Рождение небесной механики. Кеплер

⇐ ПредыдущаяСтр 9 из 33Следующая ⇒

Новая картина Вселенной, созданная Коперником, требовала научного осмысления. Специалисты-астрономы видели в ней прежде всего удобство и простоту при составлении астрономических таблиц. Церковь любое покушение на аристотелевскую систему считала ересью и жестоко пресекала. За вольнодумство и пропаганду теории Коперника Джордано Бруно (1548-1600) поплатился жизнью. Для утверждения теории Коперника не было достаточно и усилий Галилея, шедшего от земной механики к всеобщим законам космоса. Необходимо было точное описание орбит планет, поскольку круговой их характер никак не доказывался и выводился из чисто эстетических соображений.

Задачу точного описания орбит планет решил один из величайших астрономов мира Иоганн Кеплер (1571-1630), основываясь на точнейших астрономичечких наблюдениях своего учителя Тихо Браге (1531-1601 гг.).

Тихо Браге по происхождению был датским дворянином. Его отец, знаменитый судья, мечтал, чтобы второй сын – Тихо - также сделал юридическую карьеру. С тринадцати лет Тихо Браге учился в академии в Копенгагене на юриста, но увлекся астрономией и занимался ею втайне от отца и воспитателей. Тихо Браге был вспыльчив. Из-за спора при игре в карты состоялась дуэль. Саблей ему отрубили нос. Он сделал себе серебряный протез, стал нелюдим, женился на простой крестьянке и посвятил себя любимому делу – астрономии. Успехи пришли быстро. Браге обзавелся походной обсерваторией, отправился путешествовать по Германии. Король Дании Фридрих II стал поощрять работу Тихо Браге. Он подарил Т.Браге остров Вен в проливе Зунд и построил на нем Ураниенбург - замок Урании, богини неба. Замок стал великолепной, прекрасно оснащенной обсерваторией, в которой Браге с помощью специально изготовленных приборов провел ряд точнейших наблюдений. Браге занимался астрологическими прогнозами, добавлявшими ему славы и денег. Знатные люди со всей Европы стремились заполучить гороскоп, составленный Браге. Ему была, разумеется, известна гелиоцентрическая система Коперника, но Браге создал свою систему, по которой Земля неподвижна, Солнце вращается вокруг Земли, а планеты – вокруг Солнца. После смерти Фридриха Браге покинул родину. Его новым могущественным покровителем стал император Рудольф II. Тихо Браге поселился в Праге и работал в алхимико-астрологическом институте, основанным Рудольфом II. На службу к нему поступил Иоганн Кеплер, отдававший должное своему учителю, точнейшие наблюдения которого впоследствии послужили исходным материалом для описания законов движения планет вокруг Солнца.

Иоганн Кеплер родился в деревеньке Магсшадт близ города Вейля в Германии. Его отец Генрих Кеплер был сыном Вельского бургомистра, мать – Катерина Гульденман - дочерью трактирщика. Она не получила никакого образования, не умела даже читать. Тетка матери была сожжена за колдовство и эта худая слава перешла и на Катерину.

В шестилетнем возрасте Иоганн Кеплер заболел оспой и едва остался в живых. После болезни зрение у будущего великого астронома осталось на всю жизнь слабым. Генрих Кеплер в то время служил в армии герцога Альбы. Вернувшись с войны, которую Альба вел против Нидерландов, Генрих Кеплер окончательно разорился, и чтобы хоть как-то прокормить семью (у него были дочь и три сына, из них Иоганн – младший), открыл кабак. Свое детство до 13 лет Иоганн Кеплер прожил в отцовском кабаке. Торговля шла плохо, Генрих Кеплер поступил солдатом в австрийскую армию, шедшую на войну с турками, и пропал без вести.

В четырнадцатилетнем возрасте Кеплер вновь оказался на грани смерти, но сестра Маргарита выходила его. Муж Маргариты был пастором, и, может быть, поэтому было решено пустить Иоганна по богословской части.

В 1586г. Кеплер поступил в школу Мульбронского монастыря, которая была приготовительным заведением для Тюбингенского университета. Набравшись достаточных знаний, Кеплер в 1588г. перешел в Тюбингенский университет, где он впервые занялся астрономией. Кеплер стал посещать лекции Михаила Местлина – одного из первых последователей Коперника. С его помощью Кеплер освоил математику и познакомился с системой Коперника. После окончания университета Кеплер был определен профессором математики и морали в училище г. Граца. Ему было тогда 22 года. Наряду с преподавательской работой Кеплер активно занимался астрономией и астрологией. Его научные воззрения были в то время весьма сложными и носили отпечаток мистицизма. Кеплер, следуя Пифагору, верил в магию чисел. В своем письме с Местлину, он пишет: “До сотворения мира не было иного числа, как троица, которая есть сам Бог. Мир был сотворен мерою и числом”, и, далее: “Мир, подвижный и неподвижный, двойственен. Неподвижный мир занят неподвижными звездами, Солнцем, посредствующим эфиром, тремя элементами, соответствующими Троице: Сыну, Отцу и Святому Духу. Подвижный мир занят шестью планетами, обращающимися вокруг Солнца, которое представляет образ Отца Создателя. Солнце распределяет движение, как от Отца исходит Дух Святой”.

