И. Кеплер: от поисков гармонии мира к открытию тайны планетных орбит

Содержание:
Введение 2-3

§1. Наука в жизни Иоганна Кеплера 4-7
§2. Основные научные открытия 8-11
Заключение 11-12
Список литературы 13

Введение
Тайны мироздания во все времена волновали ученых. Тайны Солнца и Луны, загадки Земли – все это стало поводом для разногласий с начала времен и до сегодняшнего дня.
Средневековая Европа славиться своими многочисленными открытиями в области астрономии, несмотря на царившее в те времена сложное положение науки. Церковь принимала только то, что было наиболее выгодно для ее политики.
Основами астрономии были исследования античных ученых, особенно европейскими учеными признавались древнегреческие и древнеримские исследования. И до XVI века
Одним из известнейших ученых тог времени стал Иоганн Кеплер. Именно ему принадлежит открытие Принципов движения планет, которые были сформулированы на основе наблюдений Т.Браге. В данной работе хотелось бы раскрыть заданную тему благодаря обращению к научным трудам, таким как:
1. Книги Иоганна Кеплера «Harmonices Mundi» и «Mysterium Cosmographicum», изучив данные о которых, мы можем видеть работу ученого за двадцать с лишним лет, появление трех его Принципов движения планет, благодаря которым в будущем состоялось много открытий в сфере астрономии.
2. Научная работа Е.А. Предтеченского «Иоганн Кеплер. Его жизнь и научная деятельность»
3. Историко-Астрономические исследования, выпуск XI
4. Э.Б. Лопец «Движение планет. Танцы со звездами»
Цель и задача выбранной темы состоит в том, чтобы изучить жизнь и научную деятельность известного ученого-математика, астронома, механика, оптика а кроме того первооткрывателя законов движения планет, и определить его путь поисков гармонии мира при помощи изучения тайн космоса и планет в условиях Средневековья.
Проблематикой данного реферата можно назвать развитие науки в эпоху Средневековья. Научные открытия совершались под страхом казни и не многие ученые находили в себе силы открыто противостоять Церкви и инквизиции. Сам Иоганн Кеплер оказался под давлением церкви, которую ему пришлось практически оставить из-за разделившихся взглядов на принадлежность Космоса и Солнечной системы.
§1. Наука в жизни Иоганна Кеплера.
Родился великий ученый в декабре 1571 года, в небогатой семье Кеплеров. Его дом находился в южной части Германии, городе Вейль-дер-Штадт. Его отец был наемником, а мать содержала небольшой трактир, где занималась гаданием и даже траволечением. Именно она стала его проводником в мир звезд и планет, показав ему такое природное явление как затмение луны.
Он проходил обучение в школе при монастыре Маульборн, после которого он поступил в Маульбрунское училище, где обучался всего три года, вместо положенных пяти. Его умственные способности были оценены так высоко, что его отправили в Тюбингенскую академию раньше необходимого срока, где он в 1591 году получил звание учителя.
Именно в академии Кеплер начал ближе знакомиться с открытиями и научными трудами Н. Коперника. Они быстро нашли отклик в сердце молодого ученого и вскоре Кеплер был обвинен в свободомыслии, что отрицательно сказалось на его учебной деятельности и в конечном итоге он смог получить лишь должность школьного учителя математики.
Кроме того, здесь в академии в 1584 году начинает работать Мэстлин, который был преподавателем математики и астрономии. Многие исследователи сходятся во мнении, что именно он повлиял во многом на становление Кеплера как математика и астронома «Мэстлин почти ничем не выдается как ученый, но нужно думать, что он обладал замечательным преподавательским талантом и производил глубокое впечатление на своих слушателей. В этом отношении достаточно сослаться на мнение о нем Кеплера, который не переставал относиться к нему с глубоким уважением всю свою жизнь и считал себя обязанным ему всем».
После окончания академии Кеплер был призван в Грац, в местный университет преподавателем математики и астрономии. Здесь он проработал шесть лет. За это время была издана его первая книга «Тайна мироздания». Она стала для него важным открытием, и с ее издания началась его полноценная ученая деятельность. В этой книге Кеплер начал поиск гармонии мира, вселенной. Он выделил пять известных на тот момент планет и сопоставил им правильные многогранники. Например, орбита Сатурна для него предстала в виде круга «на поверхности шара, описанного вокруг куба. В куб в свою очередь был вписан шар, который должен был представлять орбиту Юпитера. В этот шар был вписан тетраэдр, описанный вокруг шара, представлявшего орбиту Марса». Несмотря на то, что эта работа была не достаточно достоверной, для Кеплера она стала путеводной звездой.
Это издание он отправил двум самым известным в те времена ученым Галилею и Тихо Браге. Первый не признал его нумерологию, однако в целом направление Кеплера было близко Галилею, что создало дружеские отношения между учеными. А вот Тихо Браге высоко оценил способности Кеплера и даже пригласил его к себе и уже в 1600 году Кеплер отправляется в Прагу.
