Johannes Kepler (ur.
27 grudnia
1571
r. w
Weil der Stadt
, zm.
15 listopada
1630
r. w
Ratyzbonie
) –
niemiecki
matematyk
,
astronom
i
astrolog
, jedna z czołowych postaci
rewolucji naukowej
w
XVII wieku
. Najbardziej znany jest z nazwanych jego imieniem
praw ruchu planet
, skodyfikowanych przez późniejszych astronomów na podstawie jego prac Astronomia nova, Harmonices Mundi i Epitome astronomiae Copernicanae. Prawa te stały się jedną z podstaw teorii
grawitacji
Izaaka Newtona
.
W trakcie swojej kariery, Kepler był nauczycielem matematyki w
Grazu
, asystentem astronoma
Tychona Brahe
, matematykiem na dworze
Rudolfa II Habsburga
, nauczycielem matematyki w
Linzu
i doradcą
Albrechta von Wallensteina
. Poza badaniami astronomicznymi prowadził badania w zakresie
optyki
i ulepszył
teleskop soczewkowy
Galileusza
.
W czasach Keplera nie istniało wyraźne rozróżnienie pomiędzy astronomią i astrologią, natomiast astronomia jako jedna ze
sztuk wyzwolonych
, była wyraźnie oddzielona od
fizyki
, zaliczanej do
filozofii przyrody
. Kepler w swoich pracach używał argumentów
religijnych
, wychodząc z założenia, że
Bóg
stworzył świat zgodnie z inteligentnym planem, który można poznać za pomocą rozumu[1]. Określał swoją astronomię jako "fizykę niebieską"[2] i jako "wycieczkę w
Metafizykę Arystotelesa
"[3][4], przenosząc tradycyjnie pojmowaną kosmologię w obszar uniwersalnie obowiązującej matematyki[5][6].
Wczesne lata życia
Kometa
C/1577 V1
, którą Kepler widział w dzieciństwie, przyciągnęła uwagę astronomów w całej Europie.
Kepler urodził się 27 grudnia 1571 roku w
wolnym mieście
Weil der Stadt
. Jego dziadek, Sebald Kepler, był wcześniej burmistrzem miasta, ale jeszcze przed narodzinami Jana rodzina Keplerów znacznie zubożała. Jego ojciec, Heinrich Kepler, wiódł niepewny żywot najemnika i opuścił rodzinę, gdy Jan miał pięć lat. Matka Jana, Katarzyna Guldenmann, była córką karczmarza, zielarką i uzdrowicielką, później oskarżoną o
czary
. Jan był wcześniakiem i chorowitym dzieckiem. Od dzieciństwa przejawiał wielkie zdolności matematyczne, którymi zadziwiał podróżnych w karczmie dziadka[7][8].
Z astronomią zetknął się we wczesnym dzieciństwie. Mając 6 lat obserwował przelot
komety
, a mając 9 lat –
zaćmienie Księżyca
[9]. Z powodu przebytej w dzieciństwie
ospy
miał słaby wzrok, co utrudniało mu obserwacje astronomiczne[10][11]. W 1589 roku Kepler rozpoczął studia
teologiczne
na uniwersytecie w
Tybindze
[12]. Zdobył wtedy reputację znakomitego matematyka i astrologa, stawiając
horoskopy
innym studentom. Pod kierownictwem
Michaela Maestlina
poznał zarówno
ptolemejską
jak i
kopernikańską
teorię ruchu planet. Stał się zwolennikiem systemu
Kopernika
, broniąc go zarówno z matematycznego, jak i teologicznego punktu widzenia, twierdząc że
Słońce
jest głównym źródłem ruchu we
wszechświecie
[13][14].
Mimo początkowych planów zostania pastorem, po ukończeniu studiów w 1594 roku Kepler przyjął zaoferowaną pozycję nauczyciela matematyki i astronomii w protestanckiej szkole w
Grazu
[15].
Graz (1594–1600)
Mysterium Cosmographicum
Pierwsza ważna praca astronomiczna Keplera,
Mysterium Cosmographicum
, była publiczną obroną systemu kopernikańskiego. Kepler twierdził, że doznał objawienia 19 lipca 1595 roku, demonstrując uczniom okresowe
koniunkcje
Saturna i Jowisza. Zorientował się że każdy
wielokąt foremny
wyznacza precyzyjny stosunek średnic okręgu opisanego do wpisanego, co może być podstawą geometrii wszechświata. Po nieudanych próbach dopasowania wielokątów do danych obserwacyjnych (nawet po dodaniu dodatkowych planet), Kepler spróbował użyć
wielościanów foremnych
. Zauważył, że umieszczając sferę wewnątrz wielościanu i opisując na nim kolejną sferę, uzyskuje się ścisłą zależność pomiędzy promieniami tych sfer. Ustawiając wielościany we właściwej kolejności:
ośmiościan
,
dwudziestościan
,
dwunastościan
,
czworościan
i
sześcian
, uzyskuje się sześć sfer o promieniach odpowiadających (z dokładnością do ówczesnych pomiarów) promieniom orbit sześciu znanych planet:
Merkurego
,
Wenus
,
Ziemi
,
Marsa
,
Jowisza
i
Saturna
.
