cine a fost Johannes Kepler?

anul a fost 1571. Copernic era mort de 28 de ani și marea sa idee despre un univers heliocentric nu primise practic niciun sprijin public. Tycho Brahe era un tânăr de 25 de ani. Galileo și Shakespeare aveau amândoi 7 ani. Și Johannes Kepler s-a născut, pe 27 decembrie (la ora 2.30 după-amiaza, conform unui horoscop pe care ulterior l-a aruncat pentru el însuși), primul copil al lui Heinrich și Katharina Kepler. Kepler s-a născut în Weil der Stadt, Germania. Piața principală are acum un monument al celui mai faimos fiu al său (figura 3), iar Muzeul Kepler de pe colț se află pe locul gospodăriei Kepler. O mare parte din ceea ce se știe despre viața sa timpurie provine din propriile sale scrieri (Caspar 1993).

Johannes Kepler a avut o copilărie nefericită. El l-a descris pe tatăl său ca „un soldat imoral, dur și certăreț”, iar mama sa ca „mică, subțire, cu tenul întunecat, guralivă, certăreață și, în general, neplăcută”. El însuși nu era un copil deosebit de sănătos; aproape că a murit de variolă, la vârsta de trei ani. Tatăl său, mercenarul, a plecat să lupte într-un alt război când Kepler era în adolescență și nu a mai fost văzut niciodată de familie.

Kepler și-a amintit, totuși, câteva momente fericite din viața sa timpurie. În 1577, când avea cinci ani, mama lui l-a scos într-o noapte pentru a vedea cometa strălucitoare a acelui an. Aceasta a fost aceeași cometă care a fost observată în Danemarca îndepărtată de Tycho Brahe, care a concluzionat că-contrar doctrinei aristotelice — se afla dincolo de sfera lunii. De asemenea, el observă că, în 1580, tatăl său l-a chemat în aer liber pentru a privi o eclipsă de lună.

Kepler a fost un copil inteligent care s-a descurcat foarte bine la școală. În 1589 nu a avut dificultăți în a intra în fortăreața protestantă a Universității Tubingen, unde intenționa să se antreneze pentru a deveni cleric luteran. Aici L-a întâlnit pe Michael Maestlin, profesor de matematică și astronomie și unul dintre puținii oameni care au recunoscut că sistemul Copernican era corect.

tonul inițial al reacției protestante la Copernic a fost reprezentat de contemporanul său Martin Luther care a declarat: „acest nebun dorește să inverseze întreaga știință a astronomiei; dar Sfânta Scriptură ne spune că Iosua a poruncit soarelui să stea nemișcat, și nu Pământului.”Alți lideri protestanți au exprimat opinii similare. Maestlin, ca membru al unei universități protestante înverșunate, a fost obligat să predea sistemul Ptolemeic elevilor săi. Dar, în plus, poate doar în particular, el i — a învățat și despre sistemul Copernican și despre simplificările și puterea explicativă mai mare pe care — în principiu-o avea în comparație cu Ptolemeu.

mergând la Graz

datorită lui Maestlin, Kepler a devenit un convertit timpuriu și foarte public la ideile copernicane, deși încă intenționa să devină cleric luteran. Dar întreaga direcție a vieții sale sa schimbat brusc, din întâmplare, în 1594. Un profesor de matematică la o școală luterană obscură din Graz a murit, iar autoritățile școlare au apelat la Universitatea Tubingen pentru sfaturi cu privire la un succesor. Kepler a fost alegerea evidentă. Nu numai că a fost un student strălucit, dar a arătat și unele tendințe regretabil neortodoxe, atât în Copernicanismul său, cât și în abordarea sa față de Calvinism. Acestea nu l-au potrivit cu greu pentru postul de ministru luteran al religiei. Kepler nu a fost inițial dispus să se miște, dar în cele din urmă a văzut beneficiul poziției.așa că Kepler a călătorit la Graz, unde a ocupat posturile de profesor de matematică și matematician de district. Trei probleme astronomice l-au fascinat în mod deosebit la acea vreme: de ce erau doar șase planete; de ce erau la distanțele pe care le aveau de soare; și de ce călătoreau mai încet cu cât erau mai departe de soare? El nu ar fi putut ști că prima și a doua întrebare erau zadarnice, dar că a treia — 25 de ani mai târziu — îl va conduce la a treia lege a mișcării planetare.

