«Кеплер заңдары» - бұл тіркес астрономияны жақсы көретіндердің барлығына таныс. Бұл адам кім? Ол қандай объективті шындықтың байланысы мен өзара тәуелділігін сипаттады? Астроном, математик, теолог, философ, өз заманының ең ақылды адамы Иоганнес Кеплер (1571-1630) Күн жүйесіндегі планеталар қозғалысының заңдылықтарын ашты.
Саяхаттың басталуы
Вейль дер Штадттың (Германия) тумасы Йоханнес Кеплер бұл дүниеге 1571 жылы желтоқсанда келген. Әлсіз, көзі нашар бала бұл өмірде жеңу үшін бәрін жеңді. Баланың оқуы отбасы көшіп келген Леонбергте басталды. Кейінірек ол тіл негіздерін меңгеру үшін алдыңғы қатарлы оқу орнына, латын мектебіне көшті, ол болашақ басылымдарда қолдануды көздеді.
1589 жылы Адельбург қаласындағы Маулбронн монастырында мектепті бітірді. 1591 жылы Тюбинген университетіне оқуға түседі. Лютерандық ілімнің енуінен кейін герцогтар тиімді білім беру жүйесін құрды. Кедейлерге арналған гранттар мен стипендиялардың көмегімен билік тырыстыжоғары оқу орындарына діни қайшылықтар кезінде жаңа сенімді қорғай алатын білімді дін қызметкерлерін дайындауға болатын талапкерлермен қамтамасыз ету.
Оқу орнында жүргенде Кеплер астрономия профессоры Майкл Мостлиннің ықпалына түсті. Соңғысы Коперниктің гелиоцентрлік (орталықтағы Күн) Әлем идеясына қатысты пікірлерімен жасырын түрде бөлісті, бірақ ол студенттерге «Птолемей бойынша» (орталықта Жер) сабақ берді. Поляк ғалымының идеяларын терең білу Кеплерде астрономияға деген үлкен қызығушылықты оятты. Сонымен Коперник теориясының тағы бір жақтаушысы болды, ол Күнді айнала планеталардың қозғалыс заңдарын жеке түсінуге тырысты.
Күн жүйесі - өнер туындысы
Бір қызығы, планеталар қозғалысының заңдарын кейін ашқан адам өзін мамандығы бойынша астроном санамаған. Кеплер өмір бойы күн жүйесі мистикалық құбылыстарға толы өнер туындысы деп есептеді, ол діни қызметкер болуды армандады. Астроном өзінің Коперник теориясына қызығушылығын өз зерттеулерінен қорытынды жасамас бұрын әртүрлі пікірлерді зерделеуімен түсіндірді.
Соған қарамастан, университет оқытушылары Кеплер туралы керемет ақыл-ойы бар студент ретінде айтты. 1591 жылы магистр дәрежесін алған ғалым теология саласындағы оқуын жалғастырады. Олар аяқталуға жақын болған кезде Грацтағы лютерандық мектепте математика профессорының қайтыс болғаны белгілі болды. Тюбинген университеті бұл лауазымға барлық саладағы дарындыларды қабылдауды ұсынды.бітірушілер арасындағы қарым-қатынас. Сонымен, планеталар қозғалысының заңдарымен қоштасыңыз ба?
Алланың атымен
22 жастағы Иоганн діни қызметкер ретіндегі өзінің бастапқы шақыруынан бас тартты, бірақ соған қарамастан Грацтағы математика мұғалімі міндетін атқарды. Жаңадан келген мұғалім өз сабағында дәріс оқи отырып, тақтада концентрлік шеңберлер мен үшбұрыштар бар кейбір геометриялық фигураларды бейнеледі. Кенет оның басына үшбұрыш тең бүйірлі болған жағдайда мұндай сандар екі шеңбердің өлшемдері арасындағы белгілі бір бекітілген қатынасты көрсетеді деген ой келді. Екі шеңбердің ауданына қатынасы неге тең? Ойлау процесі қарқын алды.
Бір жылдан кейін ерекше теолог өзінің «Ғалам құпиясы» (1596) атты алғашқы жұмысын жариялады. Онда ол діни нанымдармен дәлелденген ғаламның құпиялары туралы өзінің шығармашылық көзқарастарын баяндады.