Zbliżenie na wewnętrzną część modelu Keplera
Kepler uznał, że odkrył boski geometryczny plan Wszechświata. W tym modelu Wszechświat sam stanowił obraz Boga, ze Słońcem jako Ojcem, sferą gwiazd jako Synem i przestrzenią pomiędzy jako
Duchem Świętym
. W manuskrypcie Kepler zawarł długi wywód godzący heliocentryzm z biblijnymi wersami sugerującymi geocentryzm[16].
Mając poparcie swojego mentora
Michaela Maestlina
, Kepler uzyskał pozwolenie od władz uniwersytetu na publikację manuskryptu, pod warunkiem usunięcia fragmentów traktujących o Biblii i dodania prostszego opisu systemu heliocentrycznego. Mysterium zostało opublikowane pod koniec 1596 roku. W 1597 roku Kepler rozesłał jego kopie do ważnych astronomów i patronów w Europie, czym zwrócił na siebie uwagę jako na zdolnego naukowca. Zawarta w pracy wylewna dedykacja do patronów i ludzi kontrolujących pozycję Keplera w Grazu, otworzyła mu drogę do kariery naukowej[17].
Mimo modyfikacji pewnych szczegółów w swoich późniejszych pracach, Kepler nigdy nie zrezygnował z kosmologii opartej o sfery i wielościany. Jego późniejsze astronomiczne prace głównie ją uściślały, dodając dokładniejsze wyliczenia wewnętrznych i zewnętrznych promieni sfer, na podstawie
ekscentryczności
orbit planet. W 1621 roku Kepler opublikował rozszerzone drugie wydanie Mysterium, zawierające poprawki i rozszerzenia uzyskane w ciągu 25 lat pracy badawczej[18].
Małżeństwo z Barbarą Müller
Portrety Keplera i jego żony na medalionach
W grudniu 1595 roku, Kepler został przedstawiony Barbarze Müller, dwudziestotrzyletniej wdowie z córką. Müller była córką bogatego właściciela młyna, a dodatkowo posiadała duży majątek po swoich dwóch poprzednich mężach. Pomino szlachectwa Keplera, jej ojciec Jobst początkowo sprzeciwiał się małżeństwu. Po wydaniu Mysterium i zdobyciu sławy, Kepler został w końcu zaakceptowany. Barbara i Jan wzięli ślub 27 kwietnia 1597 roku[19].
Pierwsza dwójka dzieci małżeństwa Keplerów (Heinrich i Susanna), zmarły w niemowlęctwie. W 1602 roku urodziła im się córka (Susanna), w 1604 roku syn (Friedrich) i w 1607 roku kolejny syn (Ludwig)[20].
Praca badawcza
Po opublikowaniu Mysterium i z błogosławieństwem władz uczelni, Kepler rozpoczął ambitny plan rozbudowy swojego dzieła. Planował wydanie czterech książek: jednej o stacjonarnych elementach Wszechświata (Słońcu i sferze gwiazd), drugiej o planetach i ich ruchach, trzeciej o fizycznej naturze planet i czwartej o wpływie niebios na Ziemię, uwzględniając optykę
atmosfery
, meteorologię i astrologię[21].
Kepler starał się nawiązać współpracę z astronomami, którym wysłał Mysterium, wśród nich z Nicolausem Reimersem, nadwornym matematykiem
Rudolfa II Habsburga
i zaciekłym rywalem
Tychona Brahe
. Nicolaus nie odpowiedział bezpośrednio, ale użył listów Keplera do uzasadnienia swojego pierwszeństwa nad Tychonem w opracowaniu systemu geoheliocentrycznego. Tycho Brahe sam zaczął korespondencję z Keplerem, rozpoczynając ją od merytorycznej krytyki jego systemu. Wśród wielu zarzutów, wskazał między innymi niedokładność danych pomiarowych uzyskanych z prac
Kopernika
. Nie mając dostępu do dokładniejszych danych z obserwatorium Tychona, Kepler nie mógł na te zarzuty właściwie odpowiedzieć[22]. Zamiast tego, wysunął argumenty oparte na
chronologii
, harmonii i
numerologii
łączącej matematykę, muzykę i świat fizyczny. Zakładając, że Ziemia posiada duszę (dzięki której może się poruszać), postulował związek pomiędzy astronomicznymi obiektami, meteorologią i różnymi zjawiskami na powierzchni Ziemi. Ciągły brak wystarczających danych uniemożliwiał mu jednak rozwijanie tych teorii. W grudniu 1599 roku Tycho zaprosił Keplera do odwiedzenia go w
Pradze
. 1 stycznia 1600 roku, zanim zaproszenie Tychona dotarło, Kepler wyruszył do Pragi w nadziei na uzyskanie patronatu Tychona i pomocy w rozwiązaniu jego problemów zarówno filozoficznych jak i finansowych[23].
Praga (1600–1612)
Praca dla Tychona Brahe
4 lutego 1600 roku Kepler spotkał się z
Tychonem Brahe
w
Benátkach nad Jizerou
(35 km od Pragi), w miejscu gdzie powstawało nowe obserwatorium Tychona. Przez następne dwa miesiące Kepler przebywał tam jako gość, analizując wyniki obserwacji
Marsa
. Tycho niechętnie udzielał dostępu do swoich danych, ale będąc pod wrażeniem teorii Keplera wkrótce umożliwił mu szerszy do nich dostęp. Kepler planował przetestować na obserwacjach Marsa przewidywania zawarte w Mysterium Cosmographicum, ale ocenił, że nie mając możliwości skopiowania tych danych od Tychona, praca ta zajęłaby mu dwa lata. Z tego powodu próbował wynegocjować formalne zatrudnienie u Tychona. Negocjacje jednak załamały się i po gwałtownej kłótni z Tychonem Kepler wyjechał 6 kwietnia do Pragi. W kolejnych miesiącach udało się w końcu osiągnąć porozumienie i w czerwcu Kepler pojechał do Grazu, aby sprowadzić swoją rodzinę[24].
