Кеплер. Движение планет. Танцы со звездами.

Тетя Кеплера, которая и занималась его воспитанием, была объявлена ведьмой и сожжена. Его мать также была обвинена в колдовстве и связях с дьяволом и посажена в тюрьму. Астроном выступил адвокатом на процессе, используя весь свой ум и авторитет, однако рассмотрение дела растянулось на долгие годы. Ученому удалось добиться освобождения матери, однако выйдя из тюрьмы, она не прожила и нескольких месяцев.

В жизни и работе Кеплера важную роль играла астрология, которая сосуществовала в его голове неразрывно с астрономией. Некоторые считают, что ученый не верил в астрологию, хотя и был вынужден заниматься ею на посту придворного математика. В обязанности Кеплера, помимо всего прочего, входило составление календарей и натальных карт, все его меценаты были просто очарованы астрологией и ожидали от своего протеже предсказаний. Календари Кеплера должны были включать метеорологические прогнозы, а также персональные, политические или военные пророчества. Более того, Кеплер пользовался огромным уважением именно как астролог. Впрочем, он действительно мог попасть под очарование астрологии. Архив ученого полон вопросов астрологического характера. Кеплер даже думал, что сможет предсказать собственную смерть, – он предполагал, что умрет в тот момент, когда планеты расположатся так же, как и при его рождении.

Кеплер вошел в историю благодаря трем законам движения планет, которые сегодня носят его имя. Формулировка этих законов звучит следующим образом.

– 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.

– Третий закон: квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся как кубы больших полуосей их орбит.

Важно понимать, что для Кеплера планетарная система охватывала практически весь мир. Все остальное, включая неподвижные звезды, не представляло для него такого же интереса, как Солнце и планеты, занимающие центр Вселенной.

Кеплера можно считать первым астрофизиком, то есть человеком, которому пришло в голову, что физика и астрономия связаны между собой и движением звезд управляют физические законы, а не абстрактная геометрическая модель, как считалось раньше. Как видите, в голове ученого мирно уживались три поколения науки: бабушка (астрология), мать (астрономия) и дочь (астрофизика). Коллеги не понимали стремления Кеплера объединить физику и астрономию. В третьей главе, посвященной астрофизическому интересу ученого, особенно подчеркивается концепция всемирного тяготения. Кеплер не использовал это слово, но из его многочисленных заметок следует:

– Солнце является центром Вселенной. Оно излучает силу, подобную магнетической, которая придает планетам движение;

– эта сила ослабляется с увеличением расстояния, поэтому дальние планеты вращаются медленнее (в соответствии с третьим законом), а планеты, более близкие к Солнцу, быстрее (в соответствии со вторым законом);

– эта сила уменьшается так же, как свет уменьшается при отдалении от источника излучения (согласно отдельным записям ученого, свет слабеет пропорционально обратному квадрату расстояния);

– планеты оказывают сопротивление движению под воздействием Солнца пропорционально их массе;

– не только от Солнца, но и от Земли исходит сила, которая вызывает вращение Луны вокруг Земли;

– когда Земля и Солнце находятся достаточно близко от Луны, в результате их совместного воздействия лунные воды затопляют ее видимую сторону;

– когда предмет падает на землю, Земля также двигается навстречу предмету, но это движение обратно пропорционально массе, поэтому мы наблюдаем движение предмета, а не Земли.

Как мы видим, ход мысли Кеплера был близок ньютоновскому, и этот вклад ученого в науку способен затмить даже три его закона о планетарном движении. По этому поводу существует мнение, что «самым важным открытием Ньютона были записи Кеплера, которые тот сумел обнаружить среди кучи его бумаг». Однако это мнение не лишено наивности: чтение записей немецкого астронома требует бесконечного терпения.

Ученый очень подробно описывал ход своих изысканий, рассказывая и об ошибочных предположениях, и об окончательных выводах. Он сопровождал все свои ошибочные рассуждения математическими расчетами и таблицами, щедро использовал витиеватые литературные периоды, рассуждал на религиозные темы, так что Ньютон потратил бы уйму времени на такое изучение и формулирование на основании архива Кеплера трех своих законов.

Часто мы забываем о еще одной грани научной деятельности ученого – развитии геометрической оптики. Начав практически с нуля, на основе всего лишь предварительных исследований Ибн ал-Хайсама, Кеплер так подробно исследовал оптические системы, что в современных книгах по геометрической оптике используются не только его формулировки, но и рисунки. Было бы вполне справедливо, если бы классические схемы по геометрической оптике назывались диаграммами Кеплера или как-то в этом роде.

Ученый был очень внимателен к деталям. Если Птолемей или Коперник при астрономических расчетах считали допустимой погрешность в более чем 12 минут, то погрешность у Кеплера не превышает двух минут. Подобной точности он достиг благодаря использованию наблюдений Тихо Браге – лучших исходных данных, существовавших в то время.

Кеплера отличала огромная работоспособность и умение концентрироваться. Он успешно решал сложные научные задачи, одновременно участвуя в судебном процессе над своей матерью. Ему не мешали полностью погрузиться в вычисления даже военные действия, которые развернулись во время осады Линца прямо в доме ученого.

После смерти Тихо Браге Кеплер занял пост придворного математика при дворе Рудольфа И, и именно на него была возложена сложнейшая миссия – опубликовать так называемые Рудольфовы (или Рудольфинскиё) таблицы. Выполнение этой задачи и уточнение теории Коперника, которая легла в основу таблиц, потребовали двадцатилетнего труда, но Кеплер завершил эту огромную работу. К сожалению, довольно скоро таблицы устарели, однако другие труды ученого оказались бессмертными.

Чтобы охарактеризовать Кеплера как личность, достаточно сказать, что он был честным, красноречивым и в то же время замкнутым человеком со слабым здоровьем, неплохим отцом и хорошим сыном, любил полемику, был требователен к самому себе и скромен. Когда Кеплеру намекнули, что Галилей, скорее всего, воспользовался его идеями, ученый ответил: не важно, кто именно поможет проявиться красоте мира, главное – сделать это. И в то же время Кеплер требовал признания своих заслуг и имел высокое мнение о своей работе. Этот близорукий астроном знал, что происходит в небе в каждую минуту. Этот мыслитель Средневековья вручил Ньютону сокровище прямо в руки. И всю жизнь он искал гармонию мира.

Галилей отметил, что «Вселенная написана на языке математики». Возможно, впервые эта мысль прозвучала в Книге Премудрости Содомона: «Ты все расположил мерою, числом и весом». Известно также изречение святого Исидора: «Верховная из всех вещей – число». Достойное место в этом ряду цитат займут и слова Кеплера: «Геометрия была раньше мира, и была она Божественной. Бог подарил миру геометрическую красоту, и была она Его творением, и эта красота была в руках человеческих».

Такой геометрический способ познания мира не принят сегодня и не был распространен при жизни Кеплера: и Тихо Браге, и Галилей считали, что он может привести к абсурдным выводам, как часто и бывало. Однако если хочешь узнать творение, следует узнать человека, а наивность Кеплера давно стала притчей во языцех.

Его работы сегодня – целая страница в истории науки. В деятельности ученого можно выделить три аспекта: астрологический, астрономический и астрофизический. Строго говоря, астрология не является наукой, однако в ней зародилась астрономия, а из астрономии, благодаря Кеплеру и Галилею, появилась астрофизика.