Иоганн Кеплер

Федеральное государственное  автономное

образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт фундаментальной  биологии и биотехнологии

Кафедра биофизики

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по Истории и методологии физики

 

Иоганн Кеплер

 

 

 

Преподаватель                               __________                          Л. Н. Медведев

подпись, дата

 

Студент        БФ12-02М       041204091           _________            О.А.Зубкова

                                                           подпись, дата

 

 

 

 

Красноярск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1 НАЧАЛО  ПУТИ БУДУЩЕГО ВЕЛИКОГО УЧЕНОГО 4

2 «КОСМОГРАФИЧЕСКАЯ  ТАЙНА» КЕПЛЕРА 6

3 ПРАЖСКИЙ  ПЕРИОД 9

3.1  «Наследство» Тихо Браге 9

3.2 «Новая  астрономия» 10

3.3 Оптика  Кеплера 12

4 ЖИЗНЬ  ПОСЛЕ ПРАГИ 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 18

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В истории науки не раз  были периоды ее бурного развития, часто сопровождавшиеся сменой мировоззрения  в целом. Один из таких периодов был  вызван гениальными работами Коперника  о строении Солнечной системы, хронологически он довольно точно вписывается в  XVII век.

Этот период ознаменовался  циклом работ по небесной механике, основам динамики, теории всемирного тяготения; было открыто атмосферное  давление, разработаны законы геометрической оптики, теория цвета, открыты явления  дифракции и интерференции света  и т.д.

Одним из ученых, благодаря  которым люди не просто сделали шаг  на пути к раскрытию тайн мироздания, а стали видеть мир и мыслить  по-новому, был Иоганн Кеплер. Астроном, математик, оптик, он боролся за утверждение  коперниканского учения, за утверждение истины. Всю свою сознательную жизнь он сражался за торжество идеи, в справедливости которой был убежден, - идеи гелиоцентризма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 НАЧАЛО ПУТИ БУДУЩЕГО ВЕЛИКОГО  УЧЕНОГО

 

Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 г. в небольшом местечке вблизи швабского города Вейля. Отец его, Генрих Кеплер, был захудалым, разорившимся дворянином, служившим простым солдатом. Г. Кеплер был женат на дочери деревенского трактирщика. Брак был неудачным, родители часто ссорились, отец бросал семью, и мальчик воспитывался у деда, который и поместил Кеплера в  школу, когда ему исполнилось  шесть лет. Но к этому времени  вернулись родители. Для поправки своих дел материальных дел они  решили открыть трактир и взяли  мальчика прислуживать посетителям. Так  начался тяжелый путь будущего великого ученого.

В конце концов, семья опять распалась, отец ушел в солдаты и не вернулся. Слабый болезненный мальчик был плохим помощником, и его решено было отдать в монастырскую школу, которую он успешно окончил через два года. Оттуда он был переведен в духовную школу высшего разряда и через три года, как способный ученик, был принят в Тюбингенскую семинарию, по окончании которой 11 августа 1591 г. был оставлен стипендиатом Тюбингенской академии, впоследствии преобразованной в университет. Перед Кеплером открылась дорога к богословской карьере. Протестантская церковь должна была получить в лице его своего богослова. Но произошло иное. Астрономию и математику в то время в Тюбингене преподавал выдающийся педагог Местлин, хорошо знавший преподаваемые им науки, один из немногих в то время приверженцев учения Коперника [1].

Местлин очень скоро заметил необычайные способности Кеплера к математике и астрономии и ввел его в круг немногих своих воспитанников, пользовавшихся его особым доверием, среди которых он пропагандировал коперниканское учение. Однако, начиная учебу на теологическом факультете, Кеплер все еще считает, что его удел – духовная карьера, и с упорством принимается за постижение религиозных догм. Хотя и тогда и позже Кеплер оставался глубоко религиозным человеком, он стремился к построению системы взглядов, в которых доводы рассудка не отвергались бы простым «credo, quia absurdum est» (верю, потому что это нелепо), а так как лютеранство, возникшее под лозунгом борьбы с католическим догматизмом, по логике развития всякой религии пришло к созданию собственных догм и к не менее жестокой и фанатической борьбе за их незыблемость, у него не могло не зародиться сомнений в непогрешимости религиозного учения Лютера и его последователей. Но в это время до открытого конфликта с церковью было далеко, Кеплер все еще готовил себя в священнослужители и не помышлял о том, чтобы занятия математикой и астрономией сделать своей специальностью.

В 1954 г. теологическое образование  Кеплера должно было завершиться. В  это же время в протестантской средней школе в Граце скончался преподаватель математики, и выбор сената, не без участия Местлина, пал на Кеплера, как лучшего кандидата на освободившуюся вакансию.

