Кеплер Иоганн

Иоганн Кеплер ( 27 декабря 1571 года, Вайль-дер-Штадт — 15ноября 1630 года, Регенсбург) — немецкий , , , оптик, первооткрывательзаконов движения планет Солнечной системы.

Биография


Ранниегоды


 Иоганн Кеплер родился в имперском городе Вайль-дер-Штадте (в 30километрах от Штутгарта, сейчас — федеральная земля Баден-Вюртемберг).Его отец, Генрих Кеплер, служил наёмником в Испанских Нидерландах. Когдаюноше было 18 лет, отец отправился в очередной поход и исчез навсегда.Мать Кеплера, Катарина Кеплер, содержала трактир, подрабатывала гаданиеми траволечением.
 Интерес к астрономии появился у Кеплера ещё в детские годы, когда егомать показала впечатлительному мальчику яркую комету (1577), апозднее — лунное затмение (1580).
 В 1589 году Кеплер окончил школу при монастыре Маульбронн, обнаруживвыдающиеся способности. Городские власти назначили ему стипендию дляпомощи в дальнейшем обучении.
 В 1591 году поступил в университет в Тюбингене — сначала на факультетискусств, к которым тогда причисляли и математику с астрономией, затемпереходит на теологический факультет. Здесь он впервые услышал оразработанной Николаем Коперником гелиоцентрической системе мира и сразустал её убеждённым сторонником.
 Первоначально Кеплер планировал стать протестантским священником, ноблагодаря незаурядным математическим способностям был приглашён в 1594году читать лекции по математике в университете города Граца (ныне вАвстрии).
 Файл:Kepler-solar-system-1.png\textbarthumb\textbarleft\textbar«КубокКеплера»: модель Солнечной системы из пяти платоновых тел.1596) егопервая книга «Тайна мироздания» (Mysterium Cosmographicum). В нейКеплер попытался найти тайную гармонию Вселенной, для чего сопоставилорбитам пяти известных тогда планет (сферу Земли он выделял особо)различные «платоновы тела» (правильные многогранники). Орбиту Сатурна онпредставил как круг (ещё не эллипс) на поверхности шара, описанноговокруг куба. В куб, в свою очередь, был вписан шар, который должен былпредставлять орбиту Юпитера. В этот шар был вписан тетраэдр, описанныйвокруг шара, представлявшего орбиту Марса и т. д. Эта работа последальнейших открытий Кеплера утратила своё первоначальное значение (хотябы потому, что орбиты планет оказались не круговыми); тем не менее, вналичие скрытой математической гармонии Вселенной Кеплер верил до концажизни, и в 1621 году переиздал «Тайну мира», внеся в неё многочисленныеизменения и дополнения.
 Книгу «Тайна мироздания» Кеплер послал Галилею и Тихо Браге. Галилейодобрил гелиоцентрический подход Кеплера, хотя мистическую нумерологиюне поддержал. В дальнейшем они вели оживлённую переписку, и этообстоятельство (общение с «еретиком»-протестантом) на суде над Галилеембыло особо подчёркнуто как отягчающее вину Галилея.
 Тихо Браге также отверг надуманные построения Кеплера, однако высокооценил его знания, оригинальность мысли и пригласил Кеплера к себе.
 В 1597 году Кеплер женился на вдове Барбаре Мюллер фон Мулек. Их первыедвое детей умерли во младенчестве, а жена заболела эпилепсией. Вдовершение невзгод, в католическом Граце начались гонения напротестантов. Кеплер, занесённый в список изгоняемых «еретиков», былвынужден покинуть город и принять приглашение Тихо Браге. Сам Браге кэтому времени переехал в Прагу и служил у императора Рудольфа IIпридворным астрономом и астрологом.

