¿Quién fue Johannes Kepler?

El año era 1571. Copérnico había estado muerto durante 28 años y su gran idea de un universo heliocéntrico prácticamente no había recibido apoyo público. Tycho Brahe era un joven de 25 años. Galileo y Shakespeare tenían 7 años. Y Johannes Kepler nació, el 27 de diciembre (a las 2.30 de la tarde, según un horóscopo que más tarde lanzó para sí mismo), el primer hijo de Heinrich y Katharina Kepler. Kepler nació en Weil der Stadt, Alemania. La plaza principal ahora tiene un monumento a su hijo más famoso (figura 3), y el Museo Kepler en la esquina se encuentra en el sitio de la casa Kepler. Gran parte de lo que se sabe de sus primeros años proviene de sus propios escritos (Caspar, 1993).

Johannes Kepler tuvo una infancia infeliz. Describió a su padre como «un soldado inmoral, rudo y pendenciero», y a su madre como «pequeña, delgada, de tez oscura, bulliciosa, pendenciera y generalmente desagradable». Él mismo no era un niño particularmente sano; casi muere de viruela, a los tres años. Su padre, el mercenario, se fue a luchar en otra guerra cuando Kepler estaba en su adolescencia, y nunca más fue visto por la familia.

Kepler recordó, sin embargo, algunos momentos felices en sus primeros años de vida. En 1577, cuando tenía cinco años, su madre lo llevó una noche a ver el cometa brillante de ese año. Este era el mismo cometa que estaba siendo observado en la lejana Dinamarca por Tycho Brahe, quien concluyó que, contrariamente a la doctrina aristotélica, estaba más allá de la esfera de la Luna. También señala que, en 1580, su padre lo llamó al aire libre para ver un eclipse de Luna.

Kepler era un niño brillante que lo hizo muy bien en la escuela. En 1589 no tuvo dificultades para entrar en la fortaleza protestante de la Universidad de Tubinga, donde tenía la intención de entrenarse para convertirse en un clérigo luterano. Allí conoció a Michael Maestlin, profesor de matemáticas y astronomía, y una de las pocas personas que reconoció que el sistema copernicano era correcto.

El tono inicial de la reacción protestante a Copérnico fue personificado por su contemporáneo Martín Lutero, quien declaró: «Este tonto desea revertir toda la ciencia de la astronomía; pero la sagrada escritura nos dice que Josué ordenó que el Sol se detuviera, y no la Tierra.»Otros líderes protestantes expresaron puntos de vista similares. Maestlin, como miembro de una universidad firmemente protestante, estaba obligado a enseñar el sistema ptolemaico a sus alumnos. Pero además, tal vez solo en privado, también les enseñó sobre el sistema Copernicano, y las simplificaciones y el mayor poder explicativo que, en principio, tenía en comparación con Ptolomeo.

Yendo a Graz

Gracias a Maestlin, Kepler se convirtió temprano y muy públicamente a las ideas copernicanas, aunque todavía tenía la intención de convertirse en un clérigo luterano. Pero toda la dirección de su vida cambió de repente, por casualidad, en 1594. Un profesor de matemáticas en una oscura escuela luterana en Graz murió, y las autoridades de la escuela recurrieron a la Universidad de Tubinga para pedir consejo sobre un sucesor. Kepler fue la elección obvia. No solo era un estudiante brillante, sino que también había mostrado algunas tendencias lamentablemente poco ortodoxas, tanto en su copernicanismo como en su enfoque del calvinismo. Estos apenas le convenían para el trabajo de ministro luterano de religión. Kepler inicialmente no estaba dispuesto a moverse, pero finalmente vio el beneficio de la posición.

Así que Kepler viajó a Graz, donde ocupó los puestos de profesor de matemáticas y matemático del distrito. Tres problemas astronómicos le fascinaban particularmente en ese momento: ¿por qué había solo seis planetas; por qué estaban a las distancias que estaban del Sol; y por qué viajaban más lentamente cuanto más lejos estaban del Sol? No podía saber que la primera y la segunda preguntas eran infructuosas, pero que la tercera — 25 años después — lo llevaría a su tercera ley del movimiento planetario.

