格拉茨之后，開普勒跟他的妻子和后來的女兒登上了前往布拉格的艱難行程。他的婚姻并不幸福。他的妻子患慢性病，又接連死了兩個孩子，人們說她是一個愚蠢、陰沉、孤獨和憂郁的女人。她對丈夫的工作一點也不理解，因為他出身于小鄉紳，她看不起他那寒酸的職業。他時而勸誡她，時而不理她，“因為我的研究有時候令我無暇顧及別人。但是我汲取了教訓，我學會耐心對待她，當我看到她對我的話耿耿于懷的時候，我寧可受點苦頭也不再得罪她”。盡管如此，開普勒還是一心想著工作。

他把第谷的領域想象為一個擺脫時代罪惡的避難所，想象為驗證他的“宇宙奧秘”的地方。他渴望成為偉大的第谷的同事，因為后者在望遠鏡發明之前就致力于測量宇宙這部機器達35年之久，工作進行得有條不紊，測得的數據也很精確。但開普勒的愿望是不可能實現的。第谷本人好高騖遠，臉上裝著一只金鼻子，原來的鼻子在跟同學決斗相爭誰是數學高手的時候被削掉了。他的周圍都是一些咋咋呼呼的助手、馬屁精、遠房親戚和各式各樣的食客。他們無休止地狂歡，他們含沙射影、耍陰謀詭計，他們殘忍地愚弄勤學好問的鄉下人，所有這一切都使開普勒失望和傷心。他寫道：“第谷……富貴無比，但是他不懂得怎么用錢。他的任何一件儀器的價值都比我的儀器和我的全部家產的總價值還高?！?

雖然開普勒急于見到第谷積累的天文資料，但是他所得到的只是點點滴滴的東西。“第谷不讓我分享他的經驗。他只是在吃飯或空閑的時候順便提一下某個行星的遠地點數字，或另一個行星的交點數據……第谷的觀測數據最完善……他也有協作者，他所缺乏的是能夠應用這些數據的建筑師?！钡诠仁钱敃r最偉大的觀測天才，開普勒則是最偉大的理論家。他們誰都知道自己一個人要全面地研究精密協調的宇宙系統是不可能的，他們也感到這是刻不容緩的工作。但是第谷還沒有打算將自己畢生的研究成果奉送給一個比他年輕得多的潛在對手。由于某種原因，共同編著研究成果是不能接受的。現代科學——理論與觀察的后代——的誕生在他們互不信任的懸崖上岌岌可危。在第谷臨死前的18個月里，他們兩人經常爭吵，而后又言歸于好。有一次，羅森堡男爵宴請第谷的時候，第谷喝了許多酒，但是他還是“禮貌第一，健康第二”，不愿當著男爵的面離開去解手，哪怕離開那么一會兒。后來因為拒絕接受節制飲食的勸告，第谷的尿道感染惡化了。臨死的時候。第谷將他的觀測記錄遺贈給開普勒。“最后一天晚上，他神志昏迷，像吟詩一樣用微弱的聲音一遍又一遍地說：‘別辜負我的一生……別辜負我的一生。’”