"Νόμοι του Κέπλερ" - αυτή η φράση είναι γνωστή σε όλους όσους αγαπούν την αστρονομία. Ποιο είναι αυτό το άτομο? Τη σύνδεση και την αλληλεξάρτηση ποιας αντικειμενικής πραγματικότητας περιέγραψε; Αστρονόμος, μαθηματικός, θεολόγος, φιλόσοφος, ο πιο έξυπνος άνθρωπος της εποχής του Johannes Kepler (1571-1630) ανακάλυψε τους νόμους της κίνησης των πλανητών στο ηλιακό σύστημα.
Η αρχή του ταξιδιού
Ο Johannes Kepler, με καταγωγή από το Weil der Stadt (Γερμανία), ήρθε σε αυτόν τον κόσμο τον Δεκέμβριο του 1571. Αδύναμο, με κακή όραση, το παιδί ξεπέρασε τα πάντα για να κερδίσει σε αυτή τη ζωή. Οι σπουδές του αγοριού ξεκίνησαν στο Leonberg, όπου μετακόμισε η οικογένεια. Αργότερα, μετακόμισε σε ένα προηγμένο ίδρυμα, μια σχολή Λατινικών, για να μάθει τα βασικά της γλώσσας, τα οποία σκόπευε να χρησιμοποιήσει σε μελλοντικές εκδόσεις.
Το 1589 αποφοίτησε από το σχολείο στο μοναστήρι Maulbronn στην πόλη Adelburg. Το 1591 μπήκε στο πανεπιστήμιο του Tübingen. Ένα αποτελεσματικό εκπαιδευτικό σύστημα δημιουργήθηκε από τους δούκες στον απόηχο της εισαγωγής του λουθηρανισμού. Με τη βοήθεια επιχορηγήσεων και υποτροφιών για τους φτωχούς, οι αρχές προσπάθησαν νανα παράσχει στα πανεπιστήμια υποψηφίους που θα μπορούσαν να εκπαιδευτούν σε καλά μορφωμένους κληρικούς ικανούς να υπερασπιστούν τη νέα πίστη σε περιόδους μαινόμενης θρησκευτικής διαμάχης.
Κατά τη διάρκεια της παραμονής του στο εκπαιδευτικό ίδρυμα, ο Κέπλερ βρέθηκε υπό την επιρροή του καθηγητή Αστρονομίας Michael Möstlin. Ο τελευταίος μοιράστηκε κρυφά τις απόψεις του Κοπέρνικου σχετικά με την ιδέα ενός ηλιοκεντρικού (Ήλιος στο κέντρο) Σύμπαντος, αν και δίδασκε στους μαθητές «κατά τον Πτολεμαίο» (Η Γη στο κέντρο). Η βαθιά γνώση των ιδεών του Πολωνού επιστήμονα προκάλεσε στον Κέπλερ μεγάλο ενδιαφέρον για την αστρονομία. Έτσι, η θεωρία του Κοπέρνικου είχε έναν άλλο υποστηρικτή που προσπάθησε να κατανοήσει προσωπικά τους νόμους της κίνησης των πλανητών γύρω από τον Ήλιο.
Το ηλιακό σύστημα είναι ένα έργο τέχνης
Περίεργα, αυτός που ανακάλυψε αργότερα τους νόμους της κίνησης των πλανητών δεν θεωρούσε τον εαυτό του αστρονόμο από την κλίση του. Σε όλη του τη ζωή, ο Κέπλερ πίστευε ότι το ηλιακό σύστημα είναι ένα έργο τέχνης, που ξεχειλίζει από μυστικιστικά φαινόμενα, ονειρευόταν να γίνει ιερέας. Ο αστρονόμος εξήγησε το ενδιαφέρον του για τη θεωρία του Κοπέρνικου από το γεγονός ότι πριν βγάλει συμπεράσματα από τη δική του έρευνα, πρέπει να μελετήσει διαφορετικές απόψεις.
