"Keplers love" - denne sætning er velkendt for alle, der er glade for astronomi. Hvem er denne person? Hvilken objektiv virkelighed beskrev han forbindelsen og indbyrdes afhængighed? Astronom, matematiker, teolog, filosof, sin tids klogeste mand Johannes Kepler (1571-1630) opdagede lovene for planetarisk bevægelse i solsystemet.
Rejsens start
Johannes Kepler, en indfødt fra Weil der Stadt (Tyskland), kom til denne verden i december 1571. Svag, med dårligt syn, overvandt barnet alt for at vinde i dette liv. Drengens studier begyndte i Leonberg, hvor familien flyttede. Senere flyttede han til en avanceret institution, en latinskole, for at lære det grundlæggende sprog, som han havde til hensigt at bruge i fremtidige udgivelser.
I 1589 dimitterede han fra skolen ved Maulbronn-klostret i byen Adelburg. I 1591 kom han ind på universitetet i Tübingen. Et effektivt uddannelsessystem blev skabt af hertugerne i kølvandet på lutherdommens indførelse. Ved hjælp af legater og legater til de fattige forsøgte myndighederne atat give universiteterne ansøgere, der kunne oplæres til veluddannede præster, der er i stand til at forsvare den nye tro i tider med rasende religiøse kontroverser.
Under sit ophold på uddannelsesinstitutionen kom Kepler under indflydelse af professor i astronomi Michael Möstlin. Sidstnævnte delte i hemmelighed Copernicus' synspunkter angående ideen om et heliocentrisk (solen i midten) univers, selvom han underviste eleverne "ifølge Ptolemæus" (Jorden i midten). Dyb viden om den polske videnskabsmands ideer vakte hos Kepler en stor interesse for astronomi. Så teorien om Copernicus havde en anden tilhænger, som forsøgte personligt at forstå bevægelseslovene for planeterne omkring Solen.
Solsystemet er et kunstværk
Mærkeligt nok anså den, der senere opdagede lovene for planetarisk bevægelse, ikke sig selv som en astronom af kald. Gennem hele sit liv troede Kepler, at solsystemet er et kunstværk, der flyder over med mystiske fænomener, han drømte om at blive præst. Astronomen forklarede sin interesse for Copernicus' teori med, at før han drager konklusioner fra sin egen forskning, må han studere forskellige meninger.
Ikke desto mindre t alte universitetslærere om Kepler som en studerende med et fremragende sind. I 1591, efter at have modtaget en kandidatgrad, fortsatte videnskabsmanden sine studier inden for teologi. Da de var tæt på at være færdige, blev det kendt, at en professor i matematik var død på den lutherske skole i Graz. Universitetet i Tübingen anbefalede, at en talentfuld på alle områder blev rekrutteret til denne stilling.kandidatforhold. Så farvel til lovene for planetarisk bevægelse?
I Guds navn
22-årige Johann opgav modvilligt sit oprindelige kald som præst, men påtog sig ikke desto mindre pligterne som matematiklærer i Graz. Mens han forelæste i sin klasse, afbildede den nybegyndere på tavlen nogle geometriske figurer, der involverede koncentriske cirkler og trekanter. Og pludselig gik tanken op for ham, at sådanne figurer afspejler et vist fast forhold mellem størrelserne af to cirkler, forudsat at trekanten er ligesidet. Hvad er arealforholdet mellem de to cirkler? Tankeprocessen var ved at tage fart.
Et år senere udgav en usædvanlig teolog sit første værk, The Mystery of the Universe (1596). I den skitserede han sine kreative syn på universets hemmeligheder, understøttet af religiøs overbevisning.
Han, der opdagede lovene for planetarisk bevægelse, gjorde det i Guds navn. Ved at afsløre universets matematiske plan kom forskeren til den konklusion: seks planeter er indesluttet i kugler, mellem hvilke fem regulære polyedre passer. Selvfølgelig var versionen baseret på "kendsgerningen", at der kun er 6 himmellegemer. Rundt om Jordens kredsløb skitserede Kepler et perfekt dodekaeder og en kugle, der rørte ved Mars' kredsløb.
Perfekt polyeder
Omkring Mars-regionen afbildede videnskabsmanden et tetraeder og en kugle, der støder op til Jupiters kredsløb. I icosahedron i jordens kredsløbssfære "passer" Venus sfære perfekt. Bruger restentyper af perfekte polyedre, det samme blev gjort med resten. Overraskende nok faldt forholdet mellem tilstødende planetbaner, præsenteret i Keplers indlejrede sfæremodel, sammen med Copernicus' beregninger.
Præsten med et matematisk sind, som opdagede lovene for planetarisk bevægelse, stolede primært på guddommelig inspiration. Han havde ikke noget reelt grundlag for argumenter. Betydningen af afhandlingen "Universets hemmeligheder" ligger i, at den var det første afgørende skridt mod anerkendelsen af verdens heliocentriske system, som Copernicus har fremsat.
Antagelser vs. høj nøjagtighed
I september 1598 blev protestanterne i Graz, inklusive Kepler, tvunget ud af byen af de katolske herskere. Selvom Johann fik lov til at vende tilbage, forblev situationen meget anspændt. I søgen efter støtte henvendte han sig til Tycho Brahe, en matematiker og astronom ved kejser Rudolf II's hof. Videnskabsmanden var kendt for sin imponerende samling af planetobservationer.
