Who was Johannes Kepler?

estátua de Kepler em Weil der Stadt, Alemanha.Johannes Kepler teve uma infância infeliz. Ele descreveu seu pai como” um soldado imoral, áspero e conflituoso”, e sua mãe como “pequena, fina, Morena, meticulosa, conflituosa e geralmente desagradável”. Ele mesmo não era uma criança particularmente saudável; ele quase morreu de varíola, com três anos de idade. Seu pai, o mercenário, partiu para lutar em mais uma guerra quando Kepler estava em sua adolescência, e nunca mais foi visto pela família novamente.Kepler lembrou, no entanto, alguns momentos felizes em seu início de vida. Em 1577, quando ele tinha cinco anos, sua mãe levou-o uma noite para ver o cometa brilhante daquele ano. Este era o mesmo cometa que estava sendo observado na distante Dinamarca por Tycho Brahe, que concluiu que — ao contrário da doutrina aristotélica — ele estava além da esfera da lua. Ele também observa que, em 1580, seu pai o chamou ao ar livre para olhar para um eclipse da lua.Kepler era uma criança brilhante que se saiu muito bem na escola. Em 1589, ele não teve dificuldade em entrar na fortaleza protestante da Universidade de Tubingen, onde ele pretendia treinar para se tornar um clérigo Luterano. Foi aqui que conheceu Michael Maestlin, professor de matemática e astronomia, e uma das poucas pessoas que reconheceu que o sistema copernicano estava correto.

O tom inicial da reação Protestante a Copérnico era representado por seu contemporâneo de Martinho Lutero, que declarou: “Este tolo deseja reverter a toda a ciência da astronomia; mas a sagrada escritura nos diz que Josué ordenou que o Sol parasse, e não a Terra. Outros líderes protestantes expressaram opiniões semelhantes. Maestlin, como membro de uma universidade Protestante, foi obrigado a ensinar o sistema Ptolemaico aos seus alunos. Mas, além disso, talvez só em privado, ele também lhes ensinou sobre o sistema copernicano, e as simplificações e maior poder explicativo que — em princípio — tinha em comparação com Ptolomeu.

indo para Graz

graças a Maestlin, Kepler tornou-se um convertido precoce e muito público para ideias Copernicanas, embora ele ainda pretendia se tornar um clérigo Luterano. Mas toda a direção de sua vida mudou de repente, por acaso, em 1594. Um professor de matemática em uma obscura escola Luterana em Graz morreu, e as autoridades da escola se voltaram para a Universidade de Tubingen para conselhos sobre um sucessor. Kepler era a escolha óbvia. Não só era um estudante brilhante, como também tinha mostrado algumas tendências lamentavelmente pouco ortodoxas, tanto em seu Copernicanismo quanto em sua abordagem ao Calvinismo. Estes dificilmente se adequavam ao trabalho de um ministro luterano da religião. Kepler inicialmente não estava disposto a se mover, mas eventualmente viu o benefício da posição.Kepler viajou para Graz, onde assumiu os cargos de Professor de matemática e matemático distrital. Três problemas astronômicos particularmente o fascinaram naquela época: por que havia apenas seis planetas; por que eles estavam nas distâncias que estavam do sol; e por que eles viajavam mais lentamente quanto mais longe estavam do sol? Ele não poderia saber que a primeira e a segunda questões eram infrutíferas, mas que a terceira, 25 anos depois, o levaria à sua terceira lei do movimento planetário.mas foram as duas primeiras perguntas que, inicialmente, dispararam a sua imaginação e o levaram a um caminho totalmente falso, embora no final tenha levado às suas duas primeiras leis do movimento planetário. Durante uma de suas aulas, ele percebeu que, de um triângulo equilátero pode ser colocado — mais ou menos exatamente entre as órbitas de Júpiter e Saturno, como um resultado do fato de que o raio da órbita de Júpiter é a metade do raio da órbita de Saturno (dar ou tomar alguns por cento, ou, talvez, ele deve se ajustar exatamente se ele teve números mais precisos do que aqueles usados por Copérnico?). Este foi o momento da revelação de Kepler. Era claro para ele que Deus havia criado órbitas deste tamanho para que uma figura geométrica pudesse ser encaixada exatamente entre elas. O triângulo não estava, É claro, literalmente lá, mas estava presente na mente de Deus, Kepler raciocinava.ele tentou encontrar outras formas bidimensionais para se encaixar entre as outras órbitas planetárias, sem sucesso. No entanto, por escolha judiciosa, ele descobriu que poderia alcançar seu propósito com formas tridimensionais (o tetraedro, o cubo, o octaedro, o dodecaedro e o icosaedro). Euclid tinha provado que havia cinco e apenas cinco sólidos perfeitos, então Kepler argumentou que havia seis planetas, apenas, precisamente porque havia cinco sólidos perfeitos para caber entre os cinco pares de órbitas dos seis planetas. Novamente, o jogo não foi exato, mas Kepler colocou isso para a qualidade de seus dados. Ele sabia que dados melhores eram de Tycho Brahe, o grande astrônomo observacional.