Polityczne i religijne trudności w Grazu uniemożliwiły Keplerowi natychmiastowy powrót. Mając nadzieję na kontynuację swoich badań astronomicznych, ubiegał się o posadę nadwornego matematyka u
Rudolfa II Habsburga
. Przygotował w tym celu esej, dedykowany Ferdynandowi, w którym przedstawił fizyczną teorię zaćmień Księżyca (In Terra inest virtus, quae Lunam ciet — "W Ziemi tkwi siła, która porusza Księżyc")[25]. Choć nie udało mu się uzyskać tej posady, przeprowadzone na podstawie tej pracy obserwacje zaćmienia 10 lipca w Grazu, stały się podstawą praw optyki, zebranych później w Astronomiae Pars Optica[26].
2 sierpnia 1600 roku, po odmowie przejścia na katolicyzm, Kepler i jego rodzina zostali wygnani z Grazu. Kilka miesięcy później osiedli na stałe w Pradze. Przez kolejne kilkanaście miesięcy Kepler pracował pod bezpośrednim kierownictwem Tychona, analizując obserwacje planet i pisząc traktat przeciwko nieżyjącemu już Reimersemowi. We wrześniu 1601 roku Tycho włączył go do współpracy nad nowym projektem katalogu gwiazd, który miałby zastąpić Tablice Pruskie. Po nieoczekiwanej śmierci Tychona Brahe 24 października 1601 roku, Kepler został mianowany jego następcą na stanowisku cesarskiego matematyka.
Doradca cesarza Rudolfa II
Głównym obowiązkiem Keplera jako cesarskiego matematyka było zapewnianie astrologicznych porad dla cesarza. Poza stawianiem horoskopów dla sojuszników i władców ościennych państw, Kepler doradzał też cesarzowi w sprawach politycznych. Cesarz był również zainteresowany badaniami swoich nadwornych uczonych (w tym wielu
alchemików
) i na bieżąco śledził odkrycia Keplera w dziedzinie astronomii fizycznej[27].
Oficjalnie, jedynymi akceptowalnymi doktrynami religijnymi w Pradze był katolicyzm i
husytyzm
. Nadworna pozycja Keplera umożliwiała mu jednak swobodne praktykowanie wiary
luterańskiej
. Wysoka pensja cesarskiego doradcy w praktyce okazywała się niełatwa do otrzymania, z powodu ciągłej niewypłacalności cesarskiego skarbca. Między innymi z tych powodów życie małżeńskie Keplera nie układało się pomyślnie. Praca na dworze pozwalała za to łatwo nawiązywać kontakty z innymi astronomami i umożliwiała szybki postęp prac naukowych[28].
Astronomiae Pars Optica
Tabliczka z Astronomiae Pars Optica, pokazująca strukturę oczu
Kontunuując analizę obserwacji Marsa i powoli zbierając dane do skompletowania katalogu gwiazd, Kepler jednocześnie wrócił do swoich badań praw optyki. W zaćmieniach zarówno Słońca jak i Księżyca występowały niewyjaśnione zjawiska, takie jak nienaturalnej wielkości cienie, czerwony kolor zacienionego Księżyca i nieoczekiwana świecąca otoczka przy całkowitym zaćmieniu Słońca. Przez większość 1603 roku Kepler zajmował się tymi zagadnieniami, spisując swoje teorie w nowym manuskrypcie, Astronomiae Pars Optica, zaprezentowanym cesarzowi 1 stycznia 1604 roku. Zawierał on obserwację, że intensywność światła maleje jak kwadrat odległości od źródła, opisywał prawa odbicia dla płaskich i zakrzywionych luster oraz zasadę działania
camera obscura
. W manuskrypcie znalazły się również wyniki badań ludzkich oczu i sugestia, że widziane obrazy są rzucane przez
soczewkę
w sposób odwrócony na
siatkówkę
.
Supernowa w 1604 roku
W październiku 1604 roku, nowa jasna gwiazda (
SN 1604
) pojawiła się na niebie. Pierwszym który ją zaobserwował był asystent Keplera, Jan Brunowski[29]. Kepler początkowo nie wierzył w plotki o jej pojawieniu się, a gdy zobaczył ją sam, rozpoczął jej systematyczne obserwacje. Rok 1603 był początkiem występującej raz na około 800 lat serii koniunkcji. Dwie poprzednie serie astrologowie wiązali z narodzinami
Chrystusa
(ok. 1600 lat wcześniej) i dojściem do władzy
Karola Wielkiego
(ok. 800 lat wcześniej), dlatego spodziewano się wielkich wydarzeń w cesarstwie. W tym kontekście Kepler przedstawił wynik swoich obserwacji nowej gwiazdy, sceptycznie podchodząc do krążących wtedy astrologicznych interpretacji. Zauważył jej malejącą jasność, spekulował o jej pochodzeniu i na podstawie braku
paralaksy
argumentował, że musi się znajdować na sferze gwiazd stałych. Tym samym podważył doktrynę o niezmienności niebios. Spekulował też, że
Gwiazda Betlejemska
mogła być podobnym zjawiskiem[30].