Παρόλα αυτά, οι καθηγητές του πανεπιστημίου μίλησαν για τον Κέπλερ ως μαθητή με εξαιρετικό μυαλό. Το 1591, έχοντας λάβει μεταπτυχιακό δίπλωμα, ο επιστήμονας συνέχισε τις σπουδές του στον τομέα της θεολογίας. Όταν ήταν κοντά στην ολοκλήρωσή τους, έγινε γνωστό ότι ένας καθηγητής μαθηματικών είχε πεθάνει στο λουθηρανικό σχολείο στο Γκρατς. Το Πανεπιστήμιο του Tübingen συνέστησε την πρόσληψη ενός ταλαντούχου σε όλους τους τομείς για αυτή τη θέση.μεταπτυχιακή σχέση. Λοιπόν, αντίο στους νόμους της πλανητικής κίνησης;
Στο όνομα του Θεού
Ο 22χρονος Johann εγκατέλειψε απρόθυμα την αρχική του κλήση ως ιερέας, αλλά παρ' όλα αυτά ανέλαβε τα καθήκοντα ενός δασκάλου μαθηματικών στο Γκρατς. Ενώ έδινε διάλεξη στην τάξη του, ο αρχάριος δάσκαλος απεικόνισε στον μαυροπίνακα μερικά γεωμετρικά σχήματα που περιελάμβαναν ομόκεντρους κύκλους και τρίγωνα. Και ξαφνικά σκέφτηκε ότι τέτοιες φιγούρες αντικατοπτρίζουν μια ορισμένη σταθερή αναλογία μεταξύ των μεγεθών δύο κύκλων, υπό την προϋπόθεση ότι το τρίγωνο είναι ισόπλευρο. Ποια είναι η αναλογία εμβαδών μεταξύ των δύο κύκλων; Η διαδικασία σκέψης κέρδιζε δυναμική.
Ένα χρόνο αργότερα, ένας ασυνήθιστος θεολόγος δημοσίευσε το πρώτο του έργο, The Mystery of the Universe (1596). Σε αυτό, περιέγραψε τις δημιουργικές του απόψεις για τα μυστικά του σύμπαντος, υποστηριζόμενες από θρησκευτικές πεποιθήσεις.
Αυτός που ανακάλυψε τους νόμους της κίνησης των πλανητών το έκανε στο όνομα του Θεού. Αποκαλύπτοντας το μαθηματικό σχέδιο του Σύμπαντος, ο ερευνητής κατέληξε στο συμπέρασμα: έξι πλανήτες περικλείονται σε σφαίρες, μεταξύ των οποίων χωρούν πέντε κανονικά πολύεδρα. Φυσικά, η εκδοχή βασίστηκε στο «γεγονός» ότι υπάρχουν μόνο 6 ουράνια σώματα. Γύρω από την τροχιά της Γης, ο Κέπλερ σκιαγράφησε ένα τέλειο δωδεκάεδρο και μια σφαίρα που αγγίζει την τροχιά του Άρη.
Τέλεια πολύεδρα
Γύρω από την περιοχή του Άρη, ο επιστήμονας απεικόνισε ένα τετράεδρο και μια σφαίρα δίπλα στην τροχιά του Δία. Στο εικοσάεδρο στην τροχιακή σφαίρα της Γης «ταιριάζει» τέλεια η σφαίρα της Αφροδίτης. Χρησιμοποιώντας τα υπόλοιπατύπους τέλειων πολύεδρων, το ίδιο έγινε και με τα υπόλοιπα. Παραδόξως, οι αναλογίες των γειτονικών πλανητικών τροχιών, που παρουσιάστηκαν στο μοντέλο ένθετης σφαίρας του Κέπλερ, συνέπεσαν με τους υπολογισμούς του Κοπέρνικου.
Ανακαλύπτοντας τους νόμους της πλανητικής κίνησης, ο ιερέας με μαθηματικό μυαλό βασίστηκε κυρίως στη θεϊκή έμπνευση. Δεν είχε πραγματική βάση για επιχειρήματα. Η σημασία της πραγματείας "Μυστικά του Σύμπαντος" έγκειται στο γεγονός ότι ήταν το πρώτο αποφασιστικό βήμα προς την αναγνώριση του ηλιοκεντρικού συστήματος του κόσμου που διατύπωσε ο Κοπέρνικος.
Υποθέσεις έναντι υψηλής ακρίβειας
Τον Σεπτέμβριο του 1598, οι Προτεστάντες στο Γκρατς, συμπεριλαμβανομένου του Κέπλερ, αναγκάστηκαν να φύγουν από την πόλη από τους Καθολικούς ηγεμόνες. Αν και ο Johann επετράπη να επιστρέψει, η κατάσταση παρέμεινε πολύ τεταμένη. Αναζητώντας υποστήριξη, στράφηκε στον Tycho Brahe, έναν μαθηματικό και αστρονόμο στην αυλή του αυτοκράτορα Rudolph II. Ο επιστήμονας ήταν γνωστός για την εντυπωσιακή του συλλογή από παρατηρήσεις πλανητών.