Прага


 Файл:Karlova str No4, Prague OldTown.jpg\textbarthumb\textbarleft\textbar
 Дом Кеплера в Праге (Старе Место, Карлова ул., 4)
 1600 году Кеплер прибыл в Прагу. Проведённые здесь 10 лет — самыйплодотворный период его жизни.
 Вскоре выяснилось, что взгляды Коперника и Кеплера на астрономию ТихоБраге разделял только отчасти. Чтобы сохранить геоцентризм, Брагепредложил компромиссную модель: все планеты, кроме Земли, вращаютсявокруг Солнца, а Солнце вращается вокруг неподвижной Земли(гео-гелиоцентрическая система мира). Эта теория получила большуюизвестность и в течение нескольких десятилетий являлась основнымконкурентом системы мира Коперника.
 После смерти Браге в 1601 году Кеплер становится его преемником вдолжности. Казна императора из-за нескончаемых войн была постояннопуста. Жалованье Кеплеру платили редко и скудно. Он вынужденподрабатывать составлением гороскопов. Кеплеру пришлось также вестимноголетнюю тяжбу с наследниками Тихо Браге, которые пытались отобрать унего, среди прочего имущества покойного, также и результатыастрономических наблюдений. В конце концов, от них удалось откупиться.
 В 1604 году Кеплер публикует свои наблюдения сверхновой, называемойтеперь его именем.
 Файл:Brahe kepler.jpg\textbarthumb\textbar220px\textbar
 Памятник Кеплеру и Тихо Браге, Прага
 звёзд, причём точность его измерений была существенно выше, чем у всехпредшественников. Для повышения точности Браге применял как техническиеусовершенствования, так и специальную методику нейтрализациипогрешностей наблюдения. Особо ценной была систематичность измерений.
 На протяжении нескольких лет Кеплер внимательно изучает данные Браге и врезультате тщательного анализа приходит к выводу, что траекториядвижения Марса представляет собой не круг, а эллипс, в одном из фокусовкоторого находится Солнце — положение, известное сегодня какпервый закон Кеплера.
 Дальнейший анализ привёл ко второму закону: радиус-вектор,соединяющий планету и Солнце, в равное время описывает равные площади.Это означало, что чем дальше планета от Солнца, тем медленнее онадвижется.
 Законы Кеплера были сформулированы Кеплером в 1609 году в книге «Новаяастрономия», причём, осторожности ради, он относил их только к Марсу.
 Новая модель движения вызвала огромный интерес средиучёных-коперниканцев, хотя не все они её приняли. Галилей кеплеровыэллипсы решительно отверг.
 В 1610 году Галилей сообщает Кеплеру об открытии спутников Юпитера.Кеплер встречает это сообщение недоверчиво и в полемической работе«Разговор со Звёздным вестником» приводит несколько юмористическоевозражение: «непонятно, к чему быть [спутникам], если на этойпланете нет никого, кто бы мог любоваться этим зрелищем» . Но позже,получив свой экземпляр телескопа, Кеплер изменил своё мнение, подтвердилнаблюдение спутников и сам занялся теорией линз. Результатом сталиусовершенствованный телескоп и фундаментальная работа «Диоптрика».
 В Праге у Кеплера родились два сына и дочь. В 1611 году старший сынФридрих умирает от оспы. В это же время душевнобольной император РудольфII, проиграв войну с собственным братом Матвеем, отрёкся в его пользу отчешской короны и вскоре умер. Кеплер начал сборы для переезда в Линц, нотут после долгой болезни умерла его жена Барбара.