Astronomia nova
Szeroki obszar badań, który zaowocował wydaniem Astronomia nova, zawierającej dwa pierwsze
Prawa Keplera
, rozpoczął się od uważnej analizy obserwacji Marsa. Kepler wielokrotnie wyliczał orbity Marsa używając pojęcia
ekwantu
(wyeliminowanego w teorii Kopernika), uzyskując ostatecznie model odbiegający od obserwacji Tychona średnio o dwie
minuty kątowe
(maksymalnie o osiem). Nie był jednak zadowolony ze skomplikowanych i wciąż niedokładnych rezultatów. Nie mogąc uzyskać lepszego modelu tradycyjnymi metodami, spróbował wprowadzić do niego wydłużone orbity w miejsce kołowych[31].
W religijnym spojrzeniu Keplera na kosmos, Słońce (symbolizujące
Boga Ojca
) było źródłem siły poruszającej wszystkie planety. Przez analogię do postulowanej przez
Williama Gilberta
magnetycznej siły wytwarzanej przez Ziemię i własnych prac nad optyką, Kepler podejrzewał że siła sprawcza emanująca ze Słońca maleje wraz ze wzrostem odległości od niego, co sprawia, że planety poruszają się tym wolniej, im dalej od niego się znajdują[32]. Na podstawie pomiarów
perycentrum
i
apocentrum
Ziemi i Jowisza, stworzył wzór w którym prędkość poruszania się planety była odwrotnie proporcjonalna do odległości od Słońca. Ponieważ weryfikacja tego wzoru wymagała jednak skomplikowanych obliczeń, dla uproszczenia w 1602 roku Kepler przeformułował ten wzór do postaci znanej dzisiaj jako drugie prawo Keplera: planety przeczesują równe obszary orbity w równych czasach[33].
Diagram geocentrycznej trajektorii Marsa zawierający kilkukrotne wystąpienie
ruchu wstecznego
.
Astronomia nova, Rozdział 1, (1609).
Przez kolejne kilka lat Kepler usiłował opisać precyzyjnie całą orbitę Marsa, używając do tego różnych jajowatych orbit. W 1605 roku, po około 40 nieudanych próbach, doszedł w końcu do wniosku że właściwym rozwiązaniem jest
elipsa
, którą wcześniej odrzucił jako zbyt prostą, aby została przeoczona przez innych astronomów. Przekonawszy się, że orbita eliptyczna dokładnie odpowiada danym obserwacyjnym, doszedł do wniosku znanego dziś jako pierwsze prawo Keplera, że wszystkie planety poruszają się po elipsach, ze Słońcem w jednym z ognisk. Nie mając jednak asystentów, którzy mogliby przeprowadzić niezbędne obliczenia, nie zastosował tej teorii do innych planet. Ukończył pisanie Astronomia nova w 1605 roku. Wydanie dzieła przeciągnęło się jednak do 1609 roku, z powodu procesu z dziedzicami Tychona Brahe o prawo do użytych danych obserwacyjnych[34].
Dioptrice, Somnium i inne dzieła
W latach po wydaniu Astronomia Nova, Kepler skupił się głównie na tworzeniu katalogu gwiazd i katalogu
efemeryd
. Próbował (bezskutecznie) nawiązać współpracę z włoskim astronomem Giovanni Antonio Magini. Publikował prace poświęcone
datowaniu
wydarzeń
biblijnych
i krytykujące katastroficzne przewidywania astrologów.
Ulica Karlova na Starym Mieście w Pradze – dom w którym żył Jan Kepler.
Na początku 1610 roku,
Galileusz
, używając skonstruowanego przez siebie
teleskopu
, odkrył cztery
księżyce Jowisza
. Swoje odkrycie, opublikowane w traktacie Sidereus Nuncius, przedstawił Keplerowi, chcąc podnieść ich rangę. Kepler odpowiedział entuzjastycznie, publikując Dissertatio cum Nuncio Sidereo, w którym poparł wyniki obserwacji Galileusza i przedstawił kilka wytłumaczeń i konsekwencji tego odkrycia. Tego samego roku opublikował własne obserwacje tych księżyców w traktacie Narratio de Jovis Satellitibus, potwierdzając odkrycie Galileusza[35].
Zainspirowany teleskopem Galileusza, Kepler zaczął prowadzić własne badania nad optyką teleskopów, używając teleskopu pożyczonego od Księcia Ernesta z Kolonii[36]. Swoje wyniki opublikował w 1611 roku w Dioptrice. Opisał tam podstawy teoretyczne działania podwójnie wypukłych i podwójnie wklęsłych soczewek oraz ich kombinacji w teleskopie Galileusza. Wprowadził też pojęcia
obrazu rzeczywistego
i
pozornego
oraz wpływu ogniskowej na uzyskiwane powiększenie. Praca ta zawierała projekt ulepszonego teleskopu, w którym dwie wypukłe soczewki dawały większe powiększenie niż kombinacja wypukłej i wklęsłej u Galileusza[37].
Jeden z diagramów w
Strena Seu de Nive Sexangula, prezentujący
postulat Keplera
.
Około 1611 roku, Kepler napisał manuskrypt, który po jego śmierci został wydany jako Somnium (Sen). Opowiadał on historię ucznia Tychona Brahe, który za sprawą sił okultystycznych przeniósł się na Księżyc. Częściowo alegoryczny i częściowo autobiograficzny, manuskrypt zawierał również rozważania o badaniach astronomicznych prowadzonych z powierzchni innych ciał niebieskich. Dzieło to, określone przez
Sagana
„pierwszą powieścią
science fiction
”, stało się później dowodem w oskarżeniu matki Keplera o czary[38].
