Пластмассы, Сталь, Сплав железа и углерода, Эмпирические законы Кеплера / Эмпирические законы Кеплера и их роль в становлении науки

И. Кеплер родился 27 декабря 1571 года вблизи города Вейля. Отец его Генрих Кеплер – разоривщийся дворянин, служил простым солдатом. Мать – дочь деревенского трактирщика, не умела читать и писать.

При рождении он чудом остался жив, в 4 года его бросили больного оспой, в 13 лет он умирал в третий раз.

С 4 лет он воспитывался у деда, но родители заставили его помогать им в трактире, но все-таки Кеплер окончил школу. Окончив школу, Кеплер перевелся в духовную трехгодичную школу, после которой учился в Тюбингенской семинарии, а за­тем — в Тюбингенском универ­ситете. В университете Кеплер познакомился с учением Ко­перника, сделавшись его горя­чим сторонником. С этих пор кончилась богословская карье­ра Иоганна Кеплера.

После блестящего окончания университета он был назначен учите­лем математики и философии в училище г. Граца, где наряду с преподаванием стал занимать­ся научной работой по астроно­мии, а также составлять кален­дари и гороскопы. (Гороскоп — это предсказание судьоы человека в зависимости от расположе­ния планет). Кеплер вынужден был заниматься астрологией, чтобы не умереть с голоду, чтобы прокормить свою семью и вес­ти исследования по астрономии.

Его первая книга, изданная в 1597 г., вышла под интересным названием «Космографическая тайна». В этой работе, находясь под влиянием пифагорейцев о всемогущей силе чисел, Кеплер поставил задачу найти числовые отношения между орбитами планет. Пробуя различные комбинации чисел, он пришел к гео­метрической схеме, по которой можно было отыскивать расстоя­ния планет от Солнца. Свою работу Кеплер отослал датскому астроному Тихо Браге и Г. Галилею. Т. Браге, в свое время не принявший учения Коперника, довольно холодно отнесся к ос­новной идее этой работы Кеплера, но обнаружил у ее автора прекрасные навыки вычислителя. (Геометрическая схема Кепле­ра действительно не выдержала испытания временем.) Т. Браге пишет письмо И. Кеплеру и приглашает его в свой астрономиче­ский городок Ураниенбург.

В 1601 г., когда из-за преследования со стороны католической церкви жизнь на родине стала невозможной, Кеплер, приняв предложение Тихо Браге, поехал к нему в Прагу. (Знаменитый датский астроном покинул свое детище — Ураниенбург, не по­ладив с приближенными молодого датского короля.)

Он жил впроголодь, впадал в отчаяние, доходил до исступления, но победил, сформулировав первые два закона о движении планет.

Закон 1: Все планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов ко­торых находится Солнце

Тихо поставил перед Кеплером задачу создания научной теории движения Марса. Следуя методике тех лет, Кеплер перепробовал множество комбинаций эпициклов и эксцентриков, но не смог найти подходящую для точного предвычисления наблюдаемого положения планеты. Наконец, он предположил, что орбита Марса эллиптическая, и увидел, что эта кривая хорошо описывает наблюдения, если Солнце поместить в один из фокусов эллипса. Затем Кеплер предположил (хотя и не мог точно доказать этого), что все планеты движутся по эллипсам, в фокусе которых находится Солнце. А орбиту Луны он описал эллипсом, в фокусе которого расположена Земля.

Действительно, орбиты всех больших планет - эллипсы, причем у Венеры орбита наиболее округлая (эксцентриситет е = 0,0068), а у Плутона наиболее вытянута {е = 0,2485). Орбиты малых планет - астероидов — тоже эллипсы; наиболее круглая орбита у астероида 1177 Гоннезия (е = 0,0063), а наиболее эксцентричная у 944 Идальго (е = 0,656).