Последниегоды


 В 1612 году, собрав скудные средства, Кеплер переехал в Линц, где прожил14 лет. За ним была сохранена должность придворного математика иастронома, но в деле оплаты новый император оказался ничем не лучшестарого. Некоторый доход приносили преподавание и гороскопы.
 В 1613 году Кеплер женился на 24-летней дочери столяра Сусанне. У нихродилось семеро детей, выжили четверо.
 В 1615 году Кеплер получает известие, что его мать обвинена вколдовстве. Обвинение серьёзное: прошлой зимой в Леонберге, где жилаКатарина, были по той же статье сожжены 6 женщин. Обвинение содержало 49пунктов: связь с дьяволом, богохульство, порча, некромантия и т. п.Кеплер пишет городским властям; мать вначале отпускают, но затем сноваарестовывают. Следствие тянулось 5 лет. Наконец, в 1620 году началсясуд. Кеплер сам выступил защитником, и через год измученную женщину,наконец, освободили. В следующем году она скончалась.
 Тем временем Кеплер продолжал астрономические исследования и в 1618 годуоткрыл третий закон: отношение куба среднего удаления планеты отСолнца к квадрату периода обращения её вокруг Солнца есть величинапостоянная для всех планет: a³/T² = const. Этот результатКеплер публикует в завершающей книге «Гармония мира», причём применяетего уже не только к Марсу, но и ко всем прочим планетам (включая,естественно, и Землю), а также к галилеевым спутникам.
 Отметим, что в книге, наряду с ценнейшими научными открытиями, изложенытакже философские рассуждения о «музыке сфер» и платоновых телах,которые составляют, по мнению учёного, эстетическую суть высшего проектамироздания.
 В 1626 году в ходе Тридцатилетней войны Линц был осаждён и вскорезахвачен. Начались грабежи и пожары; в числе прочих сгорела типография.Кеплер переехал в Ульм и в 1628 году перешёл на службу к Валленштейну.
 В 1630 году Кеплер отправился к императору в Регенсбург, чтобы получитьхотя бы часть жалованья. По дороге сильно простудился и вскоре умер.
 После смерти Кеплера наследникам досталось: поношенная одежда, 22флорина наличными, 29000 флоринов невыплаченного жалованья, 27опубликованных рукописей и множество неопубликованных; они позже былиизданы в 22-томном сборнике.
 Со смертью Кеплера его злоключения не закончились. В концеТридцатилетней войны было полностью разрушено кладбище, где онпохоронен, и от его могилы ничего не осталось. Часть архива Кеплераисчезла. В 1774 году большую часть архива (18 томов из 22) порекомендации Леонарда Эйлера приобрела Петербургская Академия наук,сейчас хранится в Санкт-Петербургском филиале архива РАН.

Научнаядеятельность


 Альберт Эйнштейн назвал Кеплера «несравненным человеком» и писал о егосудьбе


 Он жил в эпоху, когда ещё не было уверенности в существовании некоторойобщей закономерности для всех явлений природы. Какой глубокой была унего вера в такую закономерность, если, работая в одиночестве, никем неподдерживаемый и не понятый, он на протяжении многих десятков лет черпалв ней силы для трудного и кропотливого эмпирического исследованиядвижения планет и математических законов этого движения!
 Сегодня, когда этот научный акт уже совершился, никто не может оценитьполностью, сколько изобретательности, сколько тяжёлого труда и терпенияпонадобилось, чтобы открыть эти законы и столь точно их выразить.