W tym samym roku, jako prezent noworoczny, Kepler napisał dla swojego przyjaciela Barona Wackhera Strena Seu de Nive Sexangula (Noworoczny podarek albo o sześciokątnych płatkach śniegu). Był to krótki traktat o
sześciokątnej
symetrii
śniegu
, która, jak spekulował, mogła wynikać z
ziarnistej budowy materii
i faktu, że sześciokątne ułożenie jest przestrzennie najefektywniejsze (później zostało to nazwane
postulatem Keplera
)[39].
Problemy osobiste i polityczne
W 1611 roku nasiliły się napięcia polityczno-religijne w Pradze. Umierający Cesarz Rudolf został zmuszony do abdykacji ze stanowiska
władcy Czech
na rzecz swojego brata
Macieja Habsburga
. Choć Kepler doradzał również nowemu władcy, jego pozycja na dworze znacznie osłabła[40]. W tym samym roku Barbara Kepler zachorowała na
riketsje
, a wkrótce potem ich trójka dzieci zachorowała na
czarną ospę
i Friedrich zmarł. Po śmierci syna Kepler wysłał listy do potencjalnych patronów w
Tybindze
i
Padwie
, szukając możliwości nowej posady. Jego powrót do Tybingi uniemożliwiła obowiązująca tam
Konfesja Augsburska
, traktująca
kalwińskie
podejście Keplera jako
herezję
.
Uniwersytet w Padwie
, dzięki rekomendacji Galileusza, zaproponował Keplerowi stanowisko profesora. Kepler zdecydował się zamiast tego przyjąć pozycję nauczyciela matematyki w
Linzu
. Zanim zdążył się tam przenieść, jego żona miała nawrót choroby i zmarła[41].
Kepler pozostał w Pradze do śmierci Rudolfa na początku 1612 roku. Z powodu problemów politycznych, rodzinnej tragedii i procesu o spadek po żonie, nie prowadził wtedy badań naukowych. Zamiast tego zebrał wcześniejsze wyniki w manuskrypcie Eclogae Chronicae, dotyczącym chronologii. Maciej Habsburg, po przejęciu władzy pozostawił Keplera na stanowisku, ale pozwolił mu przeprowadzić się do Linzu[42].
Linz i później (1612–1630)
W Linzu, głównym obowiązkiem Keplera było nauczanie w lokalnej szkole i zapewnianie astrologicznych i astronomicznych porad. Przez pierwsze lata cieszył się tam lepszym bezpieczeństwem finansowym i religijnym niż w Pradze, pomimo wykluczenia z
Kościoła luterańskiego
za swoje publikacje. Pierwszą pracą, którą wydał w Linzu, była De vero Anno (1613), szeroki traktat o latach narodzenia Chrystusa. Uczestniczył wtedy w dyskusji o wprowadzeniu
kalendarza gregoriańskiego
w protestanckich landach niemiec. Napisał wpływowy matematyczny traktat Nova stereometria doliorum vinariorum, o mierzeniu objętości nieregularnych pojemników i beczek (opublikowany w 1615 roku)[43].
Drugie małżeństwo
W październiku 1613 roku, Kepler poślubił 24-letnią Susannę Reuttinger, po odrzuceniu 10 innych propozycji małżeństwa. Ich pierwsza trójka dzieci zmarła w dzieciństwie. Kolejne trzy dożyły dorosłości: Cordula (1621), Fridmar (1623) i Hildebert (1625). Zgodnie z biografami Keplera, to małżeństwo było o wiele szczęśliwsze niż pierwsze[44].
Epitome astronomia Copernicanae, kalendarze i proces matki
Od ukończenia Astronomia nova, Kepler planował stworzenie podręcznika astronomii[45]. Plany te zrealizował w Linzu w postaci trzytomowego dzieła Epitome astronomia Copernicanae. Pierwszy tom (księgi I-III) został wydany w 1617 roku, drugi (księga IV) w 1620 roku, a trzeci (księgi V-VII) w 1621. Pomimo tytułu, sugerującego tylko heliocentryczną teorię, podręcznik ten opisywał Keplerowski model z elipsami. Stał się on najbardziej wpływową z publikacji Keplera. Zawierał wszystkie trzy
prawa Keplera
i próby wytłumaczenia ruchów ciał niebieskich przy pomocy fizyki[46]. Dzieło to znalazło się na
Indeksie ksiąg zakazanych
przez
Kościół katolicki
[47][48].
Jednocześnie Kepler wydawał astrologiczne kalendarze, które stały się bardzo popularne i pozwoliły pokryć koszty innych prac. W latach 1617-1624 wydał sześć takich kalendarzy. Przewidywał w nich pozycje planet, jak również pogodę i polityczne wydarzenia. Te ostatnie często okazywały się trafne, dzięki szerokiej wiedzy politycznej Keplera i jego doświadczeniach na dworze cesarskim. W 1624 roku przewidywania te sprowadziły jednak na niego kłopoty polityczne, a jego kalendarz został publicznie spalony w Grazu[49].