dar primele două întrebări i-au tras inițial imaginația și l-au condus pe o cale total falsă, deși în cele din urmă a dus la primele sale două legi ale mișcării planetare. În timpul uneia dintre clasele sale și — a dat seama că un triunghi echilateral ar putea fi plasat — mai mult sau mai puțin exact-între orbitele lui Jupiter și Saturn, ca urmare a faptului că raza orbitei lui Jupiter este jumătate din raza orbitei lui Saturn (da sau ia câteva procente, sau poate că s-ar potrivi exact dacă ar avea cifre mai precise decât cele folosite de Copernic?). Acesta a fost momentul revelației lui Kepler. Era clar pentru el că Dumnezeu a creat orbite de această dimensiune, astfel încât o figură geometrică să poată fi montată exact între ele. Triunghiul nu era, desigur, literalmente acolo, dar era prezent în mintea lui Dumnezeu, a motivat Kepler.

a încercat să găsească alte forme bidimensionale care să se potrivească între celelalte orbite planetare, fără succes. Cu toate acestea, prin alegerea judicioasă, el a descoperit că își poate atinge scopul cu forme tridimensionale (tetraedrul, cubul, octaedrul, dodecaedrul și icosaedrul). Euclid dovedise că există cinci și doar cinci solide perfecte, așa că Kepler a argumentat că există doar șase planete, tocmai pentru că există cinci solide perfecte pentru a se potrivi între cele cinci perechi de orbite ale celor șase planete. Din nou, meciul nu a fost exact, dar Kepler a pus acest lucru la calitatea datelor sale. El știa că datele mai bune erau deținute de Tycho Brahe, marele astronom observațional.

în tipar

tânărul dornic Kepler s-a grăbit să publice o carte care să-i expună descoperirea. Mysterium Cosmographicum a fost publicat în 1597, când avea 25 de ani. A fost o teorie frumoasă și total incorectă. Kepler a distribuit cartea pe scară largă și și-a câștigat reputația de astronom teoretic strălucit. De asemenea, este demn de remarcat faptul că, la 54 de ani de la publicarea De Revolutionibus, aceasta a fost aproape prima carte care a ieșit public în favoarea universului Copernican, deși versiunea proprie a lui Kepler a acestei cosmologii.

viața lui Kepler a fost afectată atât de intoleranța religioasă, cât și de tragedia familiei. În 1597 s-a căsătorit cu Barbara Muller care, deși avea doar 23 de ani, fusese deja căsătorită și văduvă de două ori. A adus o fiică, Regina, la căsătorie. Intoleranța religioasă s-a arătat pentru prima dată în decretul din septembrie 1598 că toți predicatorii și profesorii protestanți urmau să părăsească Graz, condus de evlaviosul catolic arhiducele Ferdinand, care declarase: „aș prefera să conduc o țară ruinată decât o țară blestemată.”Kepler a fost printre cei mulți dați afară, dar a fost singur în a fi lăsat înapoi doar o lună mai târziu, poate din cauza rolului său oficial de matematician de district, poate pentru că avea prieteni în locuri înalte. Cu toate acestea, știa că nu va mai putea rămâne mult timp în Graz.

Kepler a încercat și nu a reușit să obțină un loc de muncă la vechea sa universitate din Tubingen; tendința sa către opinii neortodoxe a însemnat că nu era acceptabil acolo. În acest moment a primit și o scrisoare de la Tycho Brahe mulțumindu-i pentru o copie a cărții sale și exprimându-și speranța că va aplica în curând ideile din ea sistemului Tychonic și că Kepler îl va suna într-o zi. Sistemul Tychonic a fost un compromis între cele ale lui Ptolemeu și Copernic, în care Pământul și-a păstrat poziția centrală în univers, cu Soarele și luna pe orbită în jurul său, dar cele cinci planete orbitau soarele. Kepler a demolat-o foarte eficient în scrierile sale ulterioare.

la Praga și Tycho Brahe

În ianuarie 1600, la vârsta de 28 de ani, Kepler a pornit spre Praga pentru a vedea dacă Brahe îi va oferi un loc de muncă. Cei doi s-au întâlnit în februarie. A fost o întâlnire a contrariilor care aveau nevoie unul de celălalt. Brahe era un nobil bogat, în timp ce Kepler provenea dintr-un mediu mult mai umil. Brahe a fost în primul rând un observator, Kepler un teoretician. Brahe a vrut ca Kepler să demonstreze adevărul viziunii sale Tychonice asupra universului, iar Kepler a dorit observațiile lui Brahe pentru a-și verifica propria versiune a teoriei copernicane.

