Hvem Var Johannes Kepler?

året var 1571. Copernicus hadde vært død i 28 år, og hans store ide om et heliocentrisk univers hadde nesten ingen offentlig støtte. Tycho Brahe var en ung mann på 25 år. Galileo Og Shakespeare var begge 7 år gamle. Og Johannes Kepler ble født 27. desember (klokken 2.30 om ettermiddagen, ifølge et horoskop som han senere kastet for seg selv), Heinrich Og Katharina Keplers første barn. Kepler ble født I Weil der Stadt I Tyskland. Hovedtorget har nå et monument til sin mest berømte sønn (figur 3), Og Kepler-Museet på hjørnet står på stedet For kepler-husholdningen. Mye av det som er kjent om hans tidlige liv kommer fra hans egne skrifter (Caspar 1993).

Johannes Kepler hadde en ulykkelig barndom. Han beskrev sin far som «en umoralsk, grov og kranglete soldat», og hans mor som «liten, tynn, mørk-complexioned, garrulous, kranglete og generelt ubehagelig». Han selv var ikke et spesielt sunt barn; han døde nesten av kopper, tre år gammel. Hans far, leiesoldaten, forlot for å kjempe i enda en krig da Kepler var i midten av tenårene, og ble aldri sett av familien igjen.

Kepler husket imidlertid noen få lykkelige øyeblikk i sitt tidlige liv. I 1577, da han var fem, tok moren ham ut en natt for å se den lyse kometen i det året. Dette var den samme kometen Som Ble observert i Fjerntliggende Danmark Av Tycho Brahe, som konkluderte med at-i motsetning Til Aristotelisk doktrin — lå den utenfor månens sfære. Han bemerker også at i 1580 kalte faren ham utendørs for å se På en formørkelse Av Månen.

Kepler var et lyst barn som gjorde det veldig bra på skolen. I 1589 hadde han ingen problemer med å komme inn I Den Protestantiske høyborg Av Tubingen Universitet, hvor han hadde tenkt å trene for å bli En Luthersk prest. Det var her Han møtte Michael Maestlin, professor i matematikk og astronomi, og en av de få som anerkjente At Det Kopernikanske systemet var riktig.den Første tonen I Den Protestantiske reaksjonen På Kopernikus ble illustrert av Hans samtidige Martin Luther som erklærte: «denne tosken ønsker å reversere hele vitenskapen om astronomi; men den hellige skrift forteller oss At Josva befalte Solen å stå stille, og ikke Jorden.»Andre Protestantiske ledere uttrykte lignende synspunkter. Maestlin, som medlem av et sterkt Protestantisk universitet, ble pålagt å undervise Ptolemeiske systemet til sine elever. Men i tillegg, kanskje bare privat, lærte han dem også Om Det Kopernikanske systemet, og forenklinger og større forklaringsmakt som-i prinsippet-det hadde i sammenligning Med Ptolemaios.

Går Til Graz

Takket Være Maestlin ble Kepler en tidlig og veldig offentlig konvertitt til Kopernikanske ideer, selv om han fortsatt hadde til hensikt å bli En Luthersk prest. Men hele retningen av livet hans endret seg plutselig, ved en tilfeldighet, i 1594. En matematikklærer ved En obskur Luthersk skole i Graz døde, og skolemyndighetene henvendte Seg til Tubingen Universitet for å få råd om en etterfølger. Kepler var det opplagte valget. Ikke bare var han en strålende student, men han hadde også vist noen beklageligvis uortodokse tendenser, både I Sin Kopernikanisme og sin tilnærming Til Kalvinismen. Disse passet ham knapt til Jobben Som Luthersk religionsminister. Kepler var i utgangspunktet uvillig til å flytte, men til slutt så fordelen av stillingen.

