Иоганн Кеплер – замечательный ум немецкого происхождения, известный астроном, оптик, математик и механик. Он первым обнаружил законы движения планет Солнечной системы.
Мысли и открытия этого выдающегося ученого опередили свое время. Иоганн Кеплер, работая в одиночестве без поддержки и понимания, верил в свои открытия. В настоящее время, когда все его идеи и законы подтверждены научными исследованиями современных ученых, которые пользуются высокоточной техникой, можно только восхищаться настойчивостью и воображением этого ученого, с какой точностью он смог их сформулировать.
Детство
В один день святого Иоанна Богослова, Иоганн Кеплер родился в городе Валь-дер-Штадте в Германии 27 декабря 1571 года. Его отца звали Генрих Кеплер, он был наёмником в Испанских Нидерландах. В 18 лет Иоганн потерял своего отца, который исчез без вести и, по предположениям, погиб. В это время его семья имела трактир, который содержала его мать Катарина Кеплер, занимавшаяся также траволечением и гаданием. У Катарины уже было трое детей к моменту рождения Иоганна, и финансовое положение семьи было достаточно нестабильным.
Мать была той, кто привил Кеплеру любовь к астрономии. Это произошло, когда в 1577 году они вместе наблюдали за кометой. Это событие оставило незабываемое впечатление на шестилетнего мальчика. В 1580 году они вновь вместе смотрели на лунное затмение. В детстве Йоганн переболел оспой, после чего у него возникли проблемы с зрением, что затрудняло его астрономические наблюдения.
Однако, он продолжал любить астрономию на протяжении всей жизни.
В 1589 году Иоганн заканчивает учебу в монастырской школе Маульбронн. Его успехи привлекли внимание городской управы, которая выделила ему стипендию для продолжения обучения. В 1591 году он успешно сдает экзамены и поступает в университет в Тюбингене. Иоганн выбирает факультет искусств, где в то время изучали математику и астрономию, а позже переводится на теологию. Именно здесь он впервые знакомится с трудами Николая Коперника и становится его сторонником.
Сначала Иоганн мечтал стать священником протестантской церкви. Однако, благодаря своим удивительным математическим способностям, ему было предложено преподавать в университете в Граце. Там он прожил шесть лет и именно там написал свою первую книгу под названием "Тайна мироздания", которая была опубликована в 1596 году.
В этой книге автор пытался разгадать гармонию Вселенной, особенно в контексте орбит пяти известных на тот момент планет. В то время он представлял орбиты планет как круглые. Позднее, после других работ и открытий, этот научный труд частично потерял свою актуальность, поскольку ученый доказал, что орбиты планет не являются круглыми. Вопреки этому, Кеплер продолжал верить в математическую гармонию Вселенной до конца своей жизни. В 1621 году Иоганн переиздал свою работу, внесши значительные изменения и дополнив её новой информацией.
Учение на теологическом факультете сильно повлияло на Кеплера как ученого, и поэтому его теории основывались на сочетании научных и религиозных принципов. В его научных работах можно увидеть духовное влияние законов вселенной через призму религиозных аспектов, хотя он никогда не придавал божественному значение принципам науки.
Еще будучи студентом, юный Кеплер защищал гелиоцентрическую систему в спорах с коллегами, опираясь на труды Коперника как с точки зрения астрономии, так и теологии.
Иоганн Кеплер продолжает свои исследования законов движения планет, планируя написать четыре книги о Солнце, планетах и их движении. Он стремится понять физическую природу планет и влияние небесных тел на Землю, особенно с точки зрения оптики, метрологии и астрономии.
Первую книгу «Тайны мироздания» Кеплер направил Галилею и астроному Тихо Браге. Галилей оценил гелиоцентрическую концепцию Иоганна, но раскритиковал его мистическую нумерологию. Тихо, также как и Галилей, не поддержал теории Кеплера. Браге восхищался оригинальным мышлением учёного, их переписка продолжалась, в ней они обсуждали различные астрономические проблемы. Многие вопросы, поднятые в переписке, были не подвластны для изучения Кеплером, у него не было точных данных, которыми располагал Тихо, используя обсерваторию с высокоточным оборудованием.
