(1571-1630) — немецкий астроном и математик, наиболее известный тем, что создал то, что на тот момент было наиболее точной моделью планетарной астрономии, с его тремя законами движения планет. Кеплер был первым, кто представил последовательную теорию о том, что планеты движутся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, что скорость каждой планеты различна и что Солнце ответственно за это изменение.
Ранняя жизнь
Йоханнес Кеплер родился 27 декабря 1571 года в Вайль-дер-Штадте в Баден-Вюртемберге, Германия. Его отец, Генрих Кеплер, был солдатом, а матерью была Катарина Гульденманн, дочь местного мэра. Несмотря на свое скромное происхождение, Йоханнес смог учиться в Тюбингенском университете в Германии. Позже в жизни Кеплер однажды сказал, что его любовь к астрономии началась в возрасте шести лет, когда мать взяла его с собой на холм, чтобы понаблюдать за кометой в небе. Влиятельным преподавателем в Тюбингене был Михаэль Маэстлин (1550-1631), астроном, который придерживался принципов, изложенных Николаем Коперником (1473-1543), польским астрономом, который, как известно, предположил, что Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца, а не наоборот. Кеплер тоже принял теорию Коперника, несмотря на то, что у него было честолюбивое желание стать священником – в то время христианская точка зрения заключалась в том, что Земля была центром Вселенной.
Кеплер был неортодоксальным лютеранином, но большая часть его карьеры прошла при дворах католических князей, поскольку они стремились повысить свой престиж, нанимая людей науки. Это означало, что Кеплеру приходилось быть осторожным в отношении своих научных теорий, которые бросали вызов стандартному католическому мировоззрению. Кеплер был назначен официальным преподавателем астрономии и математики в Университете Граца в Австрии в 1594 году, но большую часть своего времени он использовал для собственных исследований. В 1597 году Кеплер опубликовал свою Мистериум Космографикум (Космографическая тайна ). Здесь Кеплер поддержал взгляды Коперника и изложил свою «теорию связи расстояния между планетами с геометрическими соотношениями правильных тел». (Правильные твердые тела — это те, грани и углы которых равны и параллельны: тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр)» (Бернс, 158). Другое название правильных твердых тел — платоновы твердые тела.
Кеплер приступил к точному нанесению на карту орбит планет, начав с самой сложной: Марса.
Астрономические теории Кеплера
В 1597 году Кеплер женился на богатой вдове Барбаре Мюллер. Пара уехала из Граца в 1598 году в Прагу, поскольку Кеплер был приглашен в столицу Чехии датчанином Тихо Браге (1546-1601), который был математиком и астрономом при дворе Рудольфа II, императора Священной Римской империи (1576-1612). Кеплер сменил Тихо Браге в 1601 году и, что особенно важно, унаследовал его обширные и точные наблюдения за движением планет. Рудольф II был в то время важным покровителем науки. В 1627 году Кеплер посвятил свою Таблицы Рудольфина императору, который был в коллекции звездных таблиц, что позволяет астроному узнать, какие планеты в прошлом, настоящем и будущем положением. ВСтолы это также было неоценимой помощью для навигаторов, поскольку там были некоторые очень полезные дополнения, такие как карта мира и полный список созвездий.
Кеплер приступил к точному нанесению на карту орбит планет, начав с самой сложной: Марса. Кеплер был убежден, что Вселенная хорошо упорядочена, потому что она следует планам Бога. Эти планы могли быть прочитаны человечеством, думал Кеплер, потому что они были рациональными и основывались на логике математики и геометрии. Кеплер был великим верующим в космическую гармонию, более того, он воспринимал это совершенно буквально и верил, что существует прямая корреляция между Святой Троицей христианства и звездами, Солнцем и тем, что мы сегодня называем космосом. Такое смешение науки со взглядом на божественное не было чем-то новым. С античности вплоть до 17 века (и даже позже) астрономы были также астрологами, и Кеплер ничем не отличался (хотя он был последней значительной фигурой в астрономии, практиковавшей астрологию). Кеплер «был одержим точность» (ожогах, 160). Для Кеплера, не может быть никаких сомнений в том, что Бог был математикомпо преимуществу Но только потому, что Вселенная была и может быть объяснена механически, для Кеплера (и других) не означало отсутствия божественной причины, как здесь он объясняет своими собственными словами:
Моя цель состоит в том, чтобы показать, что небесная машина похожа не на божественное создание, а на часы (тот, кто верит, что часы одушевлены, приписывает этой работе славу мастера), поскольку почти все разнообразие движений вызвано простой, магнетической и телесной силой, точно так же, как все движения часов вызываются самым простым весом. Я также покажу, как это физическое объяснение должно быть приведено в соответствие с математикой и геометрией.
(Вуттон, 485)
Кеплер пришел к убеждению, что именно Солнце управляет орбитами планет, каким-то образом посылая силу, которая точно контролирует эти наблюдаемые орбиты. В 1600 году, после знакомства с теориями, представленными в О магните по словам Уильяма Гилберта, Кеплер верил, что эта таинственная сила, которой Солнце обладает над другими небесными телами, может быть чем-то вроде магнетизма (но он не говорил, что это был магнетизм). Теперь мы знаем, что истинным ответом является гравитация, но Кеплер (который знал, что Солнце действительно вращается) в любом случае был больше озабочен практической и математически измеримой проблемой предсказания орбит планет, сила, стоящая за ними, могла быть изучена им самим или другими позже. Еще одна ключевая идея Кеплера, и в этом он отличался почти от всех до него, заключалась в том, что орбиты были не идеально круглыми, а эллиптическими. Эта идея противоречила теории совершенства Творца, но Кеплер мог бы возразить, что именно повторяющееся постоянство орбит, вечно повторяющихся друг за другом, и было совершенством, а не их направление в пространстве.