Γνώριζε για το έργο "The Secret of the Universe". Αλλά όταν το 1600 ο δημιουργός του έφτασε στο Παρατηρητήριο Tycho, που βρίσκεται έξω από την πόλη της Πράγας, ο Brahe, ο οποίος ασχολούνταν με έρευνα υψηλής ακρίβειας (εκείνη την εποχή), τον καλωσόρισε ως συγγραφέα ενός συγκεκριμένου έργου, αλλά όχι ως συνάδελφό του. Η μεταξύ τους αντιπαράθεση συνεχίστηκε μέχρι τον θάνατο του Δανού αστρολόγου, που σημειώθηκε ένα χρόνο αργότερα. Μετά την αναχώρηση του αντιπάλου σε έναν άλλο κόσμο, στον Κέπλερ ανατέθηκε η φύλαξη του θησαυρού των παρατηρήσεών του. Βοήθησαν πολύ τον ερευνητή να γίνει αυτός που ανακάλυψε τους νόμους της κίνησηςπλανήτες γύρω από τον ήλιο.
Το μονοπάτι του Άρη
Η τελευταία έρευνα του Brage για τη δημιουργία ενός πίνακα κινήσεων των πλανητών δεν έχει ολοκληρωθεί. Όλες οι ελπίδες είχαν στηριχθεί σε έναν διάδοχο. Διορίστηκε αυτοκρατορικός μαθηματικός. Παρά την τεταμένη σχέση με έναν αποθανόντα συνάδελφο, ο Κέπλερ ήταν ελεύθερος να ακολουθήσει τα δικά του ενδιαφέροντα στην αστρονομία. Αποφάσισε να συνεχίσει τις παρατηρήσεις του στον Άρη και να περιγράψει το δικό του όραμα για την τροχιά αυτού του πλανήτη.
Ο Johann ήταν σίγουρος: ανοίγοντας το περίπλοκο μονοπάτι του Άρη, είναι δυνατό να αποκαλυφθούν τα μονοπάτια κίνησης όλων των άλλων «περιπλανώμενων του Σύμπαντος». Σε αντίθεση με τη δημοφιλή πεποίθηση, δεν χρησιμοποίησε μόνο τις παρατηρήσεις του Brahe για να επιλέξει ένα γεωμετρικό σχήμα που ταιριάζει στην περιγραφή. Ο χθεσινός θεολόγος έστρεψε τις προσπάθειές του στην ανακάλυψη μιας φυσικής θεωρίας της κίνησης των «αδελφών που ζουν σε χώρο χωρίς αέρα», από την οποία μπορούν να συναχθούν οι τροχιές τους. Μετά από μια τιτάνια ερευνητική εργασία, εμφανίστηκαν τρεις νόμοι της κίνησης των πλανητών.
Πρώτος Νόμος
I. Οι τροχιές των πλανητών είναι ελλείψεις με τον Ήλιο σε μία από τις εστίες.
Ο νόμος της κίνησης των πλανητών στο ηλιακό σύστημα καθόρισε ότι οι πλανήτες κινούνται σε έλλειψη. Εμφανίστηκε μετά από οκτώ χρόνια υπολογισμών χρησιμοποιώντας μια βάση δεδομένων που συνέταξε ο Tycho Brahe με βάση τις παρατηρήσεις της πλανητικής κίνησης του Άστρου Άρη. Ο Johann ονόμασε το έργο του "New Astronomy".
Έτσι, σύμφωνα με τον πρώτο νόμο του Κέπλερ, κάθε έλλειψη έχει δύο γεωμετρικά σημεία που ονομάζονται εστίες (εστίαση στον ενικό). Η συνολική απόσταση από τον πλανήτη σε κάθε ένα από τα κέντρα αθροίζεται πάντατο ίδιο ανεξάρτητα από το πού βρίσκεται ο πλανήτης στην πορεία κίνησής του. Η σημασία της ανακάλυψης είναι ότι η υπόθεση ότι οι τροχιές δεν είναι τέλειοι κύκλοι (όπως στη γεωκεντρική θεωρία) έφερε τους ανθρώπους πιο κοντά σε μια πιο ακριβή και σαφή κατανόηση της εικόνας του κόσμου.