Астрономия


 В конце XVI века в астрономии ещё происходила борьба междугеоцентрической системой Птолемея и гелиоцентрической системойКоперника. Противники системы Коперника ссылались на то, что в отношениипогрешности расчётов она ничем не лучше птолемеевской. Напомним, что вмодели Коперника планеты равномерно движутся по круговым орбитам: чтобысогласовать это предположение с видимой неравномерностью движенияпланет, Копернику пришлось ввести дополнительные движения по эпициклам.Хотя эпициклов у Коперника было меньше, чем у Птолемея, егоастрономические таблицы, первоначально более точные, чем птолемеевы,вскоре существенно разошлись с наблюдениями, что немало озадачило иохладило восторженных коперниканцев.
 Открытые Кеплером три закона движения планет полностью и с превосходнойточностью объяснили видимую неравномерность этих движений. Вместомногочисленных надуманных эпициклов модель Кеплера включает только однукривую — эллипс. Второй закон установил, как меняется скорость планетыпри удалении или приближении к Солнцу, а третий позволяет рассчитать этускорость и период обращения вокруг Солнца.
 Хотя исторически кеплеровская система мира основана на модели Коперника,фактически у них очень мало общего (только суточное вращение Земли).Исчезли круговые движения сфер, несущих на себе планеты, появилосьпонятие планетной орбиты. В системе Коперника Земля всё ещё занималанесколько особое положение, поскольку центром мира Коперник объявилцентр земной орбиты. У Кеплера Земля — рядовая планета, движениекоторой подчинено общим трём законам. Все орбиты небесных тел —эллипсы (движение по гиперболической траектории открыл позднее Ньютон),общим фокусом орбит является Солнце.
 Кеплер вывел также «уравнение Кеплера», используемое в астрономии дляопределения положения небесных тел.
 Законы планетной кинематики, открытые Кеплером, послужили позже Ньютонуосновой для создания теории тяготения. Ньютон математически доказал, чтовсе законы Кеплера являются прямыми следствиями закона тяготения.
 Взгляды Кеплера на устройство Вселенной за пределами Солнечной системывытекали из его мистической философии. Солнце он полагал неподвижным, асферу звёзд считал границей мира. В бесконечность Вселенной Кеплер неверил и в качестве аргумента предложил (1610) то, что позже получилоназвание фотометрический парадокс: если число звёзд бесконечно,то в любом направлении взгляд наткнулся бы на звезду, и на небе несуществовало бы тёмных участков.
 Строго говоря, система мира Кеплера претендовала не только на выявлениезаконов движения планет, но и на гораздо большее. Аналогичнопифагорейцам, Кеплер считал мир реализацией некоторой числовой гармонии,одновременно геометрической и музыкальной; раскрытие структуры этойгармонии дало бы ответы на самые глубокие вопросы: Я выяснил, что всенебесные движения, как в их целом, так и во всех отдельных случаях,проникнуты общей гармонией — правда, не той, которую я предполагал, ноещё более совершенной. Например, Кеплер объясняет, почему планет именношесть (к тому времени были известны только шесть планет Солнечнойсистемы) и они размещены в пространстве так, а не как-либо иначе:оказывается, орбиты планет вписаны в правильные многогранники.Интересно, что исходя из этих ненаучных соображений, Кеплер предсказалсуществование двух спутников Марса и промежуточной планеты между Марсоми Юпитером.
 Законы Кеплера соединяли в себе ясность, простоту и вычислительную мощь,однако мистическая форма его системы мира основательно засоряла реальнуюсуть великих открытий Кеплера. Тем не менее, уже современники Кеплераубедились в точности новых законов, хотя их глубинный смысл до Ньютонаоставался непонятным. Никаких попыток реанимировать модель Птолемея илипредложить иную систему движения, кроме гелиоцентрической, больше непредпринималось.
 Файл:Tabulae Rudolphinae -Frontispiece.png\textbarthumb\textbarФронтиспис «Рудольфовыхтаблиц».протестантами григорианского календаря (на сейме в Регенсбурге,1613, и в Ахене, 1615).
 Кеплер стал автором первого обширного (в трёх томах) изложениякоперниканской астрономии (Epitome Astronomiae Copernicanae,1617—1622), которое немедленно удостоилось чести попасть в «Индексзапрещённых книг». В эту книгу, свой главный труд, Кеплер включилописание всех своих открытий в астрономии.
 Летом 1627 года Кеплер после 22 лет трудов опубликовал (за свой счёт)астрономические таблицы, которые в честь императора назвал«Рудольфовыми». Спрос на них был огромен, так как все прежние таблицыдавно разошлись с наблюдениями. Немаловажно, что труд впервые включалудобные для расчётов таблицы логарифмов. Кеплеровы таблицы служилиастрономам и морякам вплоть до начала XIX века.
 Через год после смерти Кеплера Гассенди наблюдал предсказанное импрохождение Меркурия по диску Солнца. В 1665 году итальянский физик иастроном Джованни Альфонсо Борелли опубликовал книгу, где законы Кеплераподтверждаются для открытых Галилеем спутников Юпитера.

