§ 9.4. Иоганн Кеплер
Иоганн Кеплер (1571 — 1630). Во взглядах Кеплера на науку еще много было противоречивого. Первая половина жизни Кеплера принадлежала XVI веку, а вторая половина — XVII веку, который считается веком научной революции. Его деятельность является ярчайшим примером борьбы между старыми и новыми подходами к науке. Кеплер смело шел напролом, сообразуясь со своими взглядами, и честно отбрасывал свои же гипотезы, которые не мог подтвердить на практике.
В XVI веке в Западной Европе началась религиозная борьба против римско-католической церкви, так называемая Реформация, представляющая собой столкновение католической Церкви, государства и различных общественных сил. Германия стала и местом зарождения Реформации, и ее главным центром.
Все католики Западной Европы независимо от их национальности должны были молиться на чуждом и непонятном латинском языке. Лютер перевел на немецкий язык Библию, написал катехизис, вошедший в число основных книг лютеранства, и ряд толкований Библии. В итоге в значительной части Германии укрепился протестантизм, и местные церкви стали подчиняться светской (княжеской) власти. Но после изгнания католических священников протестантские школы стали остро нуждаться в новых кадрах преподавателей. С этой целью местные власти стали привлекать к учебе детей из необеспеченных семей, платя им стипендии. Поэтому в то время в Германии была относительная доступность образования.
Кеплер родился в семье ремесленников в провинциальном городке Вейль (Германия) и с самого детства обладал слабым здоровьем. Плохое здоровье, денежные соображения и религиозные побуждения привели родителей к решению выбрать для ребенка духовную карьеру. Путь к высоким духовным постам давало окончание теологического факультета университета. Родителям удалось устроить ребенка в бесплатный интернат для учащихся из бедных семейств, а затем получить стипендию города Вейля. В учебе Кеплер был очень прилежным.
Ректор университета Мёстлин, который был на 20 лет старше Кеплера, обратил внимание на необычайные способности Кеплера к математике и астрономии. Мёстлин ввел молодого Кеплера в круг немногих своих воспитанников, пользовавшихся его особым доверием, среди которых он и пропагандировал учение Коперника. Наряду с этим Кеплер был мастером составлять астрологические гороскопы, которые пользовались большой популярностью.
Кеплер намеревался посвятить свою жизнь служению Богу, но вынужден был, как стипендиат, принять назначение городских властей преподавать в школе. Ученики плохо посещали уроки математики, но со стороны властей это не вменялось в вину Кеплеру. Во время одного из уроков Кеплера озарила мысль (1595), которая явилась, по его мнению, ключом к разгадке тайны Вселенной. Он считал, что планеты вращаются вокруг Солнца, а радиусы их орбит соотносятся как радиусы вписанных и описанных окружностей правильных многогранников (рис. 9.3. и 9.4.). Что же показала Кеплеру проверка его гипотезы с помощью вычислений? Оказалось, что радиусы орбит Кеплера значительно отличались от вычислений Коперника, и притом во всех случаях — в сторону ухудшения точности. Кеплер пройти мимо этого обстоятельства не мог, но и не смог отбросить навязчивую мысль о зависимости между межпланетными расстояниями и правильными многогранниками.
Книгу, посвященную своему открытию, Кеплер назвал
«Космографическая тайна», и издал ее в 1596 году. «Космографическая тайна» была первым публичным выступлением профессионального астронома в защиту учения Коперника. Кеплер послал свою книгу некоторым выдающимся ученым, в частности, датскому астроному Тихо Браге и уже известному в то время молодому итальянскому ученому Галилео Галилею. Оба ученых откликнулись — Галилей немедленно, Тихо Браге значительно позже.
Тетраэдр