"قوانین کپلر" - این عبارت برای همه کسانی که به ستاره شناسی علاقه دارند آشنا است. این شخص کیست؟ ارتباط و وابستگی متقابل کدام واقعیت عینی را توصیف کرد؟ اخترشناس، ریاضیدان، الهی‌دان، فیلسوف، باهوش‌ترین مرد زمان خود یوهانس کپلر (1571-1630) قوانین حرکت سیارات را در منظومه شمسی کشف کرد.
شروع سفر
یوهانس کپلر، اهل ویل در اشتاد (آلمان)، در دسامبر 1571 به این دنیا آمد. کودک ضعیف، با بینایی ضعیف، بر همه چیز غلبه کرد تا در این زندگی پیروز شود. تحصیل پسر در لئونبرگ، جایی که خانواده نقل مکان کردند، آغاز شد. بعداً به یک مؤسسه پیشرفته، یک مدرسه لاتین نقل مکان کرد تا اصول اولیه زبان را بیاموزد، که قصد داشت در انتشارات بعدی از آن استفاده کند.
در سال 1589 از مدرسه صومعه Maulbronn در شهر Adelburg فارغ التحصیل شد. در سال 1591 وارد دانشگاه توبینگن شد. در پی معرفی لوترانیسم، یک سیستم آموزشی مؤثر توسط دوک ها ایجاد شد. با کمک کمک های بلاعوض و کمک هزینه های تحصیلی برای فقرا، مسئولان تلاش کردندبه دانشگاه ها متقاضیانی ارائه دهد که بتوانند به عنوان روحانیون تحصیلکرده تربیت شوند که قادر به دفاع از ایمان جدید در زمان مناقشات شدید مذهبی باشند.
در طول اقامت خود در موسسه آموزشی، کپلر تحت تأثیر پروفسور نجوم مایکل ماستلین قرار گرفت. دومی به طور مخفیانه نظرات کوپرنیک را در مورد ایده یک جهان خورشید مرکزی (خورشید در مرکز) به اشتراک گذاشت، اگرچه او به دانش آموزان "بر اساس بطلمیوس" (زمین در مرکز) آموزش می داد. دانش عمیق از ایده های دانشمند لهستانی علاقه زیادی به ستاره شناسی در کپلر برانگیخت. بنابراین نظریه کوپرنیک طرفداران دیگری داشت که به دنبال درک شخصی قوانین حرکت سیارات به دور خورشید بود.
منظومه شمسی یک اثر هنری است
به اندازه کافی عجیب، کسی که بعداً قوانین حرکت سیارات را کشف کرد، خود را یک ستاره شناس نمی دانست. کپلر در طول زندگی خود معتقد بود که منظومه شمسی یک اثر هنری است که مملو از پدیده های عرفانی است، او آرزو داشت کشیش شود. این ستاره شناس علاقه خود به نظریه کوپرنیک را با این واقعیت توضیح داد که قبل از نتیجه گیری از تحقیقات خود، باید نظرات مختلف را مطالعه کند.
با این وجود، معلمان دانشگاه از کپلر به عنوان دانشجویی با ذهنی عالی صحبت می کردند. در سال 1591 دانشمند با دریافت مدرک کارشناسی ارشد، تحصیلات خود را در رشته الهیات ادامه داد. هنگامی که آنها نزدیک به اتمام بودند، معلوم شد که یک استاد ریاضیات در مدرسه لوتری در گراتس درگذشت. دانشگاه توبینگن توصیه کرد که افراد مستعد در همه زمینه ها برای این موقعیت استخدام شوند.رابطه فارغ التحصیل پس، خداحافظی با قوانین حرکت سیارات؟
به نام خدا
یوهان 22 ساله با اکراه از دعوت اولیه خود به عنوان کشیش دست کشید، اما با این وجود وظایف معلم ریاضی را در گراتس بر عهده گرفت. معلم مبتدی در حالی که در کلاس خود سخنرانی می کرد، روی تخته سیاه تعدادی شکل هندسی شامل دایره ها و مثلث های متحدالمرکز را به تصویر کشید. و ناگهان این فکر به ذهنش خطور کرد که چنین ارقامی منعکس کننده نسبت ثابت معینی بین اندازه های دو دایره هستند، مشروط بر اینکه مثلث متساوی الاضلاع باشد. نسبت مساحت بین دو دایره چقدر است؟ روند فکر در حال افزایش بود.