В своей первой книге Кеплер основывался на гелиоцентрической системе мироздания. Для него Вселенная была единым целым с образом самого Бога, при этом прототипом для Бога-Отца стало солнце, Богу-сыну – звездные сферы и все что между ними это олицетворение Святого Духа. Он пытается найти точки соприкосновения идей гелиоцентризма с христианскими учениями.
«Mysterium Cosmographicum или Тайна мироздания – стала важным шагом в развитии концепции гелиоцентрической системы мира, изложенной Николаем Коперником в его труде «О вращении небесных сфер». Даже на сегодняшний день, многие ученые открыто говорят о том, что данная книга стало огромным скачком в развитии современной астрономии. Благодаря этому изданию, теории и учения Коперника постепенно стали избавляться от теории Птолемея с его строением мира и небесных тел.
Несмотря на свои научные открытия, Кеплер оставался религиозным человеком, и для него стало жизненной миссией связать воедино религию и науку, он хотел понять божественные тайны мироздания. Он считал Бога высшим разумом, который не мог не руководствоваться точными, математическими расчетами в своих божественных делах. Кеплер посвятил поискам доказательств этому всю свою жизнь, и помимо книги «Тайна мироздания» им было написано множество научных трудов, которые так или иначе были направлены на поиск гармонии мира. Следующая работа, которая заслуживает особого упоминания это «Harmonices Mundi» или «Гармония мира».
Этот труд состоит из пяти глав, каждая из которых направлена на поиск гармонии в мироздании и небесных телах. В первой главе он делает тщательный обзор правильных многогранников, во второй сравнивает фигуры, в третьей – гармонию в музыке, четвертой – гармонию в астрологии, и наконец, пятую главу он посвятил гармонии в движении планет.
В этой книге Кеплер описывает третий закон небесной механики или Принципы движения планет (первые два были изданы в «Новой астрономии» в 1609 году, по научным наблюдениям Т.Браге).
Изучив жизнь великого ученого, можно сделать несколько выводов. Во-первых, несмотря на все лишения в жизни, слабое здоровье и проблемы со зрением Иоганн Кеплер был гениальным математиком, он был «Математиком-романтиком» и верил, что астрология, астрономия и математика неразрывно связаны между собой, несмотря на учения церкви о «хрустальном куполе» и божественном мире за ним.
Книги Иоганна Кеплера «Harmonices Mundi» и «Mysterium Cosmographicum» направлены на поиск гармонии в мироздании, благодаря работе над этими трудами в течение двадцати лет Кеплер вывел Принципы движения планет, благодаря чему современная астрономия находиться на высоком уровне развития.
§2. Основные научные открытия.
Иоганн Кеплер посвятил свою жизнь науке, мирозданию и астрономии. Он написал много различных статей и научных трудов, которые были посвящены изучению планет и звезд, а также небесных пространств. Он сформулировал три закона движения планет.
– Первый закон: каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.
– Второй закон: каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причем за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади. (Закон площадей.)
– Третий закон: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит. (Гармонический закон.)
Если рассматривать законы более подробно то:
Первый закон Кеплером был выведен благодаря расчетам движения Марса. В ходе расчетов, он выяснил, что ни одна из известных на тот момент времени, комбинаций эпициклов и эксцентриков не подходили для наиболее точного расчета положения планеты. Но если предположить, что орбита у нужной планеты в форме эллипса, то Солнце можно поместить в один из фокусов этого самого эллипса. Тогда он предположил, что у каждой планеты (на тот момент их было известно только пять) орбита в форме эллипса, в фокусе которого находиться Солнце, а у Луны в фокусе находиться непосредственно Земля. Дальнейшие более точные исследования подтвердили его предположение.
Второй закон несет в себе информацию обо всех изменениях скорости движения планет вокруг Солнца. «Параллельность положений оси планеты при движении этой последней вокруг Солнца Кеплер не приписывает особого рода движению, как это делает Коперник, и называет это состояние оси покоем, но для Земли он оставляет отчасти это третье Коперниковое движение, считая его необходимым для объяснения явлений предварения равноденствий. Что же касается физической причины этого явления, то Кеплер, несмотря на всю плодовитость своего воображения, не находил возможности объяснить это иначе как волей Божией или присущей планете разумностью». Если говорить простым языком, то это означает, что у каждой планеты есть своя скорость движения. И двигаются они вокруг солнца, и чем ближе к нему, тем быстрее происходит это движение.
Если первые два закона говорят о подсчетах для каждой отдельной планеты, то в третьем законе Кеплер сравнивает орбиты между собой. Он описывает, что от расстояния между Солнцем и планетой зависит ее полный оборот по своей орбите, и то насколько долго будет длиться «год» для нее. «Отношение куба среднего удаления планеты от Солнца к квадрату периода обращения её вокруг Солнца есть величина постоянная для всех планет: a³/T² = const.»