Математика


 Кеплер нашёл способ определения объёмов разнообразных тел вращения,который описал в книге «Новая стереометрия винных бочек» (1615).Предложенный им метод содержал первые элементы интегрального исчисления.Позднее Кавальери использовал тот же подход для разработки исключительноплодотворного «метода неделимых». Завершением этого процесса сталооткрытие математического анализа.
 Кроме того, Кеплер очень подробно проанализировал симметрию снежинок.Исследования по симметрии привели его к предположениям о плотнойупаковке шаров, согласно которым наибольшая плотность упаковкидостигается при пирамидальном упорядочивании шаров друг над другом.Математически доказать этот факт не удавалось на протяжении 400 лет —первое сообщение о доказательстве гипотезы Кеплера появилось лишь в 1998году в работе математика . Пионерские работы Кеплера в области симметриинашли позже применение в кристаллографии и теории кодирования.
 В ходе астрономических исследований Кеплер внёс вклад в теориюконических сечений. Он составил одну из первых таблиц логарифмов.
 У Кеплера впервые встречается термин «среднее арифметическое».
 Кеплер вошёл и в историю проективной геометрии: он впервые ввёлважнейшее понятие бесконечно удалённой точки. Он же ввёл понятиефокуса конического сечения и рассмотрел проективные преобразованияконических сечений, в том числе меняющие их тип — например,переводящие эллипс в гиперболу.

Механика ифизика


 Именно Кеплер ввёл в физику термин инерция как прирождённое свойство телсопротивляться приложенной внешней силе. Заодно он, как и Галилей,формулирует в ясном виде первый закон механики: всякое тело, на котороене действуют иные тела, находится в покое или совершает равномерноепрямолинейное движение.
 Кеплер вплотную подошёл к открытию закона тяготения, хотя и не пыталсявыразить его математически. Он писал в книге «Новая астрономия», что вприроде существует «взаимное телесное стремление сходных (родственных)тел к единству или соединению». Источником этой силы, по его мнению,является магнетизм в сочетании с вращением Солнца и планет вокруг своейоси.
 В другой книге Кеплер уточнил: Гравитацию я определяю как силу, подобнуюмагне тизму — взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чемоба тела ближе одно к другому. Правда, Кеплер ошибочно полагал, что этасила распространяется только в плоскости эклиптики. Видимо, он считал,что сила притяжения обратно пропорциональна расстоянию (а не квадратурасстояния); впрочем, его формулировки недостаточно ясны.
 Кеплер первый, почти на сто лет раньше Ньютона, выдвинул гипотезу о том,что причиной приливов является воздействие Луны на верхние слои океанов.

Оптика


 В 1604 году Кеплер издал содержательный трактат по оптике «Дополнения кВителлию», а в 1611 году — ещё одну книгу, «Диоптрика». С этих трудовначинается история оптики как науки . В этих сочинениях Кеплер подробноизлагает как геометрическую, так и физиологическую оптику. Он описываетпреломление света, рефракцию и понятие оптического изображения, общуютеорию линз и их систем. Вводит термины «оптическая ось» и «мениск»,впервые формулирует закон падения освещённости обратно пропорциональноквадрату расстояния до источника света. Впервые описывает явлениеполного внутреннего отражения света при переходе в менее плотную среду.
 Описанный им физиологический механизм зрения, с современных позиций,принципиально верен. Кеплер выяснил роль хрусталика, верно описалпричины близорукости и дальнозоркости.
 Глубокое проникновение в законы оптики привело Кеплера к схеметелескопической подзорной трубы (телескоп Кеплера), изготовленной в 1613году Кристофом Шайнером. К 1640-м годам такие трубы вытеснили вастрономии менее совершенный телескоп Галилея.