Geometryczna harmonia brył foremnych w Harmonices Mundi (1619)
W 1615 roku, Ursula Reingold, procesująca się z Krzysztofem Keplerem, bratem Jana, oskarżyła ich matkę Katarzynę o sprowadzenie na nią choroby za pomocą czarów. Oskarżenie to doprowadziło w 1617 roku to wytoczenia nowego procesu. Jednym z argumentów oskarżycieli były fragmenty Somnium, w którym matka głównego bohatera kontaktuje się z
demonem
. W 1620 roku Katarzyna została uwięziona. Dzięki pieniądzom Jana i brakowi dowodów, po czternastu miesiącach została uwolniona od zarzutów[50].
Harmonices Mundi
W 1619 roku Kepler opublikował Harmonices Mundi (Harmonia Światów). W dziele tym usiłował wyjaśnić proporcje w świecie (w szczególności w astronomicznych obiektach) w kategoriach muzycznych, odwołując się do
Pitagorejskiej
muzyki sfer[51]. Kepler był przekonany, że geometryczne obiekty były dla Stwórcy modelem dla całego świata[52].
Praca zaczynała się od rozważań o
wielokątach
i
bryłach foremnych
, oraz o figurach nazwanych potem
wielościanami Keplera
. Te rozważania były potem przeniesione na dziedziny muzyki, meteorologii i astrologii. Harmonia pojawiała się w relacjach między
duszami
ciał niebieskich i duszami ludzi. Wśród wielu takich zależności, Kepler sformułował tutaj trzecie ze swoich praw: kwadrat okresu obiegu wokół Słońca jest proporcjonalny do sześcianu odległości od Słońca. Szersze konsekwencje tego prawa zostały odkryte dopiero kilkadziesiąt lat później. Odkrycie przez
Christiana Huygensa
siły odśrodkowej
umożliwiło
Newtonowi
i
Halleyowi
dowiedzenie, że siła z jaką Słońce przyciąga planety maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości[53].
Tablice Rudolfińskie i ostatnie lata życia
W 1623 roku, Kepler ukończył Tablice Rudolfińskie – katalog gwiazd, nad którym pracował ponad 20 lat. Zawierał on położenie około 1500 gwiazd i był wtedy uznawany za największe jego dzieło. Z powodu konfliktu o prawo do danych obserwacyjnych Tychona Brahe, publikacja tego dzieła nastąpiła dopiero w 1627 roku. W międzyczasie kolejne napięcia religijne i
wojna trzydziestoletnia
zagroziły ponownie bezpieczeństwu rodziny Keplerów. W 1626 Linz znalazł się pod oblężeniem. Kepler przeniósł się do
Ulm
, gdzie zaczął wydawanie Tablic na własny koszt[54].
W 1628 roku, po zwycięstwie sił
cesarza Ferdynanda
pod dowództwem
Albrechta von Wallenstein
, Kepler stał się oficjalnym doradcą Wallensteina. Choć nie był oficjalnie
astrologiem
, stawiał mu horoskopy i dokonywał astronomicznych obliczeń. Większość czasu spędzał wtedy w podróży, między dworem w Pradze, rodziną w Ulm, domem w Linzu i tymczasowym domem w
Żaganiu
(od
1627
własność Wallensteinów). Będąc w
Ratyzbonie
zachorował i zmarł 15 listopada 1630 roku[55].
Reakcje na prace Keplera
Teorie Keplera nie zostały natychmiast zaakceptowane przez astronomów jego czasów. Kilku najważniejszych, jak
Galileusz
czy
Kartezjusz
, całkowicie zignorowało Astronomia nova. Wielu, w tym nauczyciel Keplera,
Michael Maestlin
, sprzeciwiło się wprowadzeniu fizyki do astronomii. Niektórzy modyfikowali je na różne sposoby. Ismael Boulliau opracował model z eliptycznymi orbitami, ale wprowadzając ruch z jednostajną prędkością względem drugiego ogniska elipsy. Seth Ward połączył eliptyczne orbity z ruchem opisywanym przez
ekwant
[56][57][58].
Kilku astronomów próbowało przetestować obserwacyjnie teorie Keplera i różne ich modyfikacje. Szczególnie dokładnym testem mogły być dwa
tranzyty
Wenus i jeden Merkurego w kolejnych latach. W przypadku tranzytu Merkurego w 1631 roku, Kepler był na tyle niepewny swoich przewidywań, że zalecał astronomom obserwacje dzień przed i dzień po wyznaczonej dacie.
Pierre Gassendi
wyznaczonego dnia dokonał pierwszej w historii obserwacji tranzytu Merkurego, potwierdzając przewidywania Keplera[59]. Jego próba zaobserwowania tranzytu Wenus miesiąc później się nie powiodła, ponieważ tranzyt ten nie był widoczny w Europie[60].
Jeremiah Horrocks
użył własnych obserwacji do określenia parametrów modelu Keplera, przewidział drugi tranzyt Wenus w 1639 roku, zbudował odpowiednią aparaturę i zaobserwował go. Stał się potem silnym orędownikiem modelu Keplera[61][62][63].
Epitome astronomia Copernicanae była czytana przez astronomów w całej Europie i po śmierci Keplera stała się głównym podręcznikiem astronomii, przekonując wielu do teorii Keplera[64]. Niewielu jednak usiłowało rozwijać idee oddziaływania pomiędzy ciałami niebieskimi. Pod koniec XVII wieku, w pracach
Giovanni Alfonso Borelli
i
Roberta Hooke'a
pojawiły się pomysły zastąpienia duchowego oddziaływania z prac Keplera przez fizyczną siłę i połączenia jej z pojęciem
bezwładności
wprowadzonym przez
Kartezjusza
. Idee te ostatecznie zaowocowały wydaniem przez Newtona
Principia Mathematica
w 1687, w których Newton wyprowadził prawa Keplera z fundamentalnej i uniwersalnej siły
grawitacji
[65].