Со временем Иоганн осознает, что его исследования зашли в тупик. К 1599 году он приходит к убеждению, что ему необходимо принять предложение коллеги. Обстоятельства для продолжения работы в Граце становятся неблагоприятными. Религиозное напряжение в городе нарастает, а самого Браге высылают из его обсерватории. Это заставляет его уехать в Прагу, где он принимает службу при императоре Рудольфе II в качестве придворного астронома.
В 1600 году два изгнанника встречаются в Праге. Проведенные у Тихо два месяца помогли им принять окончательное решение о переезде в этот город. Они договариваются официально сотрудничать, и Иоганн возвращается в Грац к своей семье.
В 1600 году из-за отказа принять католичество, семью Кеплера изгоняют из города и они перебираются в Прагу. Весь следующий год он работает по соглашению на Тихо, наблюдая за планетами и пишет трактаты.
Осенью Тихо Браге неожиданно умирает и Кеплера назначают императорским математиком, а также вменяют ему в обязанность закончить работы Тихо по наблюдению за Марсом и составлению Рудольфинских таблиц движения планет. Ему приходилось подрабатывать составлением гороскопов из-за нехватки средств. Наследники Тихо начали тяжбу за его имущество, в результате чего Кеплеру пришлось откупиться, чтобы оставить наблюдения себе. Он провёл 10 лет в этом городе, которые впоследствии оказались самыми плодотворными.
Келер вспоминал о странных зрительных явлениях, которые он видел еще в детстве во время солнечного затмения, и решает изучить этот феномен. В 1603 году он начинает заниматься оптической теорией. Завершением его трудов стала книга «Оптика в астрономии», написанная в 1604 году, которую он представил императору.
В 1604 году Иоганн Кеплер опубликовал свои долгосрочные наблюдения за сверхновой, которая впоследствии была названа его именем. Великий астроном Тихо Браге оставил огромное количество своих наблюдений за Марсом после многолетнего труда. Его работы помогли Кеплеру разобраться во многих вопросах, с которыми он сталкивался.
После тщательного анализа наблюдений Тихо, Кеплер пришел к выводу, что траектория движения Марса не круг, а эллипс. Дальнейшие исследования позволили великому теоретику обнаружить два закона планетарного движения, позже названных законами Кеплера. Он окончательно сформулировал их в 1609 году. Начально он предположил, что это открытие относится только к Марсу. Книга была названа "Новая астрономия".
Изучив движение Марса, Кеплер формулирует новую теорию, согласно которой скорость планеты обратно пропорциональна её расстоянию от центральной звезды.
В 1611 году Кеплер написал «Сон, или Посмертное сочинение о лунной астрономии», это удивительный рассказ о путешествии на Луну. Скорее всего, это было первое произведение в жанре научной фантастики. Кеплер описывал события с точки зрения астрономии. Это произведение было опубликовано только после смерти автора.
С 1615 по 1621 годы Иоганн работал над книгами «Коперниканская астрономия», они были изданы в трёх томах. В этих работах подробно описываются три закона движения планет, и все открытия, сделанные им в астрономии. Сразу после публикации эти книги были запрещены.
Открытия в области математики
Занимаясь астрономией, Иоганн Кеплер не оставил в стороне свои математические способности. Он разработал метод исчисления, аналогичный интегралам, для определения объема тел вращения. Также, изучая симметрию снежинок, он пришел к выводу, что наибольшая плотность упаковки шаров достигается при их пирамидальном расположении. Эта теория была подтверждена через 400 лет.
Его достижения в области симметрии нашли своё применение в современной кристаллографии и теории кодирования. В его работах впервые был использован термин «среднее арифметическое». Его заслугой также является создание первой таблицы логарифмов. Кеплер внёс свой вклад в развитие геометрии, в результате чего были обозначены понятия фокуса конического сечения и бесконечно удалённой точки.
