Иоганн Кеплер

1571-1630 г.г.

   Иоганн Кеплер родился 27 де кабря 1571 года в германском городе Вейль дер Штадт - маленький город, в нем проживало тогда всего несколько сотен жителей. Отец Кеплера, Генрих Кеплер, был ландскнехтом испанского короля Филиппа II, редко бывал дома, постоянно участвуя в боевых походах. У отца Кеплера был очень тяжелый характер, по записям самого Иоганна, человек злобный, сварливый, жестокий. В 1589 году, оставив родной дом и своих домашних в тяжелом положении, исчез.

   Катерина Гульденман, мать Иоганна, также обладала неуживчивым характером.

В детстве Иоганн рос слабым, больным ребенком. Слабое здоровье впоследствии очень мешало Кеплеру заниматься наукой. Вести астрономические наблюдения ему особенно мешали пороки зрения — монокулярная полиопия (т.н. множественное зрение) и сильная близорукость.

В 1578 году Ганса в возрасте 7 лет отдают в начальную школу, но затем вскоре его переводят в латинскую школу, по настоянию учителя, который заметил исключительные способности юного Иоганна.

   В 1584 году Иоганн поступает в низшую семинарию г. Адельсберга, в 1586 году переводится в высшую семинарию в Маульбронне. В семинарии Иоганн изучает риторику, диалектику, музыку, математику, римских и греческих классиков. Когда Иоганн обратился к администрации Вейля с просьбой выплачивать ему стипендию, сенат университета поддержал прошение Кеплера такими словами:

   «Так как указанный Кеплер обладает настолько замечательными дарованиями, что с его стороны можно ожидать чего-то особенного, мы со своей стороны охотно поддерживаем его просьбу».

   В 1589 г. Иоганн после окончания обучения в Маульбронне, поступает в Тюбингенский университет на факультет искусств. Кеплер изучает греческий и древнееврейский языки, поэзию, философию, этику, астрономию, математику. После успешной сдачи магистерского экзамена, Кеплер переходит на теологический факультет.

Наибольшее влияние на Кеплера в это время оказал талантливый профессор Тюбингенского университета Мёстлин, преподававший астрономию и математику. Он же, видя способного ученика, частным образом познакомил его с Копернианской теорией строения солнечной системы, т.к. в университете он был вынужден преподавать Птолемеевское учение. Долгое время Мёстлин поддерживал, направлял Кеплера в его научных трудах, именно Мёстлин разжег в Кеплере страсть к научной деятельности. До конца жизни Кеплер сохранит почтение, любовь и уважение к своему учителю.

   После окончания обучения на теологическом факультете Кеплер мечтал о духовной карьере, но этим планам не суждено было сбыться. Т.к. Иоганн находился на государственном обеспечении, когда из протестантской школы г. Граца (Австрия) пришло прошение предоставить достойную кандидатуру на должность преподавателя математики, Кеплер не мог сопротивляться, когда выбор пал на него. О духовной карьере пришлось забыть.

   В Граце кроме преподавательской карьеры Кеплер занимался составлением астрономических календарей и прогнозов. Помимо сведений о положении планет, о времени захода и восхода Луны, Солнца, и т.д., во второй части книги сообщались прогнозы на будущий год — о погоде, урожае в будущем году, предсказания военного, политического и иного характера. Очень часто прогнозы Кеплера сбывались, за ним закрепилась слава как выдающегося астролога. Сам же Кеплер относился в астрологии крайне скептически — он всегда утверждал, что было бы слишком неосмотрительно говорить о сильном влиянии звезд на судьбы людей, помимо положения звезд, говорит Кеплер, необходимо учитывать и другие факторы — политические, экономические, характер и здоровье человека, его общественное положение и мн. другое.

Кеплер рассматривал астрологию как источник дополнительного заработка. Как он писал: «Лучше издавать альманахи с предсказаниями, чем просить милостыню. Астрология — дочь астрономии, хоть и незаконная, и разве не естественно, чтобы дочь кормила свою мать, которая иначе могла бы умереть с голоду».