Профессорского жалования не хватало, но выручали астрологические гороскопы, составляемые Кеплером. Кеплер пишет: “Астрология – дочь астрономии: разве не естественно, чтобы дочь кормила мать, которая без того умерла бы с голоду”.

В 1595г. вышло первое сочинение Кеплера с весьма сложным названием: “Продром, содержащий космографическую тайну удивительного отношения небесных кругов, и истинные и естественные причины числа и величины небес, периодических движений и т.д.” Русский перевод названия имеет различные варианты, чаще всего сочинение называют “Тайна Вселенной”. Цель, которую поставил перед собой Кеплер, состояла в доказательстве, что Создатель, устанавливая порядок во Вселенной, имел в виду свойства пяти правильных геометрических фигур, которые можно вписать в шар (куб, тетраэдр, и т.д.). Кеплер послал экземпляр своего “Продрома” Тихо Браге и Галилею. Тихо Браге дал ему вежливый ответ, в котором выразил сожаление о том, что Кеплер попусту тратит время на бесплодные умствования, принимая систему Коперника. В конце письма он просил Кеплера приехать к нему. Кеплер медлил с решением. Через некоторое время Тихо Браге вновь пригласил Кеплера, который, наконец, в 1600 году принял это предложение.

К тому времени Кеплер женился на Варваре Мюллер, уже побывавшей до этого замужем дважды. Брак оказался не из счастливых: жена Кеплера часто болела, трое детей умерли, нервное расстройство Варвары Мюллер перешло в умопомешательство, в 1611г. она скончалась.

Итак, в 1600 году Кеплер с женой переезжает в Прагу к Т. Браге. Вскоре Браге умер, и Кеплер получил его место: он был назначен астрономом при дворе Рудольфа II. Кеплер поселился в Линце (Австрия). В наследство от Тихо Браге Кеплер получил все реестры его обсерватории и мог свободно пользоваться наблюдениями датского астронома. Вряд ли Кеплеру удалось бы открыть законы движения планет без использования материалов, оставленных Браге.

Основным средством заработка Кеплера по-прежнему оставались гороскопы. Знатные особы осаждали Кеплера. Король был недоволен тем, что Кеплер слишком много времени уделяет астрономии и мало – астрологическим прогнозам.

Ко второму браку Кеплер подошел более “взвешено”. Биограф Кеплера Бернар пишет: “Сделав тщательное и остроумное сравнение достоинств красоты одиннадцати девушек, как то видно из его писем, он выбрал в жены Сусанну Рейтрингер, сироту простого ремесленника, она получила хорошее воспитание в одном из лучших пансионов”. От второй жены у Кеплера было семь детей.

Семейное благополучие было омрачено известием от сестры: их мать посажена в штутгардскую тюрьму. Старуха обвинялась в колдовстве, которому якобы научила ее тетка, сожженная в Вейле как ведьма. Катерину Кеплер обвиняли в том, что она никогда не плакала, извела соседских свиней, на которых разъезжала по ночам, никому не смотрела в лицо и просила могильщика добыть череп ее мужа, из которого хотела сделать кубок в подарок сыну. Процесс длился пять лет. Хлопоты Кеплера об освобождении матери оказались напрасными. Масло в огонь подлило сочинение самого Кеплера “Сновидение или лунная топография”, написанное в 1609г. за несколько лет до ареста матери. В этом произведении герой рассказа Дюракотус повествует о своем случившемся во сне путешествии на Луну. Недоброжелатели распространили слух, что на Луну летал сам Кеплер и не без помощи матери – колдуньи.

Заступничество Кеплера и уважение, которым он пользовался, позволили Катерине Кеплер избежать костра инквизиции. После устрашений (ей показывали орудия пыток и рассказывали об их действии) старуху выпустили из тюрьмы. Процесс против матери повредил карьере Кеплера. Он вынужден был оставить кафедру математики в Линце. К себе на службу в качестве придворного астролога Кеплера пригласил генерал Валленштейн – один из полководцев императора Рудольфа, герцог Мекленбургский. Однако Валленштейн вскоре стал недолюбливать Кеплера, гороскопы которого не слишком ему льстили. Кеплера сменил итальянский астроном Сено, который умел заставлять звезды говорить то, что было угодно Валлентштейну. Кеплер умер в бедности. Араго писал: “Он оставил 22 червонца, платье, две рубашки и книги: пятьдесят семь экземпляров своих “Эфемерид” и шестнадцать экземпляров своих “Рудольфовых таблиц”. Остальные он конечно распродал…”.