Så kepler reiste Til Graz, hvor han tok opp innlegg både mattelærer og distriktet matematiker. Tre astronomiske problemer fascinerte ham spesielt på den tiden: hvorfor var det bare seks planeter; hvorfor var de på avstandene de var Fra Solen; og hvorfor reiste de langsommere jo lenger De var fra Solen? Han kunne umulig ha visst at det første og andre spørsmålet var nytteløst, men at det tredje ville — 25 år senere-lede ham til sin tredje lov om planetarisk bevegelse.Men det var de to første spørsmålene som i utgangspunktet sparket fantasien hans og førte ham på en helt falsk vei, selv om det til slutt førte til hans to første lover om planetarisk bevegelse. Under en av hans klasser innså han at en like-sidig trekant kunne plasseres-mer eller mindre nøyaktig-mellom jupiter og Saturns baner, som følge av at radiusen Til Jupiters bane er halvparten av Saturns bane (gi eller ta noen få prosent, eller kanskje det ville passe akkurat hvis han bare hadde mer nøyaktige tall enn De Som Brukes av Copernicus?). Dette var øyeblikket For keplers åpenbaring. Det var klart For Ham At Gud hadde skapt baner av denne størrelsen slik at en geometrisk figur kunne monteres nøyaktig mellom dem. Trekanten var ikke, selvfølgelig, bokstavelig talt der, men det var til stede I guds sinn, kepler begrunnet.Han prøvde å finne andre todimensjonale former som passet mellom de andre planetbanene, uten å lykkes. Men ved fornuftig valg fant han at han kunne oppnå sin hensikt med tredimensjonale former (tetraeder, kuben, oktaedronen, dodekaedronen og icosahedronen). Euklid hadde bevist at det var fem og bare fem perfekte faste stoffer, Så Kepler begrunnet at det bare var seks planeter, nettopp fordi det var fem perfekte faste stoffer som passer mellom de fem par banene til de seks planetene. Igjen var kampen ikke nøyaktig, Men Kepler satte dette ned til kvaliteten på hans data. Han visste at Bedre data ble holdt Av Tycho Brahe, den store observasjonelle astronomen.

I print

den ivrige unge Kepler rushed å utgi en bok som beskriver sin oppdagelse. Mysterium Cosmographicum ble utgitt i 1597, da han var 25. Det var en vakker teori, og helt feil. Kepler sirkulerte boken mye og fikk et rykte som en lys teoretisk astronom. Det er også bemerkelsesverdig at 54 år etter utgivelsen Av De Revolutionibus, var dette nesten den første boken som kom ut offentlig til Fordel for Det Kopernikanske universet, om Enn Keplers egen versjon av denne kosmologien.Keplers liv var plaget av både religiøs intoleranse og familietragedie. I 1597 giftet Han Seg Med Barbara Muller som, selv om bare 23, hadde allerede vært gift og enke to ganger. Hun tok en datter, Regina, til ekteskapet. Religiøs intoleranse viste seg først i dekretet av September 1598 at Alle Protestantiske predikanter og lærere skulle forlate Graz, styrt Av den hengivne Katolske Erkehertug Ferdinand, som hadde erklært: «jeg vil heller herske et land ødelagt enn et land fordømt.»Kepler var blant de mange som ble kastet ut, men han var alene om å bli tillatt tilbake bare en måned senere, kanskje på grunn av sin offisielle rolle som distriktsmatematiker, kanskje fordi han hadde venner på høye steder. Men han visste at Han ikke ville være i Stand til å bo i Graz for mye lenger.

Kepler prøvde og feilet å få jobb ved Sitt gamle universitet I Tubingen; hans tendens til uortodokse synspunkter betydde at han ikke var akseptabel der. På denne tiden fikk Han Også Et brev Fra Tycho Brahe takke ham for en kopi av sin bok, og uttrykke håp om at han snart ville bruke ideer i Det Til Tychonic system, og At Kepler ville en dag ringe inn på ham. Det Tychoniske systemet var et kompromiss mellom Ptolemaios Og Kopernikus, Hvor Jorden beholdt sin sentrale posisjon i universet, Med Solen og Månen i bane rundt Det, men de fem planetene kretset Rundt Solen. Kepler revet det veldig effektivt i sine senere skrifter.