Dziedzictwo kulturowe i historyczne
Pomnik Tychona Brahe i Jana Keplera w Pradze
Oprócz swojego wkładu w rozwój astronomii i filozofii przyrody, Kepler wywarł też wpływ na
filozofię
i historiografię nauki. Historycy
Oświecenia
traktowali sceptycznie jego metafizyczne i religijne wywody, ale późniejsi filozofowie ery
Romantyzmu
uważali je już za kluczowe dla jego sukcesu. William Whewell, w swojej History of the Inductive Sciences wydanej w 1837 roku, podawał Keplera jako
archetypowy
przykład naukowego geniusza. Podobnie Ernst Friedrich Apelt, który jako pierwszy przedstawił analizę dorobku Keplera, określił go jako pioniera "rewolucji w naukach", łączącego matematykę, estetykę, fizykę i teologię w spójny światopogląd[66].
Tłumaczenia wielu dzieł Keplera były wydawane pod koniec XIX i na początku XX wieku[67]. W latach trzydziestych XX wieku
Alexandre Koyré
i inni historycy stworzyli pojęcie
rewolucji naukowej
, jako kluczowego momentu w rozwoju nauki. Kepler został wtedy określony jako centralna postać tej rewolucji. Koyré podkreślił rolę teorii Keplera, bardziej niż jego obserwacji, w przejściu od starożytnego do współczesnego spojrzenia na świat. Od lat sześćdziesiątych, zaczęły pojawiać się setki, a później tysiące prac poświęconych różnym aspektom prac Keplera: jego metodom geometrycznym, astrologii i meteorologii, roli religii w jego pracach, jego literackich i retorycznych metod argumentacji, jego wpływu na środowisko współczesnych mu filozofów i jego roli jako historyka nauki[68].
Dyskusja nad rolą Keplera w rewolucji naukowej również zrodziła wiele prac i publikacji. Jedną z najbardziej wpływowych byli Lunatycy
Arthura Koestlera
, w której Kepler został opisany jako moralny, teologiczny i intelektualny bohater rewolucji naukowej[69]. Wpływowi
filozofowie nauki
, tacy jak
Charles Sanders Peirce
, Norwood Russell Hanson,
Stephen E. Toulmin
i
Karl Popper
, odwoływali się do prac Keplera, znajdując tam przykłady współczesnych elementów badań naukowych:
niewspółmierności teorii
, wnioskowania przez
analogie
, czy
falsyfikacji
teorii. Kepler stał się ikoną nowoczesnej nauki i przykładem człowieka wyprzedzającego swoje czasy.
Carl Sagan
określił go jako pierwszego
astrofizyka
i ostatniego naukowca astrologa[70].
Książki
Krater Keplera na Księżycu
-
Mysterium Cosmographicum
(Tajemnica Kosmosu) (1596)
- Astronomiae Pars Optica (Optyka w Astronomii) (1604)
- De Stella nova in pede Serpentarii (O nowej gwieździe na stopie Wężownika) (1604)
- Astronomia nova (Nowa astronomia) (1609)
- Tertius Interveniens (Wypowiedź trzeciej strony) (1610)
- Dissertatio cum Nuncio Sidereo (Rozmowa z gwiezdnym posłańcem) (1610)
- Dioptrice (1611)
- Strena Seu de Nive Sexangula (1611) (Noworoczny podarek albo o sześciokątnych płatkach śniegu, polskie wydanie w 2006 r., )
- De vero Anno, quo aeternus Dei Filius humanam naturam in Utero benedictae Virginis Mariae assumpsit (1613)
- Eclogae Chronicae (1615)
- Nova stereometria doliorum vinariorum (Nowa stereometria beczek wina) (1615)
- Epitome astronomiae Copernicanae (1618–1621)
- Harmonice Mundi (Harmonia Światów) (1619)
- Mysterium cosmographicum drugie wydanie (1621)
- Tabulae Rudolphinae (Tablice Rudolfińskie) (1627)
- Somnium (Sen) (1634)
Zobacz też
Nazwane na cześć Keplera
Przypisy
- ↑ Barker, Goldstein: Theological Foundations of Kepler's Astronomy. Ss. 112–113.
- ↑ Johannes Kepler: New Astronomy. Ss. tytułowa.
- ↑ Johannes Kepler: New Astronomy. Ss. 26-27.
- ↑ Epitome of Copernican Astronomy. W: Johannes Kepler: Great Books of the Western World. T. 16. S. 845.
- ↑ Stephenson: Kepler's Physical Astronomy. Ss. 1-2.
- ↑ Dear: Revolutionizing the Sciences. Ss. 74-78.
- ↑ Caspar: Kepler. Ss. 29-36.
- ↑ Connor: Kepler's Witch. Ss. 23-46.
- ↑ Koestler: The Sleepwalkers.
- ↑ Caspar: Kepler. Ss. 36-38.
- ↑ Connor: Kepler's Witch. Ss. 25-27.
- ↑ James A. Connor: Kepler's Witch. 2004, s. 58.