Закон 2: Радиус-вектор, проведенный от Солнца к планете, за равные. промежутки времени описывает равные площади

Законы Кеплера полностью эмпирические, они выведены из наблюдений. Чтобы получить закон площадей, Кеплер трудился около восьми лет, проделав громадный объем вычислений. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она движется по орбите. Каждый год в начале января Земля,проходя через перигелий, движется быстрее; поэтому видимое перемещение Солнца по эклиптике к востоку также происходит быстрее, чем в среднем за год. В начале июля Земля, проходя афелий, движется медленно, поэтому и перемещение Солнца по эклиптике замедляется. Закон площадей указывает, что сила, управляющая орбитальным движением планет, направлена к Солнцу.

В 1609 г. в Праге вышла в свет книга Кеплера «Новая аст­рономия, или Небесная физика с комментариями на движение планеты Марс по наблюдениям Тихо Браге». Восемь лет корпел он над расчетами, семьдесят раз пришлось повторять каждое вычисление, пока над столом не выросла гора бумажных листов.

Первый экземпляр книги Кеплер направил императору с лич­ным посвящением. Но государь, получив книгу, даже палец о палец не ударил, чтобы чем-то по­мочь математику. А Кеплер писал: «Касса пуста и жалованья не дают».

«Я теряю время при дверях казначейства и напрасно стою перед ними, как нищий»,— сетовал он через год.

Даже великое открытие не принесло Кеплеру благополучия: нужда и несчастья продолжали преследовать его. В 1610 г. умерли его жена и сын, и он остался с двумя детьми на руках. Материальная нужда заставила Кеплера покинуть Прагу и по­ехать в Линц, где он занял место преподавателя математики. В 1613 г. Кеплер женился второй раз. Семья быстро росла, и проблема куска хлеба все сильнее угнетала ученого.

И вот новый удар судьбы: в 1615 г. он получает известие об обвинении его матери в колдовстве. Всю свою силу, находчи­вость, изобретательность и здоровье тратит он на то, чтобы спас­ти мать от костра. И только в 1620 г. добивается ее освобожде­ния из подземелья инквизиции.

Разве можно после этого не поражаться железной силе духа этого человека, который сумел в таких условиях выпустить в 1619 г. новое произведение «Гармония мира», содержащее тре­тий закон небесной механики.

Закон 3: Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит (Гармонический закон)

Кроме двух уже названных выше работ, Кеплер является ав­тором оптических трактатов «Дополнения к Вителло», «Диоп­трика». В работах по оптике он дает теорию камеры-обскуры, излагает теорию зрения, исправляя ошибки Алхазена, правильно объясняет близорукость и дальнозоркость, описывает конструк­цию телескопа (трубы Кеплера), рассматривает ход лучей в линзах, приходит к выводу о существовании полного внутреннего отражения, находит фокусные расстояния плоско-выпуклой и двояковыпуклой линз.

Из математических работ Кеплера наиболее известны «Рудольфовы таблицы» - это астрономические планетные таблицы, над которыми он работал более 20 лет. Названы они в честь императора Рудольфа II. Эти таблицы в течении двух веков служили морякам, астрономам, составителям календарей и астрологам, и только в 19 веке они были заменены более точными.

Своими работами Кеплер внес большой вклад в теорию кононических сечений, в разработку теории логарифмов, способствовал разработке интегрального исчисления и изобретению первой ВМ.

У Кеплера в периоде 30-ей войны начались финансовые трудности, и он начал ездить в город Регенсбург для получения жалования. И 15 ноября 1630 года он просьудился и умер.

В 1774 году Петербургская Академия Наук купила большую часть архива Кеплера.

Кеплера всю жизнь преследовали страшные лишения, но он решил силою своего гения задачу о законах движения планет; он постиг мировой порядок и уразумел его красоту, он стал творцом небесной механики.

К. Маркс, отвечая на вопрос анкеты о любимых героях, написал: «Спартак и Кеплер».

Список литературы:

1. Кириллин В.А. Страницы истории науки и техники – М.: Наука,1988

2. Воронцов-Вельяминов Б.А. Астрономия-10 – М.: Просвещение, 1994

3. Белонучкин В.Е. Кеплер, Ньютон и все-все-все…- М.: Наука, 1990

4. Лишевский В.П. Из истории науки: Кеплер и его законы движения планет – Земля и Вселенная: №1, 1994

- 4 -