По этому поводу существует два мнения: или сам Кеплер воспользовался случаем, чтобы отказаться от духовной карьеры, или же университетские  власти поторопились избавиться от опасного своим свободомыслием, увлеченного наукой воспитанника. Вероятнее всего ни одно из этих предположений неверно, поскольку сам Кеплер мучительно расставался с мыслью о духовной карьере, а университетские власти не имели в то время никаких оснований подозревать его в отступлении от религиозных догм [2]. Видимо все-таки решающую роль в этом кардинальном повороте в жизни Кеплера сыграла случайность.

 

 

 

2 «КОСМОГРАФИЧЕСКАЯ ТАЙНА» КЕПЛЕРА

 

Вместе с должностью преподавателя школы Кеплер по существовавшей тогда традиции приобрел также звание и должность математика провинции Штирии, ему вменялось также в обязанность ежегодно составлять календари.

В первом календаре Кеплера  содержались различные астрономические  сведения, в том числе данные о  фазах Луны, о положении планет и Солнца среди звезд, краткие  статьи об астрономических и физических явлениях. Также для сохранения жалованья ему приходилось составлять так называемые «Прогнозы» - виды на погоду и на урожай, предсказания астрологического характера. Сам Кеплер скептически и самокритично оценивал свои занятия составлением календарей и астрологией для заработка. По его высказыванию, «астрология – дочь астрономии, хотя и незаконная, и разве не естественно, чтобы дочь кормила свою мать, которая иначе могла бы умереть с голоду» [1]. Одним словом, ученые в то время (довольно немногочисленные) должны были выбиваться из сил и тратить свое время вовсе не на науку, чтобы обеспечить себе и своей семье пристойное существование. До конца своих дней приходилось Кеплеру добывать себе значительную часть средств на проживание с помощью « незаконной дочери астрономии» [2].

Однако не стоит думать, что Кеплер абсолютно не верил в астрологию. Ведь вера в астрологию вытекала из учения об абсолютной необходимости, исключавшей из Вселенной всякую случайность. Давно была подмечена связь между расположением Солнца и Луны и сменой дня и ночи, времен года и т.д. Это давало повод считать, что и планеты могут иметь определенное влияние на жизнь на Земле. Сам Кеплер представлял мир единым целым, неким механизмом, который бог устроил и поддерживает на основании неизменных законов природы. Таким образом, Кеплер в своих рассуждениях все-таки оставался в пределах теологического понимания мира [2].

Учение Коперника, приверженцем которого Кеплер стал еще в студенческие годы, также укладывалось у него в рамки религиозного сознания. Будучи уверенным в существовании мудрого  промысла божьего, он думает, что при  сотворении мира бог должен был исходить из простых числовых свойств и  соотношений, использовать совершенные  геометрические формы. Этот пифагорейско-платоновский подход к изучению вопросов мироздания лег в основу его первого большого астрономического исследования, результаты которого были опубликованы в 1596 г. в книге «Космографическая тайна».

Можно сказать, что эта книга стала первым публичным выступлением профессионального астронома в защиту коперниканства, началом его триумфального распространения. В качестве приложения к своему сочинению Кеплер поместил «Первый рассказ о книгах вращений Николая Коперника», написанный еще в 1540 г. поклонником учения Коперника Георгом Ретиком. Это приложение делало книгу Кеплера весьма эффективным средством распространения нового учения о строении Солнечной системы [2].

Пробуя различные комбинации, Кеплер пришел к геометрической схеме, согласно которой расстояние планет от Солнца находят следующим геометрическим построением [1]: вокруг ближайшей к Солнцу сферы Меркурия описывают правильный восьмигранник, вокруг него – вторую сферу – сферу Венеры. Около этой сферы описывают двадцатигранник, вокруг которого описывают третью сферу – сферу Земли. Около сферы Земли описывают двенадцатигранник, вокруг него – четвертую сферу – сферу Марса; далее описывают куб, и вокруг него – сферу Юпитера; около сферы Юпитера описвают шестигранник, и вокруг него – сферу Сатурна (рис. 1).

Рисунок 1 – «Космический кубок» Кеплера, модель Солнечной системы, описанная в «Космографической  тайне»

Кеплер послал «Космографическую  тайну» некоторым выдающимся ученым, в частности датскому астроному  Тихо Браге и уже известному в  то время Галилео Галилею. В ответном письме Браге приглашает Кеплера посетить его обсерваторию. Однако Кеплер не спешит принимать приглашение, не смотря на возможность принять участие в астрономических работах крупнейшего наблюдателя века, т. к. полагает, что при этом ему будет трудно сохранить независимость и самостоятельность в научной работе. В 1597 г. Кеплер женится на Барбаре Мюллер, и это обстоятельство еще крепче привязало его к Грацу.

В том же 1597 г. к власти в Штирии приходит молодой эрцгерцог Фердинанд, и гонения на протестантов все больше усиливаются. Всем протестантским проповедникам и учителям, среди которых был и Кеплер, было предписано покинуть город и провинцию в течение шести дней. На этот раз Кеплеру везет: ему разрешают остаться в городе. Это решение вероятно связано с его должностью математика провинции, наблюдавшимися сомнениями относительно истинности лютеранства и знакомством с баварским канцлером. Теперь Кеплер получил возможность заняться исключительно научной работой, т. к. занятия в школе не проводились, в связи с отсутствием почти всех преподавателей.

