"חוקי קפלר" - הביטוי הזה מוכר לכל מי שאוהב אסטרונומיה. מי זה? הקשר והתלות ההדדית של איזו מציאות אובייקטיבית הוא תיאר? אסטרונום, מתמטיקאי, תאולוג, פילוסוף, האיש החכם ביותר בתקופתו יוהנס קפלר (1571-1630) גילה את חוקי התנועה הפלנטרית במערכת השמש.
תחילת המסע
יוהנס קפלר, יליד וייל דר סטאדט (גרמניה), הגיע לעולם הזה בדצמבר 1571. חלש, עם ראייה ירודה, הילד התגבר על הכל כדי לנצח בחיים האלה. לימודיו של הילד החלו בלונברג, לשם עברה המשפחה. מאוחר יותר עבר למוסד מתקדם, בית ספר לטיני, כדי ללמוד את יסודות השפה, שבה התכוון להשתמש בפרסומים עתידיים.
בשנת 1589 הוא סיים את בית הספר במנזר Maulbronn בעיר אדלבורג. בשנת 1591 הוא נכנס לאוניברסיטה בטובינגן. מערכת חינוך יעילה נוצרה על ידי הדוכסים בעקבות הכנסת הלותרניות. בעזרת מענקים ומלגות לעניים ניסו השלטונותלספק לאוניברסיטאות מועמדים שניתן יהיה להכשיר אותם לאנשי דת משכילים המסוגלים להגן על האמונה החדשה בזמנים של מחלוקת דתית משתוללת.
במהלך שהותו במוסד החינוכי, קפלר היה תחת השפעתו של פרופסור לאסטרונומיה מיכאל מוסטלין. האחרון שיתף בסתר את דעותיו של קופרניקוס לגבי הרעיון של יקום הליוצנטרי (שמש במרכז), למרות שלימד תלמידים "על פי תלמי" (כדור הארץ במרכז). ידע מעמיק ברעיונותיו של המדען הפולני עורר בקפלר עניין רב באסטרונומיה. אז לתיאוריה של קופרניקוס היה עוד תומך שביקש להבין באופן אישי את חוקי התנועה של כוכבי הלכת מסביב לשמש.
מערכת השמש היא יצירת אמנות
למרבה הפלא, מי שגילה מאוחר יותר את חוקי התנועה הפלנטרית לא ראה בעצמו אסטרונום בייעודו. במשך כל חייו, קפלר האמין שמערכת השמש היא יצירת אמנות, שופעת תופעות מיסטיות, הוא חלם להיות כומר. האסטרונום הסביר את התעניינותו בתורת קופרניקוס בכך שלפני שיסיק מסקנות ממחקריו שלו, עליו ללמוד דעות שונות.
עם זאת, מורים באוניברסיטאות דיברו על קפלר כתלמיד בעל מוח מעולה. בשנת 1591, לאחר שקיבל תואר שני, המשיך המדען את לימודיו בתחום התיאולוגיה. כשהם היו קרובים לסיום, נודע כי פרופסור למתמטיקה נפטר בבית הספר הלותרני בגראץ. אוניברסיטת טובינגן המליצה לגייס לתפקיד זה מוכשר בכל התחומים.קשר בוגר. אז, פרידה מחוקי התנועה הפלנטרית?
בשם אלוהים
יוהאן בן ה-22 ויתר בעל כורחו על ייעודו המקורי ככומר, אך בכל זאת קיבל את תפקידו של מורה למתמטיקה בגראץ. בזמן שהרצה בכיתתו, המורה המתחיל תיאר על הלוח כמה דמויות גיאומטריות הכוללות עיגולים קונצנטריים ומשולשים. ופתאום עלתה בו המחשבה שדמויות כאלה משקפות יחס קבוע מסוים בין גדלים של שני עיגולים, בתנאי שהמשולש שווה צלעות. מהו יחס השטח בין שני המעגלים? תהליך החשיבה תפס תאוצה.
שנה לאחר מכן, תיאולוג יוצא דופן פרסם את עבודתו הראשונה, תעלומת היקום (1596). בו הוא תיאר את השקפותיו היצירתיות על סודות היקום, מגובה באמונות דתיות.