Свои законы Кеплер вывел благодаря тому, что в его руках оказалось большое количество фактов и практических исследований других ученых. Например, Тихо Браге оставил ему не только свою должность, но и результаты своих многолетних астрономических наблюдений.
Тихо Браге был лучшим наблюдателем и за всю свою долгую научную деятельность он составил большое количество трудов по наблюдению за планетами и звездами, и точность его наблюдений поражает своей точностью для того промежутка времени, учитывая технические возможности астрономов.
После его смерти в 1601 году, Кеплер принялся за тщательное изучение его трудов. Проанализировав данные Браге, он сделал выводы, которые привели его в свою очередь к открытию его первых двух законов.
Свой третий закон Кеплер вывел только в 1618 году и опубликовал в своей книге «Гармония мира». Здесь, он уже не боясь применяет свои исследования не только по отношению к Марсу, но и к другим планетам. Кеплер относился к таким ученым, которые не останавливаются на исследовании одного предмета. Под его тщательный анализ попала вся Солнечная система со всеми ее планетами, звездами и орбитами. Он сочетал между собой физику и астрономию, дав возможность появиться на свет астрофизике. Но, к сожалению, в те годы даже мир науки не мог воспринимать серьезно многие его открытия, особенно в этом стремлении объединить две такие различные науки. Кеплер считал, что Солнце – это центр Вселенной, у него есть физическая сила – магнитная, благодаря которой приходят в движение все планеты Солнечной системы. Сопротивление магнитной силе Солнца у планет напрямую зависит от массы самой планеты. Однако не только Солнце обладает подобной силой, но и Земля, ведь благодаря именно этой магнитной силе вокруг Земли вращается Луна.
В своих многочисленных научных трудах Кеплер описывает о том, как именно он пришел к таким выводам, благодаря чему их сделал. Он щедро снабжал их математическими таблицами и расчетами, а кроме того очень часто рассуждал в них о религии.
Заключение.
Учитывая жизненные обстоятельства, в которых жил и работал Иоганн Кеплер, нельзя не сказать о его преданности науке. Его исследования в области механики небесных тел оказались настолько большим скачком в современной ему науке, что не сразу были приняты ученым братством. Начав свою жизнь с поиска Бога, со служения ему он постепенно пришел к науке, став при этом величайшим ученым. Его анализ наблюдений других астрономов, уникальные знания математики позволили ему открыть свои Принципы движения планет, которые стали браться за основу.
Не смотря на давление церкви, Кеплер жил во времена научных и технических изменений. Галилей, Браге и т.д. – все они привнесли значительный вклад в науку, и это касается не только астрономии, но и математики, физики. Благодаря научным открытиям произошел технический прогресс.
Открытие новых планет привело к появлению новых расчетов в работе Кеплера, это дало ему новую почву для исследований и расчетов. Надо заметить, что Кеплер в своих научных трудах часто отходит от заданной темы и переходит на рассказ о своих жизненных неурядицах и трудностях. Он превращает свои книги не только в научный труд, но и в некий рассказ о себе, позволяя современным исследователям лучше понять его метания и искания в научной сфере.
Начав с поисков гармонии мира Кеплер приходит к иным выводам. Он уже понимает, что теория Птолемея не верна, несмотря на то, что именно она близка церкви. Начиная свои поиски истины, он приходит к открытиям в астрономии, при этом параллельно занимаясь астрологией, которую он называет «дочерью» астрономии. Его любовь к математике позволили ему создать для себя идеальную вселенную, математически точную, которую он и показал в своих научных трудах и открытиях.
Список литературы:
Белый Ю. А. Вклад Кеплера в развитие математики и его астрономические исследования // Историко-астрономические исследования. Вып. XI. 1972. С.65-106.
Веселовский И. Н. Кеплер и Галилей. // Историко-астрономические исследования. Вып. XI. 1972. С.19-64.
Данилов Ю.А. Гармония и астрология в трудах Кеплера // Юлий Александрович Данилов. Прекрасный мир науки. — Традиция, 2008. — 383 с. — ISBN 5-89826-282-2.
Лопес, Эдуардо Баттанер. Танцы со звёздами. Кеплер. Движение планет // Наука. Величайшие теории. — М.: Де Агостини, 2015. — Вып. 4. — ISSN 2409-0069.
Храмов Ю. А. Кеплер Иоганн (Kepler Johannes) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 130. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
Е.А. Предтеченский «Иоганн Кеплер. Его жизнь и научная деятельность» биографический очерк
Бракенридж, Ж. (1982). Кеплер, эллиптические орбиты и Небесная Циркулярность: исследование в постоянстве метафизического обязательства Часть II. 39 (3), 265.
http://shtorm777.ru/kepler-iogann-biografiya-otkrytiya-trudy.html
https://ru.wikipedia.org