Han kendte til værket "The Secret of the Universe". Men da dets skaber i 1600 ankom til Tycho-observatoriet, der ligger uden for byen Prag, bød Brahe, som var engageret i højpræcision (på det tidspunkt) forskning, ham velkommen som forfatter til et specifikt værk, men ikke som sin kollega. Konfrontationen mellem dem fortsatte indtil den danske astrologs død, som indtraf et år senere. Efter rivalens afgang til en anden verden, blev Kepler betroet at vogte statskassen for sine observationer. De hjalp i høj grad forskeren til at blive den, der opdagede bevægelsesloveneplaneter omkring solen.
The Path of Mars
Brages seneste forskning for at skabe en tabel med planetbevægelser er ikke afsluttet. Alle håb var knyttet til en efterfølger. Han blev udnævnt til kejserlig matematiker. På trods af et anspændt forhold til en afdød kollega var Kepler fri til at forfølge sine egne interesser inden for astronomi. Han besluttede at fortsætte sine observationer af Mars og beskrive sin egen vision af denne planets kredsløb.
Johann var sikker: Ved at åbne den komplekse Mars-sti er det muligt at afsløre bevægelsesvejene for alle andre "universets vandrere." I modsætning til hvad mange tror, brugte han ikke bare Brahes observationer til at vælge en geometrisk figur, der passede til beskrivelsen. Gårsdagens teolog rettede sin indsats mod opdagelsen af en fysisk teori om bevægelsen af "søstre, der lever i luftløst rum", hvorfra deres kredsløb kan udledes. Efter et titanisk forskningsarbejde dukkede tre love for planetarisk bevægelse op.
First Law
I. Planeternes kredsløb er ellipser med Solen i et af brændpunkterne.
Loven om planeternes bevægelse i solsystemet fastslog, at planeterne bevæger sig i en ellipse. Det dukkede op efter otte års beregninger ved hjælp af en database udarbejdet af Tycho Brahe baseret på observationer af den planetariske bevægelse af Star Mars. Johann kaldte sit værk "New Astronomy".
Så ifølge Keplers første lov har enhver ellipse to geometriske punkter kaldet foci (fokus i ental). Den samlede afstand fra planeten til hvert af centrene er altid opsummeretdet samme uanset hvor planeten er i sin bevægelsesvej. Betydningen af opdagelsen er, at antagelsen om, at banerne ikke er perfekte cirkler (som i den geocentriske teori) bragte folk tættere på en mere præcis og klar forståelse af verdensbilledet.
Anden lov
II. Linjen, der forbinder planeten med Solen (radiusvektor) dækker lige store arealer i lige store tidsintervaller, mens planeten bevæger sig rundt om ellipsen.
Det vil sige, at i et hvilket som helst tidsrum, for eksempel efter 30 dage, overvinder planeten det samme område, uanset hvilken periode du vælger. Den bevæger sig hurtigere, når den nærmer sig Solen og langsommere, når den bevæger sig væk, men den bevæger sig med en konstant skiftende hastighed, når den bevæger sig rundt i sin bane. Den mest "flinke" bevægelse observeres ved perihelium (det punkt, der er tættest på Solen) og den mest "kraftige" ved aphelium (punktet længst væk fra Solen). Sådan ræsonnerede den, der opdagede lovene for planetarisk bevægelse.
Tredje lov
III. Kvadratet af den samlede omløbstidsperiode (T) er proportional med terningen af den gennemsnitlige afstand fra planeten til Solen (R).
Dette princip kaldes nogle gange harmoniens lov. Den sammenligner kredsløbsperioden og planeternes kredsløbsradius. Essensen af Keplers opdagelse er som følger: forholdet mellem kvadraterne af bevægelsesperioderne og terningerne for de gennemsnitlige afstande fra Solen er det samme for hver planet.
For at gentage, var Keplers love for planetarisk bevægelse baseret på langsigtede seriøse observationer ogbearbejdet matematisk. De viste regelmæssigheder og afslørede ikke fænomenernes konditionalitet. Senere beviste den berømte opdager af loven om universel gravitation, Newton, at svaret lå i kroppens fysiske egenskaber til at tiltrække hinanden.
Skyggen af min krop er her
På trods af sin succes led Kepler konstant af økonomiske problemer, mangel på tid til forskning, flytte på jagt efter steder, hvor hans religiøse overbevisning blev tolereret. Flere gange forsøgte han at få en lærerstilling i Tübingen, men blev opfattet som en forræder, en protestant og blev afvist.
Johannes Kepler døde den 15. november 1630 af et anfald af akut feber. Han blev begravet på en protestantisk kirkegård. I epitafiet skrev hans retmæssige søn: "Jeg brugte himlen til at måle. Nu skal jeg måle Jordens skygger. Selvom min sjæl er i himlen, ligger min krops skygge her."
Ja, til at begynde med, i middelalderens koncepters ånd, troede videnskabsmanden, at planeterne bevæger sig, fordi de har sjæle, det er levende magi og ikke kun klumper af stof. Senere indså han, at den videnskabelige tilgang var mere berettiget. Nå, præsten og astronomen, der opdagede lovene for planetarisk bevægelse, gik ærligt indsigtens vej. Men lad os indrømme det for os selv: nogle gange ser det ud til, at der er så meget mystik i det videnskabelige univers hele vejen igennem!