מי שגילה את חוקי התנועה הפלנטרית עשה זאת בשם האל. בגילוי התוכנית המתמטית של היקום, החוקר הגיע למסקנה: שישה כוכבי לכת סגורים בכדורים, שביניהם משתלבות חמש פולי-הדרות רגילות. כמובן, הגרסה התבססה על ה"עובדה" שיש רק 6 גרמי שמים. מסביב למסלול כדור הארץ, קפלר התווה דודקהדרון מושלם וכדור הנוגע במסלול מאדים.
פוליהדרה מושלמת
סביב אזור מאדים, המדען תיאר טטרהדרון וכדור סמוך למסלולו של צדק. באיקוסהדרון בכדור המסלול של כדור הארץ, הכדור של נוגה "מתאים" בצורה מושלמת. משתמש בשארסוגים של פוליהדרה מושלמת, אותו הדבר נעשה עם השאר. באופן מפתיע, היחסים של מסלולי כוכבי לכת שכנים, המוצגים במודל הכדור המקנן של קפלר, תאמו את החישובים של קופרניקוס.
בגילוי חוקי התנועה הפלנטרית, הכומר בעל מוח מתמטי הסתמך בעיקר על השראה אלוהית. לא היה לו בסיס אמיתי לוויכוחים. המשמעות של החיבור "סודות היקום" נעוצה בעובדה שזה היה הצעד המכריע הראשון לקראת ההכרה במערכת ההליוצנטרית של העולם שקבע קופרניקוס.
הנחות לעומת דיוק גבוה
בספטמבר 1598, הפרוטסטנטים בגראץ, כולל קפלר, נאלצו לצאת מהעיר על ידי השליטים הקתולים. אמנם יוהאן הורשה לחזור, אך המצב נותר מתוח מאוד. בחיפוש אחר תמיכה הוא פנה לטיכו ברהה, מתמטיקאי ואסטרונום בחצר הקיסר רודולף השני. המדען נודע באוסף המרשים שלו של תצפיות פלנטריות.
הוא ידע על העבודה "סוד היקום". אבל כשבשנת 1600 הגיע יוצרו למצפה הכוכבים טיכו, הממוקם מחוץ לעיר פראג, ברהה, שעסק במחקר מדויק (באותה תקופה), קיבל את פניו כמחבר של עבודה ספציפית, אך לא כעמיתו.. העימות ביניהם נמשך עד מותו של האסטרולוג הדני, שהתרחש שנה לאחר מכן. לאחר עזיבתו של היריב לעולם אחר, קפלר הופקד על השמירה על האוצר של תצפיותיו. הם עזרו מאוד לחוקר להפוך למי שגילה את חוקי התנועהכוכבי לכת מסביב לשמש.
הנתיב של מאדים
המחקר האחרון של בראג' ליצירת טבלה של תנועות פלנטריות לא הושלם. כל התקוות נתלו ביורש. הוא מונה למתמטיקאי הקיסרי. למרות מערכת יחסים מתוחה עם עמית שנפטר, קפלר היה חופשי לעסוק בתחומי העניין שלו באסטרונומיה. הוא החליט להמשיך בתצפיותיו על מאדים ולתאר את החזון שלו על מסלול כוכב הלכת הזה.
יוהן היה בטוח: על ידי פתיחת שביל המאדים המורכב, אפשר לחשוף את נתיבי התנועה של כל שאר "נודדי היקום". בניגוד לדעה הרווחת, הוא לא השתמש רק בתצפיות של ברהה כדי לבחור דמות גיאומטרית שמתאימה לתיאור. התאולוג של אתמול הפנה את מאמציו לגילוי תיאוריה פיזיקלית של תנועת "אחיות החיות בחלל חסר אוויר", ממנה ניתן להסיק את מסלוליהן. לאחר עבודת מחקר טיטאנית, הופיעו שלושה חוקים של תנועה פלנטרית.