Pero fueron las dos primeras preguntas las que inicialmente encendieron su imaginación y lo llevaron por un camino totalmente falso, aunque al final condujo a sus dos primeras leyes del movimiento planetario. Durante una de sus clases se dio cuenta de que un triángulo equilátero podría colocarse — más o menos exactamente — entre las órbitas de Júpiter y Saturno, como resultado del hecho de que el radio de la órbita de Júpiter es la mitad del radio de la órbita de Saturno (más o menos un poco por ciento, o tal vez encajaría exactamente si solo tuviera cifras más precisas que las utilizadas por Copérnico?). Este fue el momento de la revelación de Kepler. Estaba claro para él que Dios había creado órbitas de este tamaño para que una figura geométrica pudiera encajar exactamente entre ellas. Por supuesto, el triángulo no estaba literalmente allí, pero estaba presente en la mente de Dios, razonó Kepler.

Intentó encontrar otras formas bidimensionales que encajaran entre las otras órbitas planetarias, sin éxito. Sin embargo, al elegir juiciosamente, descubrió que podía lograr su propósito con formas tridimensionales (el tetraedro, el cubo, el octaedro, el dodecaedro y el icosaedro). Euclides había demostrado que había cinco y solo cinco sólidos perfectos, por lo que Kepler razonó que había seis planetas, solo, precisamente porque había cinco sólidos perfectos para encajar entre los cinco pares de órbitas de los seis planetas. De nuevo, la coincidencia no era exacta, pero Kepler lo atribuyó a la calidad de sus datos. Sabía que los mejores datos estaban en poder de Tycho Brahe, el gran astrónomo observacional.

En imprenta

El joven y entusiasta Kepler se apresuró a publicar un libro en el que exponía su descubrimiento. Mysterium Cosmographicum fue publicado en 1597, cuando tenía 25 años. Era una teoría hermosa, y totalmente incorrecta. Kepler distribuyó el libro ampliamente y se ganó una reputación como un brillante astrónomo teórico. También es de destacar que, 54 años después de la publicación de De Revolutionibus, este fue casi el primer libro que salió públicamente a favor del universo Copernicano, aunque la propia versión de Kepler de esta cosmología.

La vida de Kepler estuvo plagada de intolerancia religiosa y tragedia familiar. En 1597 se casó con Barbara Muller, quien, aunque solo tenía 23 años, ya había estado casada y viuda dos veces. Ella trajo una hija, Regina, al matrimonio. La intolerancia religiosa se manifestó por primera vez en el decreto de septiembre de 1598 por el que todos los predicadores y maestros protestantes debían abandonar Graz, gobernado por el devotamente católico Archiduque Fernando, quien había declarado: «Preferiría gobernar un país arruinado que un país condenado.»Kepler fue uno de los muchos expulsados, pero fue el único que se le permitió regresar solo un mes después, tal vez debido a su papel oficial como matemático de distrito, tal vez porque tenía amigos en altos cargos. Sin embargo, sabía que no podría permanecer en Graz por mucho más tiempo.

Kepler intentó y no consiguió un trabajo en su antigua universidad en Tubinga; su tendencia hacia puntos de vista poco ortodoxos significaba que no era aceptable allí. En este momento también recibió una carta de Tycho Brahe agradeciéndole por una copia de su libro, y expresando la esperanza de que pronto aplicaría las ideas en él al sistema tiquónico, y que Kepler algún día lo llamaría. El sistema Tiquónico era un compromiso entre los de Ptolomeo y Copérnico, en el que la Tierra mantenía su posición central en el universo, con el Sol y la Luna en órbita alrededor de ella, pero los cinco planetas orbitaban alrededor del Sol. Kepler lo demolió de manera muy efectiva en sus escritos posteriores.