lucrurile nu au început deloc bine. Kepler era nemulțumit de condițiile sale de serviciu. În aprilie, el a avut un rând aprins cu Brahe,și a plecat. Curând și-a dat seama ce greșeală făcuse, a implorat iertarea lui Tycho și a fost primit înapoi în staul. În iunie s — a întors la Graz pentru a-și strânge soția și bunurile și pentru a-și rezolva afacerile acolo-la timp. În August, toți protestanții din oraș — nu doar predicatorii și profesorii-au fost obligați să se convertească la catolicism sau să iasă. Kepler a ieșit și s-a întors la Praga pentru a lucra pentru Brahe. Puțin peste un an mai târziu, în octombrie 1601, Brahe a murit, iar Kepler a fost numit matematician Imperial la excentricul Rudolf al II-lea în locul său.

ani buni

În acest moment al poveștii putem să ne luăm rămas bun de la Kepler speculatorul mistic și, în schimb, să ne concentrăm pe Kepler geniul științific — deși trebuie spus că latura mistică a lui Kepler nu l-a părăsit niciodată. Anii de la momentul în care a început să lucreze pentru Brahe până la publicarea primelor sale două legi, în 1609, au fost extrem de productivi. El și-a arătat geniul în abordarea sa fundamentală a problemei elaborării orbitelor planetare. Înainte de Kepler, toată lumea — inclusiv Copernic-privise problema orbitelor planetare ca fiind pur și simplu o problemă în geometrie. Dacă ați putea găsi un model geometric care să reproducă mișcările planetelor, atunci v-ați făcut treaba. Nu era nevoie să căutăm cauze fizice. Kepler a considerat că această abordare a fost greșită. El a sugerat că a existat un fel de forță care a ieșit din soare care a târât planetele. Forța a dispărut odată cu distanța, motiv pentru care planetele exterioare s-au mișcat mai încet decât planetele interioare. Și forța era magnetică, sau ceva asemănător în efectele ei. Kepler a fost persoana care a mutat singur astronomia de la geometrie la fizică.

ideea lui a avut o consecință practică imediată. El a decis că ar trebui să măsoare toate pozițiile, unghiurile și distanțele planetare față de soare, mai degrabă decât de centrul orbitelor planetare. De asemenea, a avut norocul să i se dea orbita lui Marte pentru a studia. Marte, desigur, are cea mai mare excentricitate dintre toate planetele, cu excepția lui Mercur, care este greu de observat. Dacă puteți sparge orbita lui Marte, puteți sparge orbita oricăreia dintre celelalte planete.

abordarea sa inițială a fost convențională. El și — a asumat o orbită circulară, cu Soarele și echantul — punctul din care planeta ar fi văzută să se miște cu o rată unghiulară constantă-decalată de centru. Ideea echivalentului a venit de la Ptolemeu, care l-a introdus ca un fudge ingenios pentru a ajuta la alinierea teoriei și observației.

Brahe a avut o colecție uriașă de observații pe Marte, inclusiv 10 observații la opoziție, la care Kepler a adăugat mai târziu încă două ale sale. Sarcina lui a fost să găsească o orbită care să se potrivească observațiilor opoziției. Acesta a fost un exercițiu de încercare și eroare îndelungat și obositor, care a implicat o serie de aproximări din ce în ce mai apropiate. În cele din urmă a reușit să găsească o orbită circulară pentru Marte care să se potrivească tuturor observațiilor opoziției, în termen de 2 minute de arc, nivelul de precizie al observațiilor pre-telescopice ale lui Tycho. Oricine altcineva s-ar fi oprit acolo, dar nu Kepler. El și-a verificat orbita în continuare, împotriva mai multor observații ale lui Tycho și a constatat că nu se potrivea. În cel mai rău caz, a fost eliminat de 8 minute de arc — o eroare care pur și simplu nu putea fi neglijată. El și-a dat seama că va trebui să arunce ipotezele predecesorilor săi și să înceapă din nou. După cum a spus el însuși mai târziu: „aceste 8 minute au arătat calea către o renovare a întregii astronomii.”