Til Praha og Tycho Brahe

i januar 1600, i en alder av 28, satte Kepler seg til Praha for å se Om Brahe ville tilby ham sysselsetting. De to møttes i februar. Det var et møte av motsetninger som trengte hverandre. Brahe var en rik adelsmann, Mens Kepler hadde kommet fra en mye ydmyk bakgrunn. Brahe var først og fremst en observatør, Kepler en teoretiker. Brahe ønsket At Kepler skulle demonstrere sannheten om hans Tychoniske syn på universet, Og Kepler ønsket At Brahes observasjoner skulle verifisere Sin egen versjon av Den Kopernikanske teorien.

Ting startet ikke i det hele tatt bra. Kepler var misfornøyd med sine tjenestevilkår. I April, han hadde en flammende rad Med Brahe, og gikk ut. Han innså snart hva en feil han hadde gjort, ba Tycho tilgivelse, og ble mottatt tilbake i folden. I juni kom han tilbake Til Graz for å samle sin kone og eiendeler, og for å bosette sine saker der — akkurat i tide. I August ble Alle Protestanter i byen — ikke bare predikanter og lærere — pålagt å konvertere til Katolisismen eller komme seg ut. Kepler kom seg ut og kom tilbake Til Praha for å jobbe For Brahe. Litt over ett år senere, i oktober 1601, Døde Brahe, Og Kepler ble utnevnt Til Keiserlig Matematiker til den eksentriske Rudolph II i hans sted.

Gode år

På dette punktet i historien kan vi si farvel Til Kepler den mystiske spekulanten, og i stedet konsentrere Seg Om Kepler det vitenskapelige geni — selv om Det må sies At Keplers mystiske side aldri forlot ham. Årene fra Han begynte å jobbe For Brahe til utgivelsen av Hans to første lover, i 1609, var svært produktive. Han viste sitt geni i sin grunnleggende tilnærming til problemet med å utarbeide planetariske baner. Før Kepler hadde alle — inkludert Copernicus — sett på problemet med planetariske baner som rent et problem i geometri. Hvis du kunne finne en geometrisk modell som replikerte bevegelsene til planetene, hadde du gjort jobben din. Det var ikke nødvendig å lete etter fysiske årsaker. Kepler følte at denne tilnærmingen var feil. Han foreslo at Det var en slags kraft som kom ut Av Solen som trakk planetene rundt. Kraften bleknet med avstand, noe som var grunnen til at de ytre planetene beveget seg langsommere enn de indre planetene. Og kraften var magnetisk, eller noe som det i sine effekter. Kepler var personen som egenhendig flyttet astronomi fra geometri til fysikk.

hans ide hadde en umiddelbar praktisk konsekvens. Han bestemte seg for at han skulle måle alle planetenes posisjoner, vinkler og avstander fra Solen, snarere enn fra sentrum av planetbaner. Han hadde også hell å bli gitt bane Mars for å studere. Mars har selvfølgelig den høyeste eksentrisiteten til alle planeter unntatt Merkur, noe som er vanskelig å observere. Hvis Du kan knekke banen Til Mars, kan du knekke banen til noen av de andre planetene.

hans første tilnærming var konvensjonell. Han antok en sirkulær bane, Med Solen og ekvivalenten — punktet hvorfra planeten ville bli sett å bevege seg med en konstant vinkelrate — forskjøvet fra sentrum. Ideen om equant kom fra Ptolemy, som introduserte den som en genial fudge for å hjelpe til med å justere teori og observasjon.Brahe hadde en stor samling Av Mars-observasjoner, inkludert 10 observasjoner i opposisjon, som Kepler senere la til to av sine egne. Hans oppgave var å finne en bane som passet opposisjonens observasjoner. Dette var en lang og kjedelig prøving og feiling, som involverte en rekke stadig nærmere tilnærminger. Til slutt lyktes Han å finne en sirkulær bane For Mars som passet alle opposisjonsobservasjonene, til innenfor 2 bueminutter, nøyaktigheten Av Tychos pre-teleskopiske observasjoner. Noen andre kan ha stoppet der, men Ikke Kepler. Han sjekket sin bane videre, mot Flere Av Tychos observasjoner, og fant at Den ikke passet. I verste fall var det ute med en full 8 bueminutter-en feil som ganske enkelt ikke kunne overses. Han innså at han måtte kaste ut forutsetningene til sine forgjengere, og starte om igjen. Som han selv senere sa det: «Disse 8 minuttene viste veien til en renovering av hele astronomien.»