Планеталардың қозғалысының заңдылықтарын ашқан адам мұны Құдайдың атымен жасады. Ғаламның математикалық жоспарын аша отырып, зерттеуші мынадай қорытындыға келді: алты планета шарларға қоршалған, олардың арасында бес тұрақты көп қырлы. Әрине, нұсқа бар болғаны 6 аспан денесі бар деген «фактіге» негізделген. Кеплер Жер орбитасының айналасында тамаша дудекаэдр мен Марс орбитасына тиетін сфераны белгіледі.
Тамаша көп қырлы
Марс аймағының төңірегінде ғалым Юпитердің орбитасына іргелес тетраэдр мен шарды бейнелеген. Жердің орбиталық сферасындағы икосаэдрде Венера сферасы тамаша «сәйкес келеді». Қалғанын пайдаланумінсіз көп қырлы түрлері, қалғандарымен де солай болды. Бір таңқаларлығы, Кеплердің кірістірілген сфералық үлгісінде ұсынылған көрші планеталық орбиталардың қатынасы Коперниктің есептеулерімен сәйкес келді.
Планеталар қозғалысының заңдарын аша отырып, математикалық ақыл-ойы бар діни қызметкер ең алдымен құдайдың шабытына сүйенді. Оның дәлелдеуге нақты негізі жоқ еді. «Ғалам құпиялары» трактатының маңыздылығы оның Коперник тұжырымдаған дүниенің гелиоцентрлік жүйесін тануға жасалған алғашқы шешуші қадам болғандығында.
Жорамал және жоғары дәлдік
1598 жылы қыркүйекте Католик билеушілері Грацтағы протестанттарды, соның ішінде Кеплерді де қаладан қуып шықты. Иоганнға қайтып оралуға рұқсат етілгенімен, жағдай өте шиеленісті болды. Қолдау іздеп, ол император Рудольф II сарайындағы математик және астроном Тихо Браге жүгінді. Ғалым планеталарды бақылаудың әсерлі жинағымен танымал болды.
Ол «Ғалам сыры» шығармасы туралы білген. Бірақ 1600 жылы оның жасаушысы Прага қаласының сыртында орналасқан Тихо обсерваториясына келгенде, жоғары дәлдікпен (сол кездегі) зерттеулермен айналысқан Браге оны әріптесі ретінде емес, белгілі бір жұмыстың авторы ретінде қарсы алды.. Олардың арасындағы текетірес бір жылдан кейін болған дат астрологының өліміне дейін жалғасты. Қарсылас басқа әлемге кеткеннен кейін Кеплерге оның бақылауларының қазынасын сақтау тапсырылды. Олар зерттеушінің қозғалыс заңдарын ашқан адам болуына көп көмектестікүн айналасындағы планеталар.
Марс жолы
Брейдждің планеталық қозғалыстар кестесін жасауға арналған соңғы зерттеулері аяқталмады. Барлық үміт мұрагерге артылды. Ол императорлық математик болып тағайындалды. Қайтыс болған әріптесімен шиеленіскен қарым-қатынасына қарамастан, Кеплер астрономиядағы өз мүдделерін еркін ұстана алды. Ол Марсты бақылауды жалғастырып, осы планетаның орбитасы туралы өзінің көзқарасын сипаттауды шешті.
Иоганн сенімді болды: күрделі Марс жолын ашу арқылы барлық басқа «Әлемді кезгендердің» қозғалыс жолдарын ашуға болады. Танымал сенімге қарамастан, ол сипаттамаға сәйкес келетін геометриялық фигураны таңдау үшін Брахенің бақылауларын ғана пайдаланбады. Кешегі теолог өзінің күш-жігерін «ауасыз кеңістікте өмір сүретін апалы-сіңлілер» қозғалысының физикалық теориясын ашуға бағыттады, осыдан олардың орбиталарын анықтауға болады. Титаникалық зерттеу жұмысынан кейін планеталар қозғалысының үш заңы пайда болды.
Бірінші заң
Мен. Планеталардың орбиталары Күннің фокустарының бірінде орналасқан эллипс болып табылады.