   Свою первую работу «Тайны вселенной» Кеплер опубликовал в Граце. В ней Иоганн пытался построить гелиоцентрическую систему мира путем установления числовой зависимости между расстояниями планет от Солнца и размерами правильных многогранников. Свою работу Кеплер послал известным тогда астрономам Тихо Браге и Галилео Галилею. Хотя Тихо Браге дал отрицательную отзыв об этой работе, он оценил способности молодого ученого.

В апреле 1597 года Кеплер женится на Барбаре Мюллер, дочери мельника в Граце. Первые двое детей от этого брака не выживают — первенец Иоганна умирает от менингита на втором месяце жизни, через год от этого же заболевания умирает дочь Кеплера — Сусанна. Кеплер тяжело переживает смерть детей.

   В Граце, в 1598 году, усиливаются гонения на протестантов. Кеплер был также протестантской веры, ему пришлось бежать из города, но вскоре для него сделают исключение и позволят возвратиться. Но Кеплер решает все же покинуть город, он планирует поехать к Тихо Браге, чтобы поговорить с ним о совместной работе.

   В 1600 году Кеплер уезжает в Прагу, где жил и работал Тихо Браге, придворным математиком и астрономом Рудольфа II, императора Священной Римской империи. Кеплеру удалось договориться с Браге о совместной работе, и вскоре он вместе с семьей перебирается в Прагу.

В 1601 году, осенью, умирает Браге, покровитель Кеплера, таким образом, их совместная работа длилась очень недолго, но Кеплер остается при императоре, его назначают придворным математиком. 10 лет жизни в Праге можно назвать относительно благополучным периодом жизни Иоганна, этот период можно назвать очень плодотворным в его научной деятельности. После Тихо Браге в распоряжении Кеплера остаются журналы астрономических наблюдений, которые он вел в течение двадцати пяти лет. Именно на основании этих очень точных наблюдений, Кеплеру удалось вывести свои три знаменитые закона движения планет.

Зимой 1601 года Кеплер выводит один из трех законов движения планет, т.н. «Закон площадей» - «радиус-вектор планеты описывает равные площади в равные промежутки времени».

   Первый закон Кеплер открыл в 1605 году — все планеты движутся по эллипсам, в каждом из фокусов которых находится Солнце.

   Третий закон Кеплер открыл только в 1618 году. Два вышеперечисленных закона были опубликованы в книге «Новая астрономия» в Гейдельберге в 1609 году.

   Третий закон Кеплера в современном понимании формулируется так: 

   Если не учитывать массы планет в отношении массы Солнца, мы получим закон Кеплера в перво начальном виде — квадраты времен обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их эллиптических орбит.

   Чтобы вывести эти законы, Кеплер проделывает вычисления, каждая операция занимает 10 страниц, после смерти ученого сохранилось 900 страниц вычислений, посвященных именно вопросу движения планет. Чтобы проверить правильность, каждое вычисление проделывалось 70 раз.

   Помимо астрономии в Праге Кеплер вплотную занимается оптикой, по данной теме ученый публикует две серьезных работы - «Дополнения к Витело, в которых излагается оптическая часть астрономии» (опубликована в 1604 году), и «Диоптрика» - опубликована в 1611 году.

Следует отметить, что эти работы были очень важны для науки, и для оптики в частности.

Помимо этих работ, в Праге публикуется еще несколько интересных трудов ученого: «Разговор со звездным вестником», «О новой звезде», «О шестиугольной форме снежинок» и мн.др.

В отношении личной жизни Кеплера, нужно сказать, что жалование ему выплачивали крайне нерегулярно, Иоганну приходилось с большим трудом выбивать свои честно заработанные деньги. За время жизни в Праге у Кеплера родилось трое детей — Сусанна, Фридрих и Людвиг. Фридрих погибнет от оспы в 1611 году. В этом же году умирает и его жена Барбара. После 10 лет пребывания в Праге, мирный период жизни Кеплера заканчивается, этому в большей степени способствует смена власти, а также позднее возникшие гонения на протестантов. Несмотря на многие трудности, Кеплер остается тверд в своей вере, и с мужеством терпит лишения.