یک سال بعد، یک الهی دان غیرمعمول اولین اثر خود را با عنوان رمز و راز جهان (1596) منتشر کرد. در آن، او دیدگاه های خلاقانه خود را در مورد اسرار جهان، با پشتوانه اعتقادات مذهبی بیان کرد.
کسی که قوانین حرکت سیارات را کشف کرد این کار را به نام خدا انجام داد. محقق با افشای نقشه ریاضی کیهان به این نتیجه رسید: شش سیاره در کره هایی محصور شده اند که بین آنها پنج چند وجهی منظم قرار می گیرند. البته، نسخه بر اساس "واقعیت" بود که تنها 6 جرم آسمانی وجود دارد. در اطراف مدار زمین، کپلر یک دوازده وجهی کامل و یک کره را که مدار مریخ را لمس می کند، ترسیم کرد.
چند وجهی کامل
در اطراف منطقه مریخ، دانشمند یک چهار وجهی و یک کره در مجاورت مدار مشتری را به تصویر کشید. در ایکوساهدر در کره مداری زمین، کره زهره کاملاً "مناسب" است. با استفاده از بقیهانواع چند وجهی کامل، همین کار را با بقیه انجام داد. با کمال تعجب، نسبت‌های مدارهای سیاره‌ای همسایه، ارائه‌شده در مدل کره تودرتوی کپلر، با محاسبات کوپرنیک مطابقت داشت.
کشیش با ذهن ریاضی با کشف قوانین حرکت سیارات در درجه اول بر الهام الهی تکیه کرد. او هیچ مبنای واقعی برای استدلال نداشت. اهمیت رساله "اسرار جهان" در این است که این اولین گام تعیین کننده در جهت شناخت منظومه شمسی مرکز جهان توسط کوپرنیک بود.
فرض در مقابل دقت بالا
در سپتامبر 1598، پروتستان ها در گراتس، از جمله کپلر، توسط حاکمان کاتولیک مجبور به ترک شهر شدند. اگرچه به یوهان اجازه بازگشت داده شد، اما وضعیت بسیار متشنج باقی ماند. در جستجوی حمایت، به تیکو براهه، ریاضیدان و ستاره شناس دربار امپراتور رودولف دوم روی آورد. این دانشمند به خاطر مجموعه چشمگیر مشاهدات سیاره ای خود شناخته شده بود.
او از کار "راز جهان" خبر داشت. اما هنگامی که در سال 1600 خالق آن به رصدخانه تیکو، واقع در خارج از شهر پراگ رسید، براهه که در آن زمان به تحقیقات بسیار دقیق (در آن زمان) مشغول بود، از او به عنوان نویسنده یک اثر خاص استقبال کرد، اما نه به عنوان همکارش.. رویارویی بین آنها تا زمان مرگ ستاره شناس دانمارکی ادامه داشت که یک سال بعد اتفاق افتاد. پس از عزیمت رقیب به دنیایی دیگر، نگهبانی از خزانه مشاهداتش به کپلر سپرده شد. آنها به محقق کمک زیادی کردند تا به کشف قوانین حرکت تبدیل شودسیارات به دور خورشید.
مسیر مریخ
آخرین تحقیقات بریج برای ایجاد جدولی از حرکات سیارات تکمیل نشده است. همه امیدها به جانشینی بسته بود. او به عنوان ریاضیدان امپراتوری منصوب شد. کپلر علیرغم رابطه پرتنش با همکار متوفی خود، آزاد بود تا به دنبال علایق خود در نجوم باشد. او تصمیم گرفت به مشاهدات خود از مریخ ادامه دهد و دید خود از مدار این سیاره را شرح دهد.
یوهان مطمئن بود: با باز کردن مسیر پیچیده مریخ، می توان مسیرهای حرکت سایر "سرگردانان کیهان" را آشکار کرد. برخلاف تصور رایج، او فقط از مشاهدات براهه برای انتخاب شکل هندسی متناسب با توصیف استفاده نکرد. متکلم دیروز تلاش خود را معطوف به کشف نظریه فیزیکی حرکت «خواهران ساکن در فضای بدون هوا» کرد، که از آن می توان مدار آنها را استنباط کرد. پس از یک کار تحقیقاتی تایتانیک، سه قانون حرکت سیارات ظاهر شد.