Но жизнь в Граце становится все невыносимее, попытка вернуться на родину также заканчивается неудачей, поскольку религиозные сомнения и открытая защита коперниканства Кеплера к тому времени стали уже достаточно известными и получить работу в университете становится невозможно. И в 1600 г. Кеплер воспользовался предложением Тихо Браге, который на тот момент переехал в Прагу.

3 ПРАЖСКИЙ ПЕРИОД

3.1 «Наследство» Тихо Браге

 

Целый год ушел у Кеплера  на попытки обустроиться в Праге. Отношения с Браге не ладились, разное происхождение, положение в обществе, отношение к окружающим – все играло не в пользу сотрудничества. Браге был аристократом и к помощникам относился только как к рабочей силе. Надежды Кеплера на то, что он получит доступ к огромному количеству материала, накопленному Браге за 35 лет, не оправдались, - Браге скрывал свои журналы от всяких посторонних глаз. Но и о возвращении в Грац не могло идти и речи, это было попросту опасно для жизни. Таким образом, после года колебаний и неопределенности Кеплер все-таки окончательно переезжает в Прагу, на этот раз вместе с семьей. Отношения с Браге налаживаются, но поработать вместе им так и не пришлось. 24 октября 1601 г. Тихо Браге скончался.

Через два дня Кеплер узнает о решении императора поручить ему  заботу об инструментах и рукописях  Браге. Для Кеплера наступало  наиболее благоприятное во всей его  жизни десятилетие, в течение  которого он выполнит важнейшие исследования в астрономии и оптике.

Кеплер прожил в Праге  с 1600 по 1612 г. Среди опубликованных им за это время научных работ  особенно выделяются два исследования по оптике: «Дополнения к Виттеллию» (1604) и «Диоптрика» (1611) и выдающееся сочинение по теоретической астрономии «Новая астрономия» (1609). Кроме этих основополагающих работ, Кеплер в течение этого же периода опубликовал и многие другие, в частности известное сочинение «О новой звезде» (1604 – 1606), «Разговор со звездным вестником» (1610), «О шестиугольной форме снежинок» (1611) и др. [2]

3.2 «Новая астрономия»

 

Значение этой книги состоит, прежде всего, в том, что в ней дан вывод двух из трех знаменитых законов движения планет, названных именем Кеплера. В современной формулировке эти законы обычно звучат так:

1. Все планеты движутся  по эллипсам, в одном из фокусов которых (общем для всех планет) находится Солнце;

2. Площади, описываемые  радиус-векторами планет, пропорциональны  времени.

Третий закон был опубликован  Кеплером позже, в 1619 г., в книге «Гармония  мира».

Еще в первые дни пребывания Кеплера у Тихо Браге, последний поручил Кеплеру работу, связанную с объяснением движения Марса. Как оказалось впоследствии для решения вопроса о форме планетных орбит и о законах, по которым осуществляется их движение, Марс занимал ключевую позицию, т. к. его орбита более других вытянута, резче отличается от круговой, и в то же время Марс удобен для наблюдений.

Кеплер начал свое исследование составлением на основании наблюдений Тихо Браге полного списка моментов, долгот и широт всех противостояний Марса с 1580 г. Для достижения успеха в своих исследованиях Кеплеру необходимо было отрешиться от некоторых догм, принципиальное следование которым было причиной неудач многих его предшественников.

Кеплер впервые предположил, что движение планет происходит вследствие воздействия на них некой силы, исходящей от Солнца. Но этого предположения  было недостаточно для объяснения видимых  неравномерностей в движении планет. Поэтому Кеплер наделяет силой каждую планету, считая, что при этом, являясь  объектом воздействия двух противоборствующих сил, своеобразного перетягивания на канате, планета то приближается к Солнцу, то уходит от него. Таким образом, у Кеплера Солнце становится не только источником света и тепла для всей планетной системы, но также и источником движущей планеты силы. Второе нововведение заключалось в предположении некоторого постоянного угла между плоскостями планетарных орбит. По данным наблюдений Браге, Кеплер убеждается в правильности своей гипотезы и находит угол между плоскостями орбит Земли и Марса равным 1^о50'. Третье нововведение более радикально. От Платона и Птолемея до Коперника и Браге астрономы были уверены в том, что планеты совершают свои круговые движения с равномерной скоростью. Кеплер отбрасывает аксиому равномерного движения. При этом он руководствуется прежде всего физическими соображениями: если Солнце управляет движением, является его источником, то его сила должна действовать на планету более интенсивно, когда она находится ближе к источнику, и менее интенсивно, когда планета от него удалится, следовательно, планета будет двигаться с большей или меньшей скоростью в зависимости от ее расстояния от Солнца [2].