» Kepler var personen som egenhendig flyttet astronomi fra geometri til fysikk.»

han innså at han måtte kaste ut spesielt antagelsen om sirkulær bevegelse som hadde vært kjernen i astronomisk tenkning de siste 2000 årene. Men først, og mer fundamentalt, måtte han sjekke Jordens bane; Hvis Jorden ikke beveget seg i en jevn hastighet rundt Solen, ville observasjoner fra Jorden basert på denne antagelsen være feil.

men hvordan finner Du ut om Jorden beveger seg med en jevn hastighet? Keplers løsning var, Som Einstein sa det, «en ide om ekte geni» (Baumgardt 1951). Han målte Jordens bane som det ville bli sett av en observatør på Mars. Han noterte posisjonen Til Mars i Forhold Til Jorden (og dermed posisjonen Til Jorden i forhold Til Mars) hver 687 dager-omløpsperioden For Mars. En rekke Av tychos observasjoner med 687 dagers mellomrom, da Mars var på samme sted, gjorde Det Mulig For Kepler å plotte Jordens sanne posisjon på forskjellige tidspunkter i sin bane. Han konkluderte med At Jorden ikke dreier Seg rundt Solen med en jevn hastighet, Og At Solen ikke er i sentrum Av Jordens bane. Dette førte ham til Det Faktum At Jorden og de andre planetene feier ut like områder i like tider, hans andre lov, som han oppdaget før sin første lov.

etter å ha etablert dette, flyttet han tilbake til Formen På mars bane. Som han forklarte: «konklusjonen er ganske enkelt at planetens bane ikke er en sirkel — den kurver innover på begge sider og utover igjen i motsatte ender … banen er ikke en sirkel, men en oval.»Han kjempet med formen til våren 1605, da han endelig innså at den ovale faktisk var en ellipse-hans første lov — Den andre delen av hans første lov – At Solen var i ett fokus for denne ellipsen-ble bare eksplisitt angitt i Hans Epitome, publisert rundt 10 år senere.

begge lovene måtte vente fire år til for publisering. Det var to grunner til forsinkelsen. For Det Første Hadde Keiser Rudolph II ingen midler tilgjengelig, og For Det andre skapte Brahes arvinger vanskeligheter. Til slutt, i 1609, oppstod lovene I keplers bok Astronomia Nova.våren 1610 kom nyheten Om At Galileo Hadde oppdaget fire nye planeter. Kepler innså straks at disse ikke kunne være planeter i seg selv, men må være satellitter av en kjent planet, for han hadde bevist I Mysterium Cosmographicum at det bare kunne være seks planeter. Og sikkert nok kom det snart fram at de nye planetene var satellitter Av Jupiter.

Dårlige år

året 1611 var katastrofalt for Den 39 år gamle Kepler. Rudolph II, hans beskytter, var langt fra sikker på sin trone. Og Tidlig på året døde Keplers favorittbarn, Friedrich, av kopper i en alder av seks. Kepler besluttet at Det var på tide å forlate Praha, delvis på grunn av sin hjemlengsel kone, og akseptert en jobb som mattelærer I Linz, I Østerrike. Senere samme år døde også hans kone.

En gang bosatt I Linz, giftet Kepler for andre gang. Hans nye kone Var Susanna Reuttinger, noen 17 år yngre. Ekteskapet synes å ha vært lykkeligere, bortsett fra at flere av hans barn døde. Kepler hadde tolv barn, men åtte av dem døde i barndom eller tidlig barndom (figur 2). Et ytterligere familieproblem kom i 1615, da keplers mor ble anklaget for hekseri. Det var seks år før avgiften endelig ble droppet, men å forsvare henne tok en betydelig del Av Keplers tid.