Само слово «инерция» было введено в употребление Иоганнесом Кеплером, который, как и Галилей, открыл первый закон механики. Его следующим великим достижением почти стал закон тяготения, но он не смог объяснить его математически. Кеплер первым предположил, что отливы и приливы обусловлены воздействием Луны на верхние слои океанов, и лишь через 100 лет подобное было высказано Ньютоном.
Оптика
В 1604 году выходит первая книга Кеплера по оптике, она называется «Приложение к Виттелию», а в 1611 году — «Диоптрика». Именно эти книги сделали оптику наукой. В своих трудах он охватывает геометрическую и физиологическую оптику. Он вводит понятие преломления света, «оптической оси», «мениска», излагает общую теорию линз и оптических систем.
Кеплер полностью описывает процесс зрения, и его теория соответствует современным исследованиям. Он определяет роль хрусталика и объясняет причины близорукости и дальнозоркости.
Благодаря его обширным знаниям в области оптики, великий астроном смог разработать телескопическую подзорную трубу, которую впервые изготовил Кристоф Шайнер в 1613 году и назвал в честь Кеплера. К 1640 году эти телескопы получили широкое применение в астрономии, в то время как прибор, созданный Галилеем, ушел в прошлое.
Личная жизнь
В 1597 году Иоганн Кеплер заключил свой первый брак с Барбарой Мюллер. На момент свадьбы ей было 25 лет, и она уже была вдовой с дочерью от предыдущего брака. За время, проведенное вместе, у них родилось пять детей, двое из которых умерли в раннем детстве.
В 1611 году жена заболела лихорадкой, что привело к появлению эпилептических припадков. В это тяжелое время дети ученого также заболели оспой, и его шестилетний сын Фридрих скончался. Барбара, ослабленная болезнью, ненадолго пережила своего сына.
В 1613 году Иоганн вступил в брак во второй раз. Его избранница — 24-летняя Сусанна, дочь столяра. Кеплер был счастлив в этом браке и у них появилось шестеро детей. Его жена была доброй и заботливой, относилась хорошо к своим приемным детям.
Однако беды в жизни Кеплера не обошли стороной. Сложная ситуация с его матерью серьезно осложнила его жизнь. Внимание властей привлекла гадалка и травница. Женщину обвинили в колдовстве, за что ей грозила смерть на костре. В 1615 году ему пришло сообщение о 49 обвинениях в её адрес: колдовство, связь с дьяволом, порча, некромантия и т.д.
Кеплер начал обращаться к городским властям с просьбами о помиловании. И его мать отпустили. Но вскоре её снова арестовали. Процесс затянулся на пять лет. И лишь в 1620 году ему удалось добиться рассмотрения дела. На суде он выступал в роли защитника.
Но измученную женщину освободили только через год. И спустя год она скончалась.
Смерть
В 1630 году Иоганну Кеплеру пришлось отправиться в Регенсбург к императору за обещанным жалованьем. Он надеялся получить хотя бы небольшую сумму, так как его семья постоянно нуждалась в деньгах. Однако по дороге он заболел простудой и скоропостижно скончался.
После его смерти близким осталось всего лишь несколько вещей: ношенная одежда, 22 флорина наличными, 29000 флоринов невыплаченной зарплаты от императора, 27 опубликованных рукописей и множество неопубликованных. Позже все его работы были собраны и изданы в 22 томах.
Во время тридцатилетней войны кладбище, где был похоронен великий учёный, было полностью разрушено и его могила не сохранилась. Известна лишь его эпитафия, написанная им самим: «Я измерил небо, а ныне измеряю тени. Мой разум в небесах, а тело отдыхает в земле.»
Труды
- Тайны вселенной
- Использование оптики в изучении космоса
- Добавления к работам Вителлия о астрономии
- Открытие новой звезды в созвездии Змееносца
- Новые открытия в области астрономии
- Оптические явления и их изучение
- Структура и форма снежинок
- Коперник и его вклад в астрономию
- Баланс и гармония в мироздании
- Таблицы исследований Рудольфа II по астрономии
- Общение с посланником из звезд