В своих первых научных сочинениях Кеплер руководствовался мыслью Платона, что “Бог, создавая Мир, должен был создать геометрию”. Кеплер пытался отыскать законы, которые управляют миром в отношении планетных расстояний и движения планет.

Самым важным сочинением Кеплера по астрономии явилась “Новая астрономия, или небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тико Браге” (1609г.)

Анализируя наблюдения Тихо Браге, Кеплер приходит к выводу об эллиптичности орбит планет. Эллиптичность орбиты Марса вызывала угловые отклонения в его положении на 8 (угл. мин.). Вот что пишет Кеплер по этому поводу: “Небесная благость даровала нам в лице Тихо наблюдателя столь точного, что ошибка в 8 не возможна; следует возблагодарить Бога и воспользоваться этим преимуществом. Эти 8 , которыми непозволительно пренебрегать, дадут нам средство преобразовать всю астрономию”. В “Новой астрономии” выведены первые два закона движения планет, носящие имя Кеплера. Сегодня их формулируют следующим образом.

Первый закон: каждая из планет движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

Второй закон: радиус – вектор, проведенный от Солнца к планете, в равные промежутки времени покрывает равные площади.

Третий закон движения планет представлен Кеплером в работе “Гармония мира” (1619г.): квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит. Полное название этого сочинения такое: “Мировая гармония, геометрическая, архитектоническая, гармоническая, психологическая, астрономическая с приложением, содержащим космографическую тайну”. В этом заглавии определены те точки зрения, с которых автор смотрел на предметы. Кеплер, таким образом, указывает на необходимость взгляда на Мироздание с различных точек зрения. Этот принцип стал особенно актуальным в наши дни.

Сочинение “Новая астрономия” Кеплер послал Галилею, который не придал ему большого значения. Галилей никогда не упоминал об открытии Кеплера, что, однако, не помешало дружбе великих ученых.

В течении двадцати лет Кеплер работал над составлением “Рудольфовых таблиц”, названных так в честь императора Рудольфа II. “Рудольфовы таблицы” начал составлять еще Т. Браге. Кеплер провел основную часть работы, используя наблюдения датского астронома. “Рудольфовы таблицы” использовались астрономами и моряками вплоть до XIXв. “Рудольфовы таблицы” были напечатаны в Ульме в 1627г. через двадцать шесть лет после смерти Тихо Браге. Это были первые таблицы, в которых использовались логарифмы, изобретенные шотландским бароном Непером. Автор хотел оставить в тайне теорию этих чисел, но Кеплер понял эту теорию и развил ее.

Кеплер был не только великим астрономом и математиком. Весом его вклад в оптику, которой он занимался в приложении к астрономии. Свой знаменитый труд по оптике он назвал “Паралипомена, или Добавления к оптике Вителлия и оптическая часть астрономии” (1604г.). В этой работе, состоящей из 11 глав, первые шесть посвящены оптике, а остальные астрономии. Кеплер дает объяснение образованию мнимых изображений и смещению изображений при преломлении (опыт с “переломом” палки, опущенной в воду). При рассмотрении оптики глаза Кеплер продолжил ход лучей до сетчатки, объяснил назначение хрусталика, причину дальнозоркости и близорукости. Кеплер ввел важное понятие “фокус”, применяемое для оптических систем, создающих изображение. Он попытался, но безуспешно, найти закон преломления.

В 1611г. Кеплер опубликовал другой свой труд по оптике- “Диоптрика”. В этой работе он дал теории зрительной трубы, основанную на геометрической оптике, теорию зрительного восприятия, теорию коррекции зрения. Кеплер предложил конструкцию зрительной трубы с окуляром в виде положительной (выпуклой) линзы, схема которой носит его имя – “зрительная труба Кеплера”. Телескопическую систему с окуляром в виде отрицательного оптического компонента называют “зрительной трубой Галилея”. Кеплер рассматривает в “Диоптрике” схемы телеобъективов и теорию зрительных труб.

В этих двух работах Кеплера по оптике были даны основы современной геометрической оптики. Не хватало, однако, одного важного – закона преломления.

Мы смотрим сегодня на Кеплера как на гения, но его заслуги не были признаны современниками. Галилей, в общем-то любивший астронома из Линца, постоянно с иронией отзывался о стремлении Кеплера отыскать гармонию Мира. Сам же Кеплер считал возможным обойтись без одобрения своих современников. Вот что он писал в предисловии к “Гармонии Мира”: “Жребий брошен, я пишу книгу, все равно, будет ли прочитана современниками, или потомками, она может подождать читателя. Разве Господь не ждал шесть тысяч лет созерцателя своих творений? ”.

Великий читатель Кеплера нашелся через несколько десятилетий. Им стал Исаак Ньютон.

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