Δεύτερος Νόμος
II. Η γραμμή που συνδέει τον πλανήτη με τον Ήλιο (διάνυσμα ακτίνας) καλύπτει ίσες περιοχές σε ίσα χρονικά διαστήματα ενώ ο πλανήτης κινείται γύρω από την έλλειψη.
Δηλαδή, σε οποιαδήποτε χρονική περίοδο, για παράδειγμα, μετά από 30 ημέρες, ο πλανήτης ξεπερνά την ίδια περιοχή, ανεξάρτητα από την περίοδο που θα επιλέξετε. Κινείται πιο γρήγορα καθώς πλησιάζει τον Ήλιο και πιο αργά καθώς απομακρύνεται, αλλά κινείται με μια συνεχώς μεταβαλλόμενη ταχύτητα καθώς κινείται γύρω από την τροχιά του. Η πιο «ευκίνητη» κίνηση παρατηρείται στο περιήλιο (το σημείο που βρίσκεται πιο κοντά στον Ήλιο) και η πιο «ισχυρή» στο αφήλιο (το πιο απομακρυσμένο από τον Ήλιο σημείο). Έτσι σκέφτηκε αυτός που ανακάλυψε τους νόμους της κίνησης των πλανητών.
Τρίτος Νόμος
III. Το τετράγωνο της συνολικής περιόδου του τροχιακού χρόνου (T) είναι ανάλογο με τον κύβο της μέσης απόστασης από τον πλανήτη στον Ήλιο (R).
Αυτή η αρχή μερικές φορές ονομάζεται νόμος της αρμονίας. Συγκρίνει τη χρονική περίοδο της τροχιάς και την τροχιακή ακτίνα των πλανητών. Η ουσία της ανακάλυψης του Κέπλερ είναι η εξής: ο λόγος των τετραγώνων των περιόδων κίνησης και των κύβων των μέσων αποστάσεων από τον Ήλιο είναι ο ίδιος για κάθε πλανήτη.
Για να επαναλάβουμε, οι νόμοι του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών βασίστηκαν σε μακροπρόθεσμες σοβαρές παρατηρήσεις καιεπεξεργάζεται μαθηματικά. Εμφανίζοντας κανονικότητες, δεν αποκάλυψαν τις προϋποθέσεις των φαινομένων. Αργότερα, ο διάσημος ανακάλυψης του νόμου της παγκόσμιας έλξης, ο Νεύτων, απέδειξε ότι η απάντηση βρισκόταν στη φυσική ιδιότητα των σωμάτων να ελκύουν το ένα το άλλο.
Η σκιά του σώματός μου είναι εδώ
Παρά την επιτυχία του, ο Κέπλερ υπέφερε συνεχώς από οικονομικά προβλήματα, έλλειψη χρόνου για έρευνα, μετακινούμενος αναζητώντας μέρη όπου οι θρησκευτικές του πεποιθήσεις ήταν ανεκτές. Αρκετές φορές προσπάθησε να πάρει μια θέση διδασκαλίας στο Tübingen, αλλά έγινε αντιληπτός ως προδότης, προτεστάντης και απορρίφθηκε.
Ο Johannes Kepler πέθανε στις 15 Νοεμβρίου 1630 από επίθεση οξύ πυρετού. Τάφηκε σε προτεσταντικό νεκροταφείο. Στον επιτάφιο, ο νόμιμος γιος του έγραψε: «Χρησιμοποιούσα τους ουρανούς για να μετρήσω. Τώρα πρέπει να μετρήσω τις σκιές της Γης. Αν και η ψυχή μου είναι στον παράδεισο, η σκιά του σώματός μου βρίσκεται εδώ."
Ναι, αρχικά, στο πνεύμα των μεσαιωνικών εννοιών, ο επιστήμονας πίστευε ότι οι πλανήτες κινούνται επειδή έχουν ψυχές, αυτό είναι ζωντανή μαγεία και όχι μόνο σβώλοι ύλης. Αργότερα, συνειδητοποίησε ότι η επιστημονική προσέγγιση ήταν πιο δικαιολογημένη. Λοιπόν, ο ιερέας και αστρονόμος, που ανακάλυψε τους νόμους της κίνησης των πλανητών, βάδισε με ειλικρίνεια το μονοπάτι της ενόρασης. Αλλά ας το παραδεχτούμε στους εαυτούς μας: μερικές φορές φαίνεται ότι υπάρχει τόσος μυστικισμός στο επιστημονικό Σύμπαν από και προς το τέλος!