” Kepler a fost persoana care a mutat singur astronomia de la geometrie la fizică.”

el a recunoscut că va trebui să arunce în special presupunerea mișcării circulare care a fost în centrul gândirii astronomice în ultimii 2000 de ani. Dar mai întâi, și mai fundamental, va trebui să verifice orbita Pământului; dacă Pământul nu s-ar mișca într-un ritm uniform în jurul Soarelui, atunci observațiile făcute de pe pământ pe baza acestei presupuneri ar fi greșite.

dar cum afli dacă Pământul se mișcă într-un ritm uniform? Soluția lui Kepler a fost, așa cum a spus Einstein, „o idee de adevărat geniu” (Baumgardt 1951). El a măsurat orbita Pământului așa cum ar fi văzută de un observator de pe Marte. El a remarcat poziția lui Marte față de pământ (și, prin urmare, poziția Pământului față de Marte) la fiecare 687 de zile — perioada orbitală a lui Marte. O succesiune de observații ale lui Tycho la intervale de 687 de zile, când Marte se afla în același loc, i-a permis lui Kepler să traseze adevărata poziție a Pământului în diferite momente pe orbita sa. El a concluzionat că Pământul nu se învârte în jurul Soarelui într-un ritm uniform și că Soarele nu se află în centrul orbitei Pământului. Acest lucru l-a condus la faptul că Pământul și celelalte planete mătură zone egale în timpi egali, a doua lege a sa, pe care a descoperit-o înainte de prima sa lege.

după ce a stabilit acest lucru, s-a mutat înapoi la forma orbitei lui Marte. După cum a explicat: „concluzia este pur și simplu că calea planetei nu este un cerc — se curbează spre interior pe ambele părți și din nou spre exterior la capete opuse … orbita nu este un cerc, ci un oval.”S — a luptat cu forma până în primăvara anului 1605, când și-a dat seama în cele din urmă că ovalul era de fapt o elipsă-prima sa lege. Cealaltă parte a primei sale legi — că Soarele se afla la un punct central al acestei elipse — a fost menționată explicit doar în Epitomul său, publicat aproximativ 10 ani mai târziu.ambele legi au trebuit să aștepte încă patru ani pentru publicare. Au existat două motive pentru întârziere. În primul rând, împăratul Rudolf al II-lea nu avea fonduri disponibile și, în al doilea rând, moștenitorii lui Brahe creau dificultăți. În cele din urmă, în 1609, legile au apărut în Cartea lui Kepler Astronomia Nova.

în primăvara anului 1610, vestea a ajuns la el că Galileo a descoperit patru noi planete. Kepler și-a dat seama imediat că acestea nu puteau fi planete în sine, ci trebuie să fie sateliți ai unei planete cunoscute, deoarece el dovedise în Mysterium Cosmographicum că nu pot exista decât șase planete. Și destul de sigur, a apărut curând că noile planete erau sateliți ai lui Jupiter.

ani răi

anul 1611 a fost unul dezastruos pentru Kepler, în vârstă de 39 de ani. Rudolf al II-lea, patronul său, era departe de a fi sigur pe tronul său. Și la începutul anului, copilul favorit al lui Kepler, Friedrich, a murit de variolă la vârsta de șase ani. Kepler a decis că este timpul să părăsească Praga, parțial de dragul soției sale dor de casă, și a acceptat un loc de muncă ca profesor de matematică în Linz, în Austria. Mai târziu în acel an, soția lui a murit și ea.odată stabilit în Linz, Kepler s-a căsătorit pentru a doua oară. Noua sa soție a fost Susanna Reuttinger, cu aproximativ 17 ani mai tânără decât el. Căsătoria pare să fi fost mai fericită, cu excepția morții mai multor copii ai săi. Kepler a avut doisprezece copii, dar opt dintre ei au murit în copilărie sau în copilărie timpurie (figura 2). O altă problemă familială a venit în 1615, când mama lui Kepler a fost acuzată de vrăjitorie. Au trecut șase ani până când acuzația a fost în cele din urmă abandonată, dar apărarea ei a luat o parte semnificativă din timpul lui Kepler.

lectură suplimentară

• biografia excelentă și detaliată a lui Max Caspar a furnizat o mare parte din informațiile biografice, dar o relatare mai scurtă și mai lizibilă este cea a lui Arthur Koestler bazinul apei (parte a somnambulilor), publicat de Heinemann în 1961.

• informații despre știință și biserică în timpul lui Kepler provin din Andrew D White ‘s o istorie a războiului științei cu teologia, capitolul III (1993, Prometeu) și Owen Chadwick’ s istoria pinguinului Bisericii, Vol. 3-Reforma (1964, Pinguin).

• un rezumat al argumentelor lui Kepler este dat în selecții din Astronomia Nova a lui Kepler de William H Donahue (2004, Green Lion Press), care pregătește în prezent o traducere nouă și revizuită a astronomiei Nova complete. Lecturi suplimentare esențiale pe această temă sunt astronomia fizică a lui Kepler de Bruce Stephenson (1987, Princeton University Press) și compoziția lui Kepler Astronomia Nova de James R Voelkel (2001, Princeton University Press).