   После смены власти, Кеплер перебирается в Линц, здесь он прожил 14 лет. В 1613 году Кеплер снова женится. У него появляется еще 7 детей, трое из них умирает.

История рассказывает нам об одном интересном случае возникновения важного трактата Кеплера, который в дальнейшем получил развитие в работах многих известных математиков. Речь идет об интегральном исчислении.

   Как-то Кеплер ходил покупать вино для свадьбы, его поразил тот факт, как продавец проверяет уровень вина в бочке — он опускал палку с делениями, и таким нехитрым способом, за одну операцию, в некоторой степени точности мог сказать, сколько вина там осталось.

Кеплера заинтересовало, какой уровень точности у вычислений количества вина. Кеплер нашел формулу объема бочки, а также других тел вращения. Для нахождения объемов он применял метод «исчерпывания», т.е. заполнение объема более простыми фигурами, легко поддающимися вычислению.

   При заполнении сложного тела элементарными объемами, Иоганн употреблял латинское выражение summа оmnium – сумма всех, знак интеграла введенный Лейбницем служил именно для сокращенной записи этой суммы.

   Итогом проведенных Кеплером исследований стала выпущенная книга «Новая стереометрия винных бочек» в 1615 году. Она легла в основу создания интегрального и дифференциального исчисления Лейбницем и Ньютоном.

   В Линце Кеплер издает свой знаменитый труд, который сразу попадает в список запрещенных инквизицией - «Краткое изложение копернианской астрономии» - учебник о гелиоцентрической системе мира, где планеты обращаются вокруг солнца по законам Кеплера. «Гармонию мира» Кеплер заканчивает в 1619 году.

   Во время пребывания в Линце Кеплер получает сообщение об обвинениях, которым подвергается его мать. Катерину уличали в колдовстве. В ее обвинении насчитывалось 49 пунктов, совершенно нелепые показания, которые давали односельчане матери ученого. В течение 5 лет длилось следствие по этому делу, в итоге Катерину арестовали, ей грозила смертная казнь. Кеплеру удалось опровергнуть все обвинения инквизиции.

   Среди работ Кеплера следует отметить логарифмические таблицы, которые он составил, когда познакомился с книгой Непера «Описание удивительной таблицы логарифмов». В 1624 году Иоганн заканчивает еще одну известную работу — астрономические планетарные таблицы, называемые Рудольфинскими, в честь бывшего покровителя ученого, Рудольфа II. Они были наиболее совершенными среди всех существующих в то время, и были необходимы как воздух путешественникам, астрономам, астрологам, составителям календарей.

   Последние годы жизни Кеплеру приходилось очень тяжело. Ему пришлось провести некоторое время в Вене, где он при дворе добивался причитающегося ему жалования, но денег ученый так и не смог добиться.

   В Линце начинаются гонения на протестантов. Кеплеру приходится покинуть город. После издания Рудольфинских таблиц Кеплер уезжает в Прагу, на коронацию королем Чехии сына императора Фердинанда. Император радушно встречает Кеплера. Он предлагает ему перейти в католичество, но Иоганн не может пойти против своей совести - он вынужден покинуть Прагу.

К счастью, Кеплера поддерживает любимец императора, полководец Альбрехт Валленштейн. Ученый поступает на службу к Валленштейну. Но недолго длится благополучие и в этот раз — в 1630 году Валленштейн получает отставку. Осенью 1630 года Кеплер вынужден был ехать в Регенсбург, где тогда находился император. По дороге он сильно простужается, и умирает 15 ноября 1630 года. Иоганну было тогда всего 59 лет.

   Все вышеперечисленные работы составляют лишь часть того наследия, которое оставил нам Кеплер. Благодаря Кеплеру развитие получила гелиоцентрическая картина мира, было много сделано в области математики, оптики, астрономии и других областях естествознания.

   Своими трудами Кеплер навечно вписал свое имя в историю науки.