Кеплер иастрология


 Отношение Кеплера к астрологии было двойственным. С одной стороны, ондопускал, что земное и небесное находятся в некоем гармоничном единствеи взаимосвязи. С другой — скептически оценивал возможностьиспользовать эту гармонию для предсказания конкретных событий.
 Кеплер говорил: «Люди ошибаются, думая, что от небесных светил зависятземные дела». Широко известно также другое его откровенное высказывание:
 Конечно, эта астрология — глупая дочка, но, Боже мой, куда бы деласьеё мать, высокомудрая астрономия, если бы у неё не было глупенькойдочки! Свет ведь ещё гораздо глупее и так глуп, что для пользы этойстарой разумной матери глупая дочка должна болтать и лгать. И жалованьематематиков так ничтожно, что мать, наверное бы, голодала, если бы дочьничего не зарабатывала. Тем не менее, Кеплер не порывал с астрологиейникогда. Более того, он имел свой собственный взгляд на природуастрологии, чем выделялся среди астрологов-современников. В труде«Гармония мира» он утверждает, что «в небесах нет светил, приносящихнесчастья», но человеческая душа способна «резонировать» с лучами света,исходящими от небесных тел, она запечатлевает в памяти конфигурацию этихлучей в момент своего рождения. Сами же планеты, в представленииКеплера, были живыми существами, наделёнными индивидуальной душой.
 Благодаря некоторым удачным предсказаниям Кеплер заработал репутациюискусного астролога. В Праге одной из его обязанностей было составлениегороскопов для императора. Следует заметить, вместе с тем, что Кеплерпри этом не занимался астрологией исключительно ради заработка исоставлял гороскопы для себя и своих близких. Так в своей работе «Осебе» он приводит описание собственного гороскопа, а когда в январе 1598года у него родился сын, Генрих, Кеплер составил гороскоп и для него. Поего мнению, ближайшим годом, когда жизни его сына угрожала опасность,был 1601 год, но сын умер уже в апреле 1598 года.
 Попытки Кеплера составить гороскоп для полководца Валленштейна такжетерпели неудачу. В 1608 г. Кеплер составил гороскоп полководцу, вкотором предрекал женитьбу на 33 году жизни, называл опасными для жизнигоды 1613, 1625 и 70-й год жизни Валленштейна, а также описал ряд другихсобытий. Но с самого начала предсказания терпели неудачу. Валленштейнвернул гороскоп Кеплеру, который, исправив в нём время рождения наполчаса, получил точное соответствие между предсказанием и течениемжизни. Однако и этот вариант содержал промахи. Так, Кеплер полагал, чтопериод с 1632 по 1634 год будет благополучным для полководца, и не сулитопасности. Но в феврале 1634 года Валленштейн был убит.

Увековечение памятиКеплера


 Файл:AS12-52-7745.jpg\textbarthumb\textbarКратер «Кеплер» на Луне.Снимок с космического корабля «Аполлон-12».Кратеры на Луне и на Марсе.

  • Астероид (1134) Кеплер.
  • Сверхновая 1604, описанная им.
  • Орбитальная обсерватория НАСА, выведена на орбиту в марте 2009 года. Основная задача: поиск и исследование планет за пределами Солнечной системы.
  • Университет в Линце.
  • Станция Венского метрополитена.
  • Европейский грузовой космический корабль «Иоганн Кеплер» (2011 год).

 В Вайль-дер-Штадте, Праге и Граце функционируют музеи Кеплера.
 Другие мероприятия в память о Кеплере:

  • В 1971 году к 400-летию со дня рождения Кеплера в ГДР была выпущена памятная монета достоинством 5 марок.
  • В 2009 году к 400-летию открытия Кеплеровских законов в Германии выпущена памятная серебряная монета достоинством 10 евро.

 Жизни учёного посвящены художественные произведения:

  • Опера и симфония «Гармония мира» композитора Пауля Хиндемита (1956 год).
  • Историческая повесть Юрия Медведева «Капитан звёздного океана (Кеплер)», Молодая гвардия, 1972.
  • Художественный фильм «Иоганнес Кеплер» режиссёра Франка Фогеля (ГДР, 1974 год).
  • Роман Джона Бэнвилла Кеплер, переведённый на русский язык в 2008 году.
  • Опера «Кеплер» композитора Филипа Гласса (2009 год).
  • Художественный фильм «Глаз астронома» режиссёра Стэна Ньюманна (Франция, 2012 год).