em impressão

a jovem e ansiosa Kepler correu para publicar um livro definindo sua descoberta. Mysterium Cosmographicum foi publicado em 1597, quando tinha 25 anos. Era uma bela teoria, e totalmente incorreta. Kepler circulou o livro amplamente e ganhou uma reputação como um brilhante astrônomo teórico. É também digno de nota que, 54 anos após a publicação de de Revolutionibus, este foi quase o primeiro livro a sair publicamente em favor do universo copernicano, embora a própria versão de Kepler desta cosmologia.a vida de Kepler foi atormentada pela intolerância religiosa e tragédia familiar. Em 1597 casou-se com Barbara Muller, que, apesar de apenas 23 anos, já tinha sido casada e viúva duas vezes. Ela trouxe uma filha, Regina, para o casamento. A intolerância religiosa mostrou-se pela primeira vez no decreto de setembro de 1598 que todos os pregadores e professores protestantes deveriam deixar Graz, governado pelo devoto Arquiduque Católico Ferdinand, que declarou: “Eu preferiria governar um país arruinado do que um país condenado. Kepler estava entre os muitos expulsos, mas ele estava sozinho em ser permitido de volta apenas um mês depois, talvez por causa de seu papel oficial como matemático distrital, talvez porque ele tinha amigos em lugares altos. No entanto, ele sabia que não seria capaz de ficar em Graz por muito mais tempo.Kepler tentou e falhou em conseguir um emprego em sua antiga universidade em Tubingen; sua tendência para visões pouco ortodoxas significava que ele não era aceitável lá. Neste momento, ele também recebeu uma carta de Tycho Brahe agradecendo – lhe por uma cópia de seu livro, e expressando a esperança de que ele logo iria aplicar as ideias nele para o sistema Tychônico, e que Kepler iria um dia chamá-lo. O sistema Tychônico foi um compromisso entre os de Ptolomeu e Copérnico, no qual a Terra manteve sua posição central no universo, com o sol e a Lua em órbita sobre ele, mas os cinco planetas orbitavam o sol. Kepler demoliu-o muito eficazmente em seus escritos posteriores.

To Prague and Tycho Brahe

In January 1600, at the age of 28, Kepler set off for Prague to see if Brahe would offer him employment. Os dois se encontraram em fevereiro. Era uma reunião de opostos que precisavam um do outro. Brahe era um nobre rico, enquanto Kepler tinha vindo de um fundo muito mais humilde. Brahe era principalmente um observador, Kepler um teórico. Brahe queria que Kepler demonstrasse a verdade de sua visão Tychônica do universo, e Kepler queria que as observações de Brahe verificassem sua própria versão da teoria copernicana.as coisas não começaram bem. Kepler estava insatisfeito com suas condições de serviço. Em abril, ele teve uma grande briga com Brahe, e saiu. Ele logo percebeu o erro que havia cometido, implorou o perdão de Tycho, e foi recebido de volta para o grupo. Em junho, ele voltou para Graz para recolher sua esposa e posses, e para resolver seus assuntos lá — mesmo a tempo. Em agosto, todos os protestantes da cidade — não apenas pregadores e professores — foram obrigados a se converter ao catolicismo ou sair. Kepler saiu e voltou para Praga para trabalhar para Brahe. Pouco mais de um ano depois, em outubro de 1601, Brahe morreu, e Kepler foi nomeado matemático Imperial para o excêntrico Rodolfo II em seu lugar.

bons anos

neste ponto da história podemos dizer adeus a Kepler, o especulador místico, e em vez disso concentrar — se em Kepler, o gênio científico-embora tenha que ser dito que o lado místico de Kepler nunca o deixou. Os anos desde que ele começou a trabalhar para Brahe até a publicação de suas duas primeiras leis, em 1609, foram altamente produtivos. Ele mostrou sua genialidade em sua abordagem fundamental ao problema de trabalhar em órbitas planetárias. Antes de Kepler, todo mundo — incluindo Copérnico-tinha olhado para o problema das órbitas planetárias como puramente um problema em Geometria. Se conseguisses encontrar um modelo geométrico que replicasse os movimentos dos planetas, então tinhas feito o teu trabalho. Não havia necessidade de procurar causas físicas. Kepler sentiu que esta abordagem estava errada. Ele sugeriu que havia algum tipo de força saindo do sol que arrastava os planetas ao redor. A força desvaneceu-se com a distância, e foi por isso que os planetas exteriores se moveram mais lentamente do que os planetas interiores. E a força era magnética, ou algo parecido nos seus efeitos. Kepler foi a pessoa que sozinho moveu a astronomia da geometria para a física.a sua ideia teve uma consequência prática imediata. Ele decidiu que deveria medir todas as posições planetárias, ângulos e distâncias do sol, ao invés do centro das órbitas planetárias. Ele também teve a sorte de receber a órbita de Marte para estudar. Marte, é claro, tem a maior excentricidade de todos os planetas, exceto mercúrio, que é difícil de observar. Se você pode quebrar a órbita de Marte, você pode quebrar a órbita de qualquer um dos outros planetas.sua abordagem inicial era convencional. Ele assumiu uma órbita circular, com o sol e o equante — o ponto a partir do qual o planeta seria visto se mover a uma taxa angular constante — offset do centro. A ideia do equante veio de Ptolomeu, que o introduziu como um engenho engenhoso para ajudar a alinhar a teoria e a observação.