قانون اول
I. مدار سیارات بیضی است که خورشید در یکی از کانون ها قرار دارد.
قانون حرکت سیارات در منظومه شمسی ثابت کرد که سیارات به صورت بیضی حرکت می کنند. پس از هشت سال محاسبات با استفاده از پایگاه داده ای که توسط تیکو براهه بر اساس مشاهدات حرکت سیاره ای ستاره مریخ گردآوری شده بود، ظاهر شد. یوهان کار خود را "نجوم جدید" نامید.
بنابراین، طبق قانون اول کپلر، هر بیضی دارای دو نقطه هندسی به نام کانون (تمرکز در مفرد) است. فاصله کل سیاره تا هر یک از مراکز همیشه خلاصه می شودبدون توجه به اینکه سیاره در کجای مسیر حرکت خود قرار دارد، یکسان است. اهمیت این کشف در این است که این فرض که مدارها دایره‌های کاملی نیستند (مانند نظریه زمین‌مرکزی)، مردم را به درک دقیق‌تر و واضح‌تری از تصویر جهان نزدیک‌تر کرد.
قانون دوم
II. خطی که سیاره را به خورشید متصل می کند (بردار شعاع) مناطق مساوی را در فواصل زمانی مساوی در حالی که سیاره به دور بیضی حرکت می کند، می پوشاند.
یعنی در هر دوره زمانی، مثلاً بعد از 30 روز، سیاره بر همان منطقه غلبه می کند، مهم نیست چه دوره ای را انتخاب کنید. با نزدیک شدن به خورشید سریعتر و با دور شدنش کندتر حرکت می کند، اما در حین حرکت به دور مدار خود با سرعتی دائما در حال تغییر حرکت می کند. "زیباترین" حرکت در حضیض (نزدیکترین نقطه به خورشید) و "قدرتمندترین" در آفلیون (دورترین نقطه از خورشید) مشاهده می شود. کسی که قوانین حرکت سیارات را کشف کرد چنین استدلال کرد.
قانون سوم
III. مجذور دوره کل زمان مداری (T) با مکعب فاصله متوسط سیاره تا خورشید (R) متناسب است.
این اصل را گاهی قانون هارمونی می نامند. دوره زمانی مداری و شعاع مداری سیارات را مقایسه می کند. ماهیت کشف کپلر به شرح زیر است: نسبت مربع های دوره های حرکت و مکعب های میانگین فاصله از خورشید برای هر سیاره یکسان است.
برای تکرار، قوانین کپلر در مورد حرکت سیاره ها بر اساس مشاهدات جدی طولانی مدت وبه صورت ریاضی پردازش شده است. با نمایش قاعده مندی ها، مشروط بودن پدیده ها را آشکار نکردند. بعدها، نیوتن، کاشف معروف قانون گرانش جهانی، ثابت کرد که پاسخ در ویژگی فیزیکی اجسام برای جذب یکدیگر است.
سایه بدن من اینجاست
علیرغم موفقیت‌هایش، کپلر دائماً از مشکلات مالی، کمبود وقت برای تحقیق، حرکت در جستجوی مکان‌هایی که باورهای مذهبی‌اش تحمل می‌شد، رنج می‌برد. او چندین بار سعی کرد در توبینگن یک مقام تدریس پیدا کند، اما به عنوان یک خائن، یک پروتستان شناخته شد و رد شد.
یوهانس کپلر در 15 نوامبر 1630 بر اثر حمله تب حاد درگذشت. او در گورستان پروتستان دفن شد. پسر مشروع او در کتیبه نوشته است: «من از آسمان برای اندازه گیری استفاده کردم. حالا باید سایه های زمین را اندازه بگیرم. اگرچه روح من در بهشت است، اما سایه بدن من در اینجا نهفته است.»
بله، در ابتدا، بر اساس روح مفاهیم قرون وسطایی، دانشمند معتقد بود که سیارات حرکت می کنند زیرا آنها روح دارند، این جادوی زنده است و نه فقط توده های ماده. بعداً متوجه شد که رویکرد علمی موجه تر است. خب، کشیش و منجمی که قوانین حرکت سیارات را کشف کرد، صادقانه راه بینش را پیمود. اما بیایید به خود اعتراف کنیم: گاهی اوقات به نظر می رسد که عرفان زیادی در جهان علمی وجود دارد!