- ↑ Robert S. Westman: Kepler's Early Physico-Astrological Problematic.
- ↑ „Journal for the History of Astronomy”. 32 (2001). Ss. 227-236.
- ↑ Caspar, Kepler, s. 38–52; Connor, Kepler's Witch, s. 49–69
- ↑ Barker and Goldstein, "Theological Foundations of Kepler's Astronomy," s. 99–103, 112–113
- ↑ Caspar, Kepler, s. 65–71
- ↑ Field, Kepler's Geometrical Cosmology, rozdział IV, s. 73
- ↑ Caspar, Kepler, s. 71–75
- ↑ Connor, Kepler's Witch, s. 89–100, 114–116; Caspar, Kepler, s. 75–77
- ↑ Caspar, Kepler, s. 85–86
- ↑ Caspar, Kepler, s. 86–89
- ↑ Caspar, Kepler, s. 89–100
- ↑ Caspar, Kepler, s. 100–108
- ↑ Caspar, Kepler, s. 110
- ↑ Caspar, Kepler, s. 108–111
- ↑ Caspar, Kepler, s. 149–153
- ↑ Caspar, Kepler, s. 146–148, 159–177
- ↑
Kepler's Nova (supernova) - Britannica Online Encyclopedia
- ↑ Caspar, Kepler, s. 153–157
- ↑ Caspar, Kepler, s. 123–128
- ↑ Koyré, The Astronomical Revolution, s. 199–202
- ↑ Caspar, Kepler, s. 129–132
- ↑ Caspar, Kepler, s. 131–140; Koyré, The Astronomical Revolution, s. 277–279
- ↑ Caspar, Kepler, s. 192–197
- ↑ Koestler, The Sleepwalkers s. 384
- ↑ Caspar, Kepler, s. 198–202
- ↑ Lear, Kepler's Dream, s. 1–78
- ↑ Schneer, "Kepler's New Year's Gift of a Snowflake," s. 531–545
- ↑ Caspar, Kepler, s. 202–204
- ↑ Connor, Kepler's Witch, s. 222–226; Caspar, Kepler, s. 204–207
- ↑ Caspar, Kepler, s. 208–211
- ↑ Caspar, Kepler, s. 209–220, 227–240
- ↑ Caspar, Kepler, s. 220–223; Connor, Kepler's Witch, s. 251–254.
- ↑ Caspar, Kepler, s. 239–240, 293–300
- ↑ Gingerich, "Kepler, Johannes" w Dictionary of Scientific Biography, s. 302–304
- ↑
Eugeniusz Rybka
, Przemysław Rybka "Kopernik – człowiek i myśl" (PW Wiedza Powszechna, Warszawa 1972), s. 252
- ↑ Kamila Kwaśnicka:
Johannes Kepler - biografia
(
pol.
). [dostęp 13 lipca 2009].
- ↑ Caspar, Kepler, s. 239, 300–301, 307–308
- ↑ Caspar, Kepler, s. 240–264; Connor, Kepler's Witch, Lear, Kepler's Dream, s. 21–39
- ↑ Caspar, Kepler, s. 264–266, 290–293
- ↑ Caspar, Kepler, s. 265–266, przetłumaczone z Harmonices Mundi
- ↑ Westfall, Never at Rest, s. 143, 152, 402–403; Toulmin and Goodfield, The Fabric of the Heavens, s. 248; De Gandt, 'Force and Geometry in Newton's Principia'; Wolf, History of Science, Technology and Philosophy, s. 150; Westfall, The Construction of Modern Science
- ↑ Caspar, Kepler, s. 308–328
- ↑ Caspar, Kepler, s. 332–351, 355–361
- ↑ Wilbur Applebaum,
"Keplerian Astronomy after Kepler: Researches and Problems,"
History of Science, 34(1996): s. 451-504.
- ↑ Koyré, The Astronomical Revolution, s. 362–364
- ↑ North, History of Astronomy and Cosmology, s. 355–360
- ↑ Albert van Helden,
"The Importance of the Transit of Mercury of 1631,"
Journal for the History of Astronomy, 7 (1976): s. 1–10
- ↑ HM Nautical Almanac Office:
1631 Transit of Venus
. 2004-06-10. [dostęp 15 maja 2009].
- ↑ Allan Chapman,
"Jeremiah Horrocks, the transit of Venus, and the 'New Astronomy' in early 17th-century England,"
Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society, 31 (1990): s. 333–357
- ↑ North, History of Astronomy and Cosmology, s. 348–349
- ↑ Wilbur Applebaum and Robert Hatch,
"Boulliau, Mercator, and Horrock's Venus in sole visa: Three Unpublished Letters,"
Journal for the History of Astronomy, 14(1983): s. 166–179
- ↑ Gingerich, "Kepler, Johannes" w Dictionary of Scientific Biography, pp 302–304
- ↑ Kuhn, The Copernican Revolution, s. 238, 246–252
- ↑ Jardine, "Koyré’s Kepler/Kepler's Koyré," s. 363–367
- ↑ Gingerich, introduction to Caspar's Kepler, s. 3–4
- ↑ Jardine, "Koyré’s Kepler/Kepler's Koyré," s. 367–372; Shapin, The Scientific Revolution, s. 1–2
- ↑ Stephen Toulmin, Review of The Sleepwalkers in The Journal of Philosophy, tom 59, 18 (1962), s. 500–503
- ↑ Carl Sagan, Cosmos: A Personal Voyage
Linki zewnętrzne