ИОГАНН КЕПЛЕР
(1571 – 1630)
«Я могу подождать читателя сто лет, если Господь ждал зрителя пять тысяч». « Для меня важно не просто сообщить читателю, что я должен сказать, но прежде всего ознакомить его с доводами, оговорками, счастливо преодоленными опасностями, которые привели меня к открытиям».
Иоганн Кеплер – великий немецкий астроном и математик. Он был одним из творцов астрономии нового времени. Он открыл три основных закона движения планет относительно Солнца, изобрёл оптическую систему, применяемую, в частности, в современных рефракторах, подготовил создание дифференциального, интегрального и вариационного исчисления в математике. Иоганн Кеплер родился в 1571 г. в городе Вейльдер-Штадт на юге Германии в бедной протестантской семье. После обучения в монастырской школе в 1589 г. поступил в духовную семинарию при Тюбингенской академии. В эти годы он познакомился с гелиоцентрической системой Н.Коперника. По окончании академии в 1593 г. Кеплер, обвиненный в свободомыслии, не был допущен к богословской карьере и получил должность школьного учителя математики. В 1600 г. он приехал в Прагу к знаменитому астроному Т.Браге, после смерти которого получил материалы его многолетних и многочисленных наблюдений. Кеплер написал много научных трудов и статей. Важнейшее его сочинение – «Новая астрономия» (1609), посвященная изучению движения Марса по наблюдениям Т.Браге и содержащая первые два закона притяжения планет. В сочинении «Гармония мира» (1619) Кеплер сформулировал третий закон, объединяющий теорию движения всех планет в стройное целое. Солнце, занимая один из фокусов эллиптической орбиты, является, по Кеплеру, источником силы, движущей планеты. Он высказал справедливые догадки о существовании между небесными телами тяготения и объяснил приливы и отливы земных океанов воздействием Луны. Составление Кеплером на основе наблюдений Браге «Рудольфовы таблицы» (1627) давали возможность вычислять для любого момента времени положение планет с высокой для той эпохи точностью. В работе «Сокращение Коперниковой астрономии» (1618 – 1622) Кеплер изложил теорию и способы предсказания солнечных и лунных затмений. Его исследования по оптике (проблемы преломления света, астрономической рефракции, разработка теории зрительных труб) изложены в сочинениях «Дополнение к Виттело» (1604) и «Диоптрики» (1611). Замечательные математические способности Кеплера проявились, в частности, в выводе формул для определения объёмов многих тел вращения. Рукописи Кеплера были приобретены Петербургской академией наук и хранятся сейчас в России в Санкт-Петербурге. Умер он в чужом городе Регенсбурге на постоялом дворе 15 ноября 1630 г. в ожидании жалования, положенного ему как Первому математику императора Священной Римской империи – жалования, которое он не получал много лет. В довершение всего война пропахала регенсбургское кладбище, где был похоронен учёный, и от могилы Кеплера не осталось и следа.
Кеплер верил, что Бог призвал его на свет для того, чтобы открыть людям тайны Вселенной, и он неотступно шёл через тернии к звёздам. Он дал людям законы движения планет, объяснил происхождение приливов, заложил научные основы теории света, освещённости, атмосферной рефракции. Кеплер первым объяснил, как работают человеческий глаз, очки, оптическая камера, телескоп. Он написал первую научно-фантастическую повесть о полёте на Луну – «Сон», объяснил форму снежинок и научил виноделов Австрии простому способу вычислять объём пузатых бочек. Для этого, правда, пришлось сделать кое-какие открытия в области высшей математики. Гармония мира – это и есть смысл жизни Иоганна Кеплера. Он нёс свой крест – думал и вычислял, а тяготы жизни… Их как бы и не было…
Яркие события детства
Из своего детства Кеплер запомнил два ярких события. В возрасте шести лет он впервые увидел комету: «Я много слышал о комете до этого, 1577 г., и мать вывела меня на возвышенность, чтобы я поглядел на неё». В девять лет «родители позвали меня на улицу, чтобы показать затмение Луны. Она казалась совсем красной».
О болезнях и о силе духа
Кеплер родился очень слабым ребёнком. В 4 года он заразился оспой и чуть не умер. У него были больные печень и желудок, часто болела голова. Кроме того, он имел врожденные недостатки зрения – сильную близорукость и дефект, при котором один объект кажется множественным (глядя на Луну, Кеплер видел несколько Лун). Болезни преследовали его всю жизнь. Тем более достойны уважения его мужество и сила духа, благодаря которым он смог добиться поразительных научных успехов и стать одним из творцов современной астрономии и физики.
Метод подбора
При поиске орбит Кеплер вынужден был пользоваться методом подбора. Он вычислял и вычислял, однако совпадений с наблюдениями не оказывалось. Сперва был отброшен овал – кривая, составленная из четырёх дуг окружности. Около года Кеплер возился с «овоидом» - фигурой, имеющей форму яйца. Наконец, учёный пришел к выводу: правда лежит между кругом и овалом, как будто орбита Марса есть точный эллипс». Но и эллипс не подходил, пока Кеплер не расположил Солнце в его фокусе. Тогда в начале 1605 г., всё сошлось и стало на свои места. На эллипс легли все точки орбиты, вычисленные из наблюдений, сходилась она и с законом площадей.
Дочь астрономии
На жизнь Кеплер зарабатывал составлением гороскопов. Ему принадлежит остроумное высказывание: «Астрология – дочь астрономии, хотя и незаконная, и должна кормить свою мать, которая иначе умерла бы с голоду».
В поисках гармонии
Ещё в первой своей книге «Космографическая тайна», написанной им в 1596 г., Кеплер пытался найти математические законы геометрии Солнечной системы. Геометрия знает только пять правильных многогранников, а планет известно было шесть. Это навело Кеплера на мысль, что именно многогранники должны определять размеры пяти промежутков между орбитами планет. И ему удалось найти такое чередование вписанных и описанных фигур, которое приблизительно соответствовало действительным космическим расстояниям.
Он вписал в сферу орбиты Сатурна куб, в орбиту Юпитера – тетраэдр (четырёхгранник), в орбиту Марса – додекаэдр (12-гранник), в орбиту Земли – икосаэдр (20-гранник), в орбиту Венеры – октаэдр (восьмигранник). При этом сфера каждой планеты касалась и вписанной в неё фигуры и фигуры, вписанной в сферу предыдущей планеты.