Күн жүйесіндегі планеталардың қозғалыс заңы планеталардың эллипс бойымен қозғалатынын анықтады. Ол Марс жұлдызының планетарлық қозғалысын бақылау негізінде Тихо Браэ құрастырған мәліметтер базасын пайдаланып сегіз жылдық есептеулерден кейін пайда болды. Иоганн өз жұмысын «Жаңа астрономия» деп атады.
Сонымен, Кеплердің бірінші заңына сәйкес, кез келген эллипстің фокустары деп аталатын екі геометриялық нүктесі бар (фокус жекеше). Ғаламшардан орталықтардың әрқайсысына дейінгі жалпы қашықтық әрқашан қорытындыланадыпланетаның қозғалыс жолында болғанына қарамастан бірдей. Ашудың маңыздылығы мынада: орбиталар мінсіз шеңберлер емес деген болжам (геоцентрлік теориядағыдай) адамдарды әлем бейнесін дәлірек және анық түсінуге жақындатты.
Екінші Заң
II. Планетаны Күнмен байланыстыратын сызық (радиус векторы) планета эллипс бойымен қозғалған кезде тең уақыт аралықтарында тең аумақтарды қамтиды.
Яғни, кез келген уақыт кезеңінде, мысалы, 30 күннен кейін сіз қай кезеңді таңдасаңыз да, планета бір аумақты еңсереді. Ол Күнге жақындаған сайын жылдамырақ, ал алыстаған сайын баяуырақ қозғалады, бірақ орбита айналасында қозғалған кезде ол үнемі өзгеретін жылдамдықпен қозғалады. Ең «жылдам» қозғалыс перигелийде (Күнге ең жақын нүкте) және ең «қуатты» афелийде (Күннен ең алыс нүкте) байқалады. Планеталар қозғалысының заңдарын ашқан адам осылай ойлады.
Үшінші Заң
III. Орбиталық уақыттың жалпы кезеңінің квадраты (T) планетадан Күнге дейінгі орташа қашықтықтың кубына (R) пропорционал.
Бұл принципті кейде үйлесімділік заңы деп те атайды. Ол орбиталық уақыт кезеңі мен планеталардың орбиталық радиусын салыстырады. Кеплердің ашқан жаңалығының мәні мынада: қозғалыс периодтарының квадраттары мен Күннен орташа қашықтықтардың текшелерінің қатынасы әрбір планета үшін бірдей.
Қайталап айтсақ, Кеплердің планеталар қозғалысы туралы заңдары ұзақ мерзімді байыпты бақылауларға жәнематематикалық жолмен өңделеді. Заңдылықтарды көрсете отырып, олар құбылыстардың шарттылығын ашпады. Кейінірек бүкіләлемдік тартылыс заңын ашқан атақты Ньютон жауап денелердің бір-бірін тарту физикалық қасиетінде екенін дәлелдеді.
Тәнімнің көлеңкесі осында
Жетістікке жеткеніне қарамастан, Кеплер үнемі қаржылық қиындықтардан зардап шекті, зерттеуге уақыт таппайды, діни нанымдарға төзімді жерлерді іздеуге көшті. Бірнеше рет ол Тюбингенде оқытушылық қызметке орналасуға тырысты, бірақ сатқын, протестант ретінде қабылданып, қабылданбады.
Иоганн Кеплер 1630 жылы 15 қарашада жедел безгегінің ұстамасынан қайтыс болды. Ол протестанттық зиратқа жерленді. Эпитафияда оның заңды ұлы былай деп жазды: «Мен аспанды өлшеу үшін пайдаландым. Енді мен Жердің көлеңкесін өлшеуім керек. Менің жаным көкте болса да, денемнің көлеңкесі осында."
Иә, алғашында ортағасырлық концепциялар рухында ғалым планеталар қозғалады, өйткені олардың жаны бар, бұл жай ғана материяның кесектері емес, тірі сиқыр деп есептеді. Кейінірек ол ғылыми көзқарастың ақталғанын түсінді. Ал, планеталар қозғалысының заңдылықтарын ашқан священник пен астроном көрегендік жолында адал жүрді. Бірақ өзіміз мойындайық: кейде ғылыми әлемде мистицизм өте көп сияқты көрінеді!
