"Keplers lagar" - denna fras är bekant för alla som är förtjusta i astronomi. Vem är den här personen? Sambandet och ömsesidigt beroende av vilken objektiv verklighet beskrev han? Astronomen, matematikern, teologen, filosofen, sin tids smartaste man Johannes Kepler (1571-1630) upptäckte lagarna för planetrörelser i solsystemet.
Början av resan
Johannes Kepler, född i Weil der Stadt (Tyskland), kom till denna värld i december 1571. Svag, med dålig syn, övervann barnet allt för att vinna i det här livet. Pojkens studier började i Leonberg dit familjen flyttade. Senare flyttade han till en avancerad institution, en latinskola, för att lära sig grunderna i språket, som han tänkte använda i framtida publikationer.
År 1589 tog han examen från skolan vid klostret Maulbronn i staden Adelburg. 1591 kom han in på universitetet i Tübingen. Ett effektivt utbildningssystem skapades av hertigarna i spåren av införandet av lutherdomen. Med hjälp av bidrag och stipendier till fattiga försökte myndigheternaatt förse universiteten med sökande som kan utbildas till välutbildade präster som kan försvara den nya tron i tider av rasande religiösa kontroverser.
Under sin vistelse på läroanst alten kom Kepler under inflytande av professor i astronomi Michael Möstlin. Den senare delade i hemlighet Copernicus åsikter om idén om ett heliocentriskt (solen i centrum) universum, även om han undervisade elever "enligt Ptolemaios" (Jorden i mitten). Djup kunskap om den polske vetenskapsmannens idéer väckte hos Kepler ett stort intresse för astronomi. Så teorin om Copernicus hade en annan anhängare som försökte personligen förstå rörelselagarna för planeterna runt solen.
Solsystemet är ett konstverk
Märkligt nog ansåg han som senare upptäckte planeternas rörelselagar inte sig själv som en astronom till sin kallelse. Under hela sitt liv trodde Kepler att solsystemet är ett konstverk, överfyllt av mystiska fenomen, han drömde om att bli präst. Astronomen förklarade sitt intresse för Kopernikus teori med att han innan han drar slutsatser från sin egen forskning måste studera olika åsikter.
Icke desto mindre talade universitetslärare om Kepler som en student med ett utmärkt sinne. År 1591, efter att ha fått en magisterexamen, fortsatte vetenskapsmannen sina studier inom teologiområdet. När de var nära att bli klara blev det känt att en professor i matematik hade dött vid den lutherska skolan i Graz. Universitetet i Tübingen rekommenderade att en begåvad inom alla områden skulle rekryteras till denna position.examensförhållande. Så, farväl till lagarna för planetarisk rörelse?
I Guds namn
22-årige Johann gav motvilligt upp sitt ursprungliga kall som präst, men tillträdde ändå uppdraget som en matematiklärare i Graz. Medan han föreläste i sin klass, avbildade nybörjarläraren på tavlan några geometriska figurer som involverade koncentriska cirklar och trianglar. Och plötsligt gick tanken upp för honom att sådana figurer speglar ett visst fast förhållande mellan storlekarna på två cirklar, förutsatt att triangeln är liksidig. Vad är areaförhållandet mellan de två cirklarna? Tankeprocessen tog fart.
Ett år senare publicerade en ovanlig teolog sitt första verk, The Mystery of the Universe (1596). I den beskrev han sina kreativa åsikter om universums hemligheter, uppbackad av religiös övertygelse.
Han som upptäckte lagarna för planetarisk rörelse gjorde det i Guds namn. Genom att avslöja universums matematiska plan kom forskaren till slutsatsen: sex planeter är inneslutna i sfärer, mellan vilka fem vanliga polyedrar passar. Naturligtvis var versionen baserad på "faktumet" att det bara finns 6 himlakroppar. Runt jordens omloppsbana skisserade Kepler en perfekt dodekaeder och en sfär som berör Mars omloppsbana.
Perfekt polyeder
Rundt Mars-regionen avbildade forskaren en tetraeder och en sfär som gränsar till Jupiters omloppsbana. I ikosaedern i jordens omloppssfär "passar" Venus sfär perfekt. Använder restentyper av perfekta polyedrar, samma sak gjordes med resten. Överraskande nog sammanföll förhållandena mellan närliggande planetbanor, presenterade i Keplers kapslade sfärmodell med Copernicus beräkningar.
Prästen med ett matematiskt sinne förlitade sig i första hand på gudomlig inspiration när han upptäckte lagarna för planetrörelse. Han hade ingen egentlig grund för argument. Betydelsen av avhandlingen "Universums hemligheter" ligger i det faktum att den var det första avgörande steget mot erkännandet av världens heliocentriska system som Copernicus har lagt fram.
Antaganden kontra hög noggrannhet
I september 1598 tvingades protestanterna i Graz, inklusive Kepler, ut ur staden av de katolska härskarna. Även om Johann fick komma tillbaka var situationen fortfarande mycket spänd. På jakt efter stöd vände han sig till Tycho Brahe, en matematiker och astronom vid kejsar Rudolf II:s hov. Forskaren var känd för sin imponerande samling planetobservationer.
Han kände till verket "The Secret of the Universe". Men när dess skapare år 1600 anlände till Tycho-observatoriet, beläget utanför staden Prag, välkomnade Brahe, som var engagerad i högprecisionsforskning (på den tiden), honom som författare till ett specifikt verk, men inte som hans kollega. Konfrontationen mellan dem fortsatte fram till den danske astrologens död, som inträffade ett år senare. Efter rivalens avgång till en annan värld fick Kepler förtroendet att bevaka skattkammaren för sina observationer. De hjälpte i hög grad forskaren att bli den som upptäckte rörelselagarnaplaneter runt solen.
The Path of Mars
Brages senaste forskning för att skapa en tabell över planetrörelser har inte slutförts. Alla förhoppningar fanns på en efterträdare. Han utnämndes till kejserlig matematiker. Trots ett spänt förhållande med en avliden kollega var Kepler fri att utöva sina egna intressen inom astronomi. Han bestämde sig för att fortsätta sina observationer av Mars och beskriva sin egen vision av denna planets omloppsbana.
Johann var säker: genom att öppna den komplexa marsvägen är det möjligt att avslöja rörelsevägarna för alla andra "universums vandrare". I motsats till vad många tror, använde han inte bara Brahes observationer för att välja en geometrisk figur som passade beskrivningen. Gårdagens teolog riktade sina ansträngningar mot upptäckten av en fysikalisk teori om rörelsen för "systrar som lever i luftlöst utrymme", från vilken deras banor kan härledas. Efter ett titaniskt forskningsarbete uppträdde tre lagar för planetrörelse.
First Law
I. Planeternas banor är ellipser med solen vid en av brännpunkterna.
Lagen om planetrörelser i solsystemet fastställde att planeterna rör sig i en ellips. Det dök upp efter åtta års beräkningar med hjälp av en databas sammanställd av Tycho Brahe baserad på observationer av planetrörelsen på Star Mars. Johann kallade sitt verk "New Astronomy".
Så, enligt Keplers första lag, har varje ellips två geometriska punkter som kallas foci (fokus i singular). Det totala avståndet från planeten till vart och ett av centran summeras alltiddetsamma oavsett var planeten befinner sig i sin rörelsebana. Vikten av upptäckten är att antagandet att banorna inte är perfekta cirklar (som i den geocentriska teorin) förde människor närmare en mer exakt och tydlig förståelse av världsbilden.
Andra lagen
II. Linjen som förbinder planeten med solen (radievektor) täcker lika stora ytor med lika tidsintervall medan planeten rör sig runt ellipsen.
Det vill säga, under vilken tidsperiod som helst, till exempel efter 30 dagar, övervinner planeten samma område, oavsett vilken period du väljer. Den rör sig snabbare när den närmar sig solen och långsammare när den rör sig bort, men den rör sig med en ständigt föränderlig hastighet när den rör sig runt sin bana. Den mest "snabba" rörelsen observeras vid perihelion (punkten närmast solen) och den mest "kraftfulla" vid aphelion (punkten längst bort från solen). Så resonerade den som upptäckte planeternas rörelselagar.
tredje lagen
III. Kvadraten på den totala omloppstiden (T) är proportionell mot kuben för det genomsnittliga avståndet från planeten till solen (R).
Denna princip kallas ibland harmonins lag. Den jämför omloppstiden och planeternas omloppsradie. Kärnan i Keplers upptäckt är följande: förhållandet mellan kvadraterna av rörelseperioderna och kuberna för medelavståndet från solen är detsamma för varje planet.
För att upprepa, Keplers lagar för planetrörelser baserades på långvariga seriösa observationer ochbearbetas matematiskt. Genom att visa regelbundenheter avslöjade de inte fenomenens villkorlighet. Senare bevisade den berömda upptäckaren av den universella gravitationslagen, Newton, att svaret låg i kropparnas fysiska egenskap att attrahera varandra.
Skuggan av min kropp är här
Trots sin framgång led Kepler ständigt av ekonomiska problem, brist på tid för forskning, och flyttade på jakt efter platser där hans religiösa övertygelse tolererades. Flera gånger försökte han få en lärartjänst i Tübingen, men uppfattades som en förrädare, en protestant, och fick avslag.
Johannes Kepler dog den 15 november 1630 av ett anfall av akut feber. Han begravdes på en protestantisk kyrkogård. I epitafiet skrev hans legitima son:”Jag använde himlen för att mäta. Nu måste jag mäta jordens skuggor. Även om min själ är i himlen, ligger skuggan av min kropp här.”
Ja, till en början, i en anda av medeltida koncept, trodde forskaren att planeterna rör sig för att de har själar, detta är levande magi, och inte bara klumpar av materia. Senare insåg han att det vetenskapliga tillvägagångssättet var mer berättigat. Tja, prästen och astronomen, som upptäckte lagarna för planetarisk rörelse, gick ärligt på insiktens väg. Men låt oss erkänna det för oss själva: ibland verkar det som att det finns så mycket mystik i det vetenskapliga universum rakt igenom!