Законы движения планет Кеплера
Кеплер изложил свои радикально новые теории в двух работах: Астрономия Новая (Новая астрономия , 1609) и De Harmonices Mundi (Гармонии мира , 1619). В этих двух работах Кеплер излагает то, что он считал тремя фундаментальными принципами или статистическими закономерностями (он не использовал слово «законы»), которые управляют движением планет и которые стали известны как законы движения планет Кеплера (здесь кратко изложены У. Э. Бернсом):
- Планеты движутся вокруг Солнца по эллипсам, причем Солнце находится в одном фокусе.
- Линия, проведенная между планетой и Солнцем, всегда будет охватывать одну и ту же область за один и тот же промежуток времени. Следовательно, планеты ускоряются по мере приближения к Солнцу и замедляются по мере удаления от него.
- Квадраты времени, за которое планеты обращаются вокруг Солнца, пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца. (160)
Выбор Кеплером слова «гармонии» для названия своей книги не был случайным, как резюмируют здесь историки Ферми и Бернардини:
Кеплер был глубоко мистичен…Он считал, что отношения между максимальной и минимальной скоростями каждой планеты были гармоничными в музыкальном смысле и выражались музыкальными интервалами. Таким образом, по его словам, планеты играли музыку, доступную здесь только ангелам.
(61)
Поначалу идеи Кеплера мало кого убедили, даже другой великий астроном современности Галилей (эти двое никогда не встречались, но переписывались письмами) был настроен скептически, но модель Кеплера о планетах, обращающихся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца из-за какой-то силы, которую излучает звезда, действительно оказалась правильной.
Мистицизм Кеплера, возможно, помогал ему искать причины и объяснения, но иногда он вел его по ложному пути. Например, он был убежден, что, поскольку в то время существовало шесть наблюдаемых планет, число шесть должно иметь особое значение. Кеплер выдвинул теорию взаимосвязи внутри себя пяти возможных платоновых тел, которые сами по себе были особенными как единственные формы, где каждое имеет точно такую же грань со всех сторон. Это, по мнению Кеплера, объясняло, почему не могло быть седьмой планеты (сегодня, конечно, мы знаем, что в нашей Солнечной системе более шести планет). В поисках некоей божественной мотивации Кеплер также объяснил, почему орбиты планет были эллиптическими, а не идеально сферическими, поскольку различия означали, что каждая орбита создавала свою «ноту» в его концепции планетарной музыкальной гармонии.
Инновация Кеплера, заключающаяся в использовании двух выпуклых линз, имела решающее значение для дальнейшей истории телескопа.
Другие труды
Помимо астрономии, Кеплер занимался многими другими научными проблемами, такими как устройство человеческого глаза. Он представил свою теорию фокусировки света хрусталиком на сетчатке в своей работе 1604 года Дополнение к Витело . Кеплер также написал несколько текстов по астрологии и книгу о новой звезде, которая была открыта в 1604 году и которая теперь носит его имя. Кеплер создал популярную и устойчивую теорию о том, что звезды возникли в результате сжигания небесных отходов. Он написал трактат, Диоптрики , о лучшей оптике для астрономического телескопа в 1611 году. Устройство было изобретено несколькими годами ранее, а затем усовершенствовано Галилеем, но собственное изобретение Кеплера — использование двух выпуклых линз — имело решающее значение для дальнейшей истории телескопа и научной революции. Кеплер составил исследование объема винных бочек (полезное для его расчетов по эллиптическим орбитам), исследовал тайну снежинок (первая работа по кристаллографии), размышлял о том, как наилучшим образом сэкономить место при укладке пушечных ядер (гипотеза Кеплера), и даже написал художественное произведение, его Сомниум , повествующий о путешествии на Луну, но оставшийся незаконченным после его смерти.
Смерть и наследие
В 1612 году Кеплер уехал из Праги в Линц в Австрии, где работал математиком и преподавателем. Он также изготавливал календари на продажу, и в результате этой работы он осознал, что традиционное летоисчисление до нашей эры, основанное на рождении Иисуса Христа, отстает на четыре года. В этот период Кеплеру было трудно защищать свою мать от обвинений в колдовстве. У него также были некоторые финансовые трудности, поскольку Рудольф II не заплатил ему за его услуги. В 1628 или 1629 году Кеплер перешел на работу к Альбрехту фон Валленштейну (1583-1634), важному военачальнику и государственному деятелю Священной Римской империи. Главной задачей Кеплера здесь было составление гороскопов. Иоганн Кеплер умер от лихорадки в Регенсбурге во время обратного путешествия в Прагу 15 ноября 1630 года. Он был похоронен на протестантском кладбище Святого Петра в Регенсбурге.
Точная система планетарной астрономии Кеплера была необходима более поздним мыслителям для построения своих работ, в первую очередь Исааку Ньютону (1642-1727). Ньютон послужил причиной тщательных наблюдений Кеплера за движением планет – гравитацией – в его Математические принципы натурфилософии , опубликованный в 1687 году. Мысли Кеплера о гармоничной Вселенной, возможно, не оказали большого влияния на более поздних ученых, которые исследовали космос как ряд нейтральных и бездумных механизмов, но еще одним непреходящим наследием Кеплера является использование термина «спутник», который он впервые применил к четырем спутникам Юпитера, открытым Галилеем.
https://worldhistory.org/Johannes_Kepler/
Загрузка...