חוק ראשון
I. מסלולי כוכבי הלכת הם אליפסות עם השמש באחד המוקדים.
חוק התנועה הפלנטרית במערכת השמש קבע שכוכבי הלכת נעים באליפסה. הוא הופיע לאחר שמונה שנים של חישובים באמצעות מסד נתונים שחיבר טיכו ברהה על סמך תצפיות על התנועה הפלנטרית של הכוכב מאדים. יוהן קרא ליצירתו "אסטרונומיה חדשה".
אז, לפי החוק הראשון של קפלר, לכל אליפסה יש שתי נקודות גיאומטריות הנקראות מוקדים (פוקוס ביחיד). המרחק הכולל מכוכב הלכת לכל אחד מהמרכזים מסוכם תמידאותו הדבר ללא קשר למקום שבו נמצא הפלנטה בנתיב התנועה שלו. חשיבות התגלית היא שההנחה שהמסלולים אינם מעגלים מושלמים (כמו בתיאוריה הגיאוצנטרית) קירבה אנשים להבנה מדויקת וברורה יותר של תמונת העולם.
חוק שני
II. הקו המחבר את כוכב הלכת לשמש (וקטור רדיוס) מכסה שטחים שווים במרווחי זמן שווים בזמן שכוכב הלכת נע סביב האליפסה.
כלומר, בכל פרק זמן, למשל, לאחר 30 יום, כדור הארץ מתגבר על אותו אזור, לא משנה באיזו תקופה תבחר. הוא נע מהר יותר כשהוא מתקרב לשמש ולאט יותר כשהוא מתרחק, אבל הוא נע במהירות משתנה כל הזמן כשהוא נע סביב מסלולו. התנועה ה"זריזה" ביותר נצפית בפריהליון (הנקודה הקרובה ביותר לשמש) וה"חזקה" ביותר באפליון (הנקודה הכי רחוקה מהשמש). כך נימק מי שגילה את חוקי התנועה הפלנטרית.
חוק שלישי
III. הריבוע של התקופה הכוללת של זמן המסלול (T) פרופורציונלי לקוביית המרחק הממוצע מכוכב הלכת לשמש (R).
עקרון זה נקרא לפעמים חוק ההרמוניה. הוא משווה את פרק הזמן המסלולי ואת הרדיוס המסלולי של כוכבי הלכת. מהות הגילוי של קפלר היא כדלקמן: היחס בין הריבועים של תקופות התנועה לבין הקוביות של המרחקים הממוצעים מהשמש זהה לכל כוכב לכת.
כדי להדגיש שוב, חוקי התנועה הפלנטרית של קפלר התבססו על תצפיות רציניות ארוכות טווחמעובד מתמטית. הם מציגים חוקיות, הם לא חשפו את התניה של תופעות. מאוחר יותר, המגלה המפורסם של חוק הכבידה האוניברסלית, ניוטון, הוכיח שהתשובה טמונה בתכונה הפיזיקלית של גופים למשוך זה את זה.
הצל של הגוף שלי כאן
למרות הצלחתו, קפלר סבל ללא הרף מצרות כלכליות, חוסר זמן למחקר, נע בחיפוש אחר מקומות שבהם אמונתו הדתית נסבלת. מספר פעמים הוא ניסה לקבל משרת הוראה בטובינגן, אך נתפס כבוגד, פרוטסטנטי, ונדחה.
יוהנס קפלר מת ב-15 בנובמבר 1630 מהתקף של חום חריף. הוא נקבר בבית קברות פרוטסטנטי. בכתובה כתב בנו הלגיטימי: "השתמשתי בשמים כדי למדוד. עכשיו אני צריך למדוד את הצללים של כדור הארץ. למרות שנשמתי בגן עדן, צל גופי נמצא כאן."
כן, בתחילה, ברוח המושגים של ימי הביניים, המדען האמין שכוכבי הלכת זזים כי יש להם נשמות, זהו קסם חי, ולא רק גושים של חומר. מאוחר יותר, הוא הבין שהגישה המדעית מוצדקת יותר. ובכן, הכומר והאסטרונום, שגילו את חוקי התנועה הפלנטרית, צעדו ביושר בנתיב התובנה. אבל בואו נודה בזה לעצמנו: לפעמים נדמה שיש כל כך הרבה מיסטיקה ביקום המדעי לאורך כל הדרך!