Brahe tinha uma enorme coleção de observações de Marte, incluindo 10 observações em oposição, às quais Kepler mais tarde adicionou mais dois de seus próprios. Sua tarefa era encontrar uma órbita que encaixasse nas observações da oposição. Este foi um longo e tedioso exercício de tentativa e erro, envolvendo uma série de aproximações cada vez mais próximas. Eventualmente, ele conseguiu encontrar uma órbita circular para Marte que encaixava todas as observações de oposição, para dentro de 2 minutos de arco, o nível de precisão das observações pré-telescópicas de Tycho. Qualquer outra pessoa pode ter parado lá, mas não Kepler. Ele verificou sua órbita mais além, contra mais observações de Tycho, e descobriu que não se encaixava. Na pior das hipóteses, estava fora por um total de 8 minutos de arco-um erro que simplesmente não poderia ser negligenciado. Ele percebeu que teria que jogar fora as suposições de seus antecessores, e começar tudo de novo. Como ele próprio disse mais tarde: “estes 8 minutos mostraram o caminho para uma renovação de toda a astronomia.”

” Kepler was the person who single-handedly moved astronomy from geometry to physics.”

ele reconheceu que Ele ia jogar fora, em particular, a suposição de movimento circular que tinha sido o núcleo de astronomia do pensamento durante os últimos 2000 anos. Mas primeiro, e mais fundamentalmente, ele teria que verificar a órbita da terra; se a terra não se movesse a uma taxa uniforme em torno do sol, então observações feitas da terra com base nesta suposição seriam erradas.mas como você descobre se a terra se move a uma taxa uniforme? A solução de Kepler foi, como Einstein disse, “uma idéia de verdadeiro gênio” (Baumgardt 1951). Ele mediu a órbita da terra como seria vista por um observador em Marte. He noted the position of Mars relative to Earth (and therefore the position of Earth relative to Mars) every 687 days — the orbital period of Mars. Uma sucessão de observações de Tycho em intervalos de 687 dias, quando Marte estava no mesmo lugar, permitiu Kepler traçar a verdadeira posição da terra em várias vezes em sua órbita. Ele concluiu que a terra não gira em torno do sol a uma taxa uniforme, e que o sol não está no centro da órbita da Terra. Isso o levou ao fato de que a terra e os outros planetas varrem áreas iguais em tempos iguais, sua segunda lei, que ele descobriu diante de sua primeira lei.tendo estabelecido isto, ele voltou para a forma da órbita de Marte. Como ele explicou: “a conclusão é muito simplesmente que o caminho do planeta não é um círculo — ele se curva para dentro de ambos os lados e para fora novamente em extremidades opostas … a órbita não é um círculo, mas um oval. Ele lutou com a forma até a primavera de 1605, quando finalmente percebeu que a oval era de fato uma elipse — sua primeira lei. A outra parte de sua primeira lei — que o sol estava em um foco desta elipse — foi explicitamente declarada em seu epítome, publicado cerca de 10 anos depois.ambas as leis tiveram de esperar mais quatro anos para serem publicadas. Houve duas razões para o atraso. Em primeiro lugar, o imperador Rodolfo II não tinha fundos disponíveis e, em segundo lugar, os herdeiros de Brahe estavam criando dificuldades. Eventualmente, em 1609, as leis apareceram no Livro de Kepler Astronomia Nova.na primavera de 1610, chegou-lhe a notícia de que Galileu tinha descoberto quatro novos planetas. Kepler imediatamente percebeu que estes não poderiam ser planetas em seu próprio direito, mas devem ser satélites de um planeta conhecido, pois ele tinha provado em Mysterium Cosmographicum que só poderia haver seis planetas. E com certeza, logo surgiu que os novos planetas eram satélites de Júpiter.

anos maus

o ano de 1611 foi desastroso para o Kepler de 39 anos. Rodolfo II, seu patrono, estava longe de estar seguro em seu trono. E no início do ano, o filho favorito de Kepler, Friedrich, morreu de varíola aos seis anos de idade. Kepler decidiu que era hora de deixar Praga, em parte para o bem de sua esposa com saudades de casa, e aceitou um emprego como professor de matemática em Linz, na Áustria. Mais tarde naquele ano, sua esposa também morreu.

uma vez estabelecido em Linz, Kepler casou pela segunda vez. Sua nova esposa foi Susanna Reuttinger, cerca de 17 anos mais nova. O casamento parece ter sido mais feliz, exceto pela morte de mais de seus filhos. Kepler teve doze filhos, mas oito deles morreram na infância ou na infância (Figura 2). Um outro problema familiar veio em 1615, quando a mãe de Kepler foi acusada de bruxaria. Foi seis anos antes da acusação ser finalmente retirada, mas defendê-la levou uma fatia significativa do tempo de Kepler.