A Praga y Tycho Brahe

En enero de 1600, a la edad de 28 años, Kepler partió hacia Praga para ver si Brahe le ofrecería empleo. Los dos se reunieron en febrero. Era una reunión de opuestos que se necesitaban el uno al otro. Brahe era un noble rico, mientras que Kepler provenía de un entorno mucho más humilde. Brahe era principalmente un observador, Kepler un teórico. Brahe quería Kepler para demostrar la verdad de su Tychonic visión del universo, y Kepler quería Brahe observaciones para verificar su propia versión de la teoría de Copérnico.

Las cosas no empezaron nada bien. Kepler no estaba satisfecho con sus condiciones de servicio. En abril, tuvo una pelea ardiente con Brahe, y se marchó. Pronto se dio cuenta del error que había cometido, pidió perdón a Tycho, y fue recibido de nuevo en el redil. En junio regresó a Graz para recoger a su esposa y sus posesiones, y para resolver sus asuntos allí, justo a tiempo. En agosto, todos los Protestantes en la ciudad — no solo a los predicadores y maestros fueron obligados a convertirse al Catolicismo o salir. Kepler salió y regresó a Praga para trabajar para Brahe. Poco más de un año después, en octubre de 1601, Brahe murió, y Kepler fue nombrado Matemático Imperial del excéntrico Rodolfo II en su lugar.

Buenos años

En este punto de la historia podemos decir adiós a Kepler, el especulador místico, y en su lugar concentrarnos en Kepler, el genio científico, aunque hay que decir que el lado místico de Kepler nunca lo abandonó. Los años desde el momento en que comenzó a trabajar para Brahe hasta la publicación de sus dos primeras leyes, en 1609, fueron altamente productivos. Mostró su genio en su enfoque fundamental del problema de trabajar las órbitas planetarias. Antes de Kepler, todo el mundo, incluido Copérnico, había considerado el problema de las órbitas planetarias como un problema puramente geométrico. Si pudieras encontrar un modelo geométrico que replicara los movimientos de los planetas, entonces habrías hecho tu trabajo. No había necesidad de buscar causas físicas. Kepler sintió que este enfoque era incorrecto. Sugirió que había algún tipo de fuerza saliendo del Sol que arrastraba a los planetas alrededor. La fuerza se desvaneció con la distancia, razón por la cual los planetas exteriores se movían más lentamente que los planetas interiores. Y la fuerza era magnética, o algo parecido en sus efectos. Kepler fue la persona que, por sí sola, trasladó la astronomía de la geometría a la física.

Su idea tuvo una consecuencia práctica inmediata. Decidió que debía medir todas las posiciones planetarias, ángulos y distancias desde el Sol, en lugar del centro de las órbitas planetarias. También tuvo la suerte de que se le diera la órbita de Marte para estudiar. Marte, por supuesto, tiene la excentricidad más alta de todos los planetas excepto Mercurio, que es difícil de observar. Si puedes romper la órbita de Marte, puedes romper la órbita de cualquiera de los otros planetas.

Su enfoque inicial fue convencional. Asumió una órbita circular, con el Sol y el ecuante, el punto desde el cual se vería que el planeta se movía a una velocidad angular constante, desplazándose desde el centro. La idea del ecuante vino de Ptolomeo, quien lo introdujo como un dulce de azúcar ingenioso para ayudar a alinear la teoría y la observación.

Brahe tenía una gran colección de observaciones de Marte, incluidas 10 observaciones en opposition, a las que Kepler añadió más tarde dos propias. Su tarea era encontrar una órbita que encajara con las observaciones de la oposición. Este fue un largo y tedioso ejercicio de prueba y error, que involucró una serie de aproximaciones cada vez más cercanas. Finalmente, tuvo éxito en encontrar una órbita circular para Marte que se ajustara a todas las observaciones de la oposición, dentro de 2 minutos de arco, el nivel de precisión de las observaciones pre-telescópicas de Tycho. Alguien más podría haberse detenido allí, pero Kepler no. Comprobó su órbita más lejos, en comparación con más observaciones de Tycho, y encontró que no encajaba. En el peor de los casos, salió por 8 minutos de arco completos, un error que simplemente no se podía descuidar. Se dio cuenta de que tendría que desechar las suposiciones de sus predecesores y empezar de nuevo. Como él mismo dijo más tarde: «Estos 8 minutos mostraron el camino a una renovación de toda la astronomía.»

» Kepler fue la persona que, sin ayuda de nadie, trasladó la astronomía de la geometría a la física.»

Reconoció que iba a tener que desechar en particular la suposición del movimiento circular que había estado en el centro del pensamiento astronómico durante los últimos 2000 años. Pero primero, y más fundamentalmente, iba a tener que verificar la órbita de la Tierra; si la Tierra no se movía a una velocidad uniforme alrededor del Sol, entonces las observaciones hechas desde la Tierra basadas en esta suposición serían erróneas.

Pero, ¿cómo averiguar si la Tierra se mueve a un ritmo uniforme? La solución de Kepler fue, como dijo Einstein, «una idea de verdadero genio» (Baumgardt 1951). Midió la órbita de la Tierra como la vería un observador en Marte. Señaló la posición de Marte con respecto a la Tierra (y por lo tanto la posición de la Tierra con respecto a Marte) cada 687 días, el período orbital de Marte. Una sucesión de observaciones de Tycho a intervalos de 687 días, cuando Marte estaba en el mismo lugar, permitió a Kepler trazar la verdadera posición de la Tierra en varios momentos de su órbita. Concluyó que la Tierra no gira alrededor del Sol a una velocidad uniforme, y que el Sol no está en el centro de la órbita de la Tierra. Esto lo llevó al hecho de que la Tierra y los otros planetas barren áreas iguales en tiempos iguales, su segunda ley, que descubrió antes de su primera ley.

Habiendo establecido esto, regresó a la forma de la órbita de Marte. Como explicó: «La conclusión es simplemente que el camino del planeta no es un círculo, se curva hacia adentro a ambos lados y hacia afuera de nuevo en extremos opuestos The La órbita no es un círculo, sino un óvalo.»Luchó con la forma hasta la primavera de 1605, cuando finalmente se dio cuenta de que el óvalo era de hecho una elipse, su primera ley. La otra parte de su primera ley, que el Sol estaba en uno de los focos de esta elipse, solo se declaró explícitamente en su Epítome, publicado unos 10 años después.

Ambas leyes tuvieron que esperar cuatro años más para su publicación. El retraso obedeció a dos razones. En primer lugar, el emperador Rodolfo II no tenía fondos disponibles y, en segundo lugar, los herederos de Brahe estaban creando dificultades. Finalmente, en 1609, las leyes aparecieron en el libro de Kepler Astronomia Nova.

En la primavera de 1610, le llegó la noticia de que Galileo había descubierto cuatro nuevos planetas. Kepler inmediatamente se dio cuenta de que estos no podían ser planetas por derecho propio, sino que debían ser satélites de un planeta conocido, ya que había demostrado en Mysterium Cosmographicum que solo podía haber seis planetas. Y por supuesto, pronto surgió que los nuevos planetas eran satélites de Júpiter.

Años malos

El año 1611 fue desastroso para Kepler, de 39 años. Rodolfo II, su patrón, estaba lejos de estar seguro en su trono. Y a principios de año, el hijo favorito de Kepler, Friedrich, murió de viruela a la edad de seis años. Kepler decidió que era hora de dejar Praga, en parte por el bien de su esposa nostálgica, y aceptó un trabajo como profesor de matemáticas en Linz, en Austria. Más tarde ese año, su esposa también murió.

Una vez establecido en Linz, Kepler se casó por segunda vez. Su nueva esposa era Susanna Reuttinger, unos 17 años menor que él. El matrimonio parece haber sido más feliz, excepto por la muerte de más de sus hijos. Kepler tuvo doce hijos, pero ocho de ellos murieron en la infancia o la primera infancia (figura 2). Otro problema familiar llegó en 1615, cuando la madre de Kepler fue acusada de brujería. Pasaron seis años antes de que finalmente se retirara el cargo, pero defenderla tomó una parte significativa del tiempo de Kepler.