A Kepler törvényei ismerős kifejezésmindenki, aki szereti a csillagászatot. Ki ez az ember? Milyen objektív valóság kapcsolatát és egymásrautaltságát írta le? Csillagász, matematikus, teológus, filozófus, korának legokosabb embere, Johannes Kepler (1571-1630) fedezte fel a Naprendszer bolygóinak mozgási törvényeit.
az út elején
Johannes Kepler, Weil der Stadt szülötte(Németország), 1571 decemberében jött a világra. Egy gyenge látású gyermek mindent legyőzött, hogy nyerjen ebben az életben. A fiú tanulmányait Leonbergben kezdték, ahová a család költözött. Később egy emelt szintű intézménybe, egy latin iskolába költözött, hogy megtanulja a nyelv alapjait, amelyeket későbbi kiadványaiban használni szándékozott.
1589-ben végzett a kolostorbanMaulbronn Adelburgban. 1591-ben belépett a tübingeni egyetemre. Hatékony oktatási rendszert hoztak létre a hercegek a lutheranizmus bevezetése nyomán. A szegények támogatásával és ösztöndíjával a hatóságok igyekeztek olyan jelentkezőket biztosítani az egyetemeknek, ahonnan jól képzett papokat nevelhettek, akik megvédhették az új hitet a tomboló vallási viták idején.
A Kepler oktatási intézményben való tartózkodása alattMichael Möstlin csillagászprofesszor befolyása alá került. Utóbbi titokban osztotta Kopernikusz nézeteit a heliocentrikus (a Nap a középpontban) univerzumról, bár a hallgatókat "Ptolemaiosz szerint" (a Föld a középpontban) tanította. Kepler mélyreható ismerete a lengyel tudós gondolatairól nagy érdeklődést váltott ki a csillagászat iránt. Tehát Kopernikusz elméletének volt egy másik támogatója is, aki személyesen próbálta megérteni a Nap körüli bolygók mozgásának törvényeit.
A naprendszer egy műalkotás
Furcsa módon az, aki később felfedeztea bolygó mozgásának törvényei, nem tartotta magát hivatásából csillagásznak. Kepler egész életében azt hitte, hogy a Naprendszer egy műalkotás, tele van misztikus jelenségekkel, arról álmodozott, hogy pap lesz. A csillagász a Kopernikusz elmélete iránti érdeklődését azzal magyarázta, hogy mielőtt saját kutatásaiból következtetéseket vonna le, különböző véleményeket kell tanulmányoznia.
Az egyetemi tanárok mégis azt mondtákKeplerről mint kiváló elméjű diákról. 1591-ben a tudós mesteri fokozat megszerzése után a teológia területén folytatta tanulmányait. Amikor már a befejezéshez közeledtek, kiderült, hogy egy matematikaprofesszor meghalt egy grazi evangélikus iskolában. A Tübingeni Egyetem minden tekintetben tehetséges diplomás felvételét javasolta erre a pozícióra. Szóval, búcsút a bolygók mozgásának törvényeitől?
Isten nevében
A 22 éves Johann vonakodva adta fel az övétkezdetben papnak hivatott, de ennek ellenére Grazban matematikatanári feladatokat látott el. A kezdő tanár az osztályában előadásokat tartva koncentrikus körök és háromszögek közreműködésével bizonyos geometriai formákat rajzolt a táblára. És hirtelen felötlött benne a gondolat, hogy az ilyen alakzatok két kör méretének bizonyos rögzített arányát tükrözik, feltéve, hogy a háromszög egyenlő oldalú. És mennyi a méretek aránya a két kör közötti területen? A gondolatmenet egyre nagyobb lendületet kapott.
Egy évvel később egy szokatlan teológus kiadta első munkáját, a The Mystery of the Universe (1596) címet. Ebben felvázolta kreatív nézeteit az univerzum titkairól, amelyet vallási hiedelmek támogatnak.
Aki felfedezte a bolygók mozgásának törvényeitaz Isten nevében van. Az Univerzum matematikai tervét feltárva a kutató arra a következtetésre jutott: hat bolygó van gömbökbe zárva, amelyek közé öt szabályos poliéder van beírva. Természetesen a verzió azon a "tényen" alapult, hogy csak 6 égitest létezik. A Föld pályája körül Kepler egy tökéletes dodekaédert és egy gömböt vázolt fel, amely a Mars pályáját érinti.
Tökéletes poliéder
A Mars régiója körül a tudós tetraédert ábrázolt ésa Jupiter pályájával szomszédos gömb. A Föld keringési szférájában lévő ikozaéderben a Vénusz gömbje tökéletesen "elfér". A tökéletes poliéder többi típusát felhasználva ugyanezt tettük a többivel is. Meglepő módon a szomszédos bolygópályák Kepler-féle gömbök egymásba ágyazott modelljében bemutatott arányai megegyeztek Kopernikusz számításaival.
A bolygómozgás törvényeinek felfedezése, a pap aa matematikai elme elsősorban az isteni sugalmazásra támaszkodott. Nem volt valódi alapja a vitáknak. A „Az Univerzum titkai” című értekezés jelentősége abban rejlik, hogy ez volt az első döntő lépés a világ Kopernikusz által megfogalmazott heliocentrikus rendszerének felismerése felé.
Feltételezések kontra nagy pontosság
1598 szeptemberében a grazi protestánsok, köztükköztük Keplert a katolikus uralkodók elűzték a városból. Bár Johann visszatérhetett, a helyzet továbbra is nagyon feszült. Támogatást keresve Tycho Brahéhez, II. Rudolf császár udvarának matematikusához és csillagászához fordult. A tudós lenyűgöző bolygómegfigyelési gyűjteményéről volt ismert.
Tudott a "The Mystery of the Universe" című műről.Ám amikor 1600-ban alkotója megérkezett a Prágán kívül található Tycho Obszervatóriumba, Brahe, aki nagy pontosságú (akkori) kutatással foglalkozott, egy konkrét mű szerzőjeként fogadta, de nem kollégájaként. . A köztük lévő konfrontáció egészen a dán asztrológus haláláig tartott, ami egy évvel később történt. A rivális egy másik világba távozása után Keplert bízták meg megfigyelései kincstárának őrzésével. Nagyban segítették a kutatót abban, hogy azzá váljon, aki felfedezte a Nap körüli bolygók mozgásának törvényeit.
Mars út
Brahe legújabb kutatása az asztalkészítésrőla bolygómozgások nem fejeződtek be. Minden remény az utódhoz fűződött. Birodalmi matematikusnak nevezték ki. A néhai kollégájával ápolt feszült kapcsolat ellenére Kepler szabadon foglalkozhatott a csillagászattal. Úgy döntött, hogy folytatja a Mars megfigyelését, és leírja saját elképzelését a bolygó pályájáról.
Johann biztos volt benne:Egy összetett marsi ösvény felfedezése után feltárható az összes többi "Univerzum vándorának" mozgási útja. A közhiedelemmel ellentétben nem csak Brahe megfigyeléseit használta fel a leírásnak megfelelő geometriai alakzat kiválasztására. A tegnapi teológus arra irányult, hogy felfedezzék a „levegőtlen térben élő nővérek” mozgásának fizikai elméletét, amelyből következtetni lehet pályájukra. A titáni kutatómunka után a bolygómozgás három törvénye jelent meg.
Első törvény
I. A bolygók pályái ellipszisek, amelyek egyik fókuszában a Nap áll.
A bolygók mozgásának törvénye a Naprendszerbenmegállapította, hogy a bolygók ellipszisben mozognak. Nyolc évnyi számítás után jelent meg egy Tycho Brahe által a Mars-csillag bolygómozgásának megfigyelései alapján összeállított adatbázis segítségével. Johann "New Astronomy"-nak nevezte munkáját.
Tehát Kepler első törvénye szerint bármelyikegy ellipszisnek két geometriai pontja van, úgynevezett fókuszpontok (a fókusz egyes számban). A bolygótól az egyes gócokig mért teljes távolságot mindig ugyanúgy összegezzük, függetlenül attól, hogy a bolygó hol van a mozgásának útján. A felfedezés jelentősége abban rejlik, hogy az a feltételezés, hogy a pályák nem tökéletes körök (mint a geocentrikus elméletben), közelebb vitte az embereket a világkép pontosabb és tisztább megértéséhez.
Második törvény
II. A bolygót a Nappal összekötő vonal (sugárvektor) egyenlő időközönként egyenlő területeket halad át, miközben a bolygó az ellipszis körül mozog.
Azaz bármely időintervallumban, pl.30 nap elteltével a bolygó ugyanazt a területet fedi le, függetlenül attól, hogy melyik időszakot választja. Gyorsabban mozog, amikor közeledik a Naphoz, és lassabban, amikor távolodik, de folyamatosan változó sebességgel mozog a pályája körül. A leginkább „fürge” mozgás a perihéliumban (a Naphoz legközelebbi pont) és a „hatalomtörvény” leginkább az aphelionban (a Naptól legtávolabbi pont) figyelhető meg. Így ítélte meg az, aki felfedezte a bolygómozgás törvényeit.
A harmadik törvény
III. A teljes keringési idő négyzete (T) arányos a bolygó és a Nap közötti átlagos távolság kockájával (R).
Ezt az elvet néha a harmónia törvényének is nevezik.Összehasonlítja a keringési időszakot és a bolygók pályájának sugarát. Kepler felfedezésének lényege a következő: a mozgási periódusok négyzeteinek és a Naptól való átlagos távolságok kockáinak aránya minden bolygó esetében azonos.
Ismételjük, a Kepler-bolygók mozgásának törvényei voltakhosszú távú komoly megfigyelések alapján és matematikailag feldolgozva. A minták megjelenítése során nem tárták fel a jelenségek feltételességét. Később az egyetemes gravitáció törvényének híres felfedezője, Newton bebizonyította, hogy a válasz a testek egymáshoz vonzódásának fizikai tulajdonságában rejlik.
Itt van a testem árnyéka
Sikerei ellenére Kepler folyamatosan szenvedettanyagi gondok, időhiány a kutatásra, utazások olyan helyek keresésére, ahol toleránsak a vallási meggyőződésével szemben. Többször megpróbált tanári állást szerezni Tübingenben, de árulónak, protestánsnak tartották, és elutasították.
Johannes Kepler 1630. november 15-én halt megakut láz rohama. Protestáns temetőben temették el. A sírfeliratban törvényes fia ezt írta: „A mennyországot használtam a méréshez. Most meg kell mérnem a Föld árnyékait. Annak ellenére, hogy a lelkem a mennyben van, testem árnyéka itt fekszik."
Igen, eredetileg a középkori koncepciók jegyébena tudós úgy gondolta, hogy a bolygók azért mozognak, mert van lelkük, ez élő varázslat, és nem csak anyagcsomók. Később rájött, hogy a tudományos megközelítés indokoltabb. Nos, a pap és csillagász, aki felfedezte a bolygómozgás törvényeit, őszintén járta a belátás útját. De valljuk be magunknak: néha úgy tűnik, hogy az alaposan tudományos Univerzumban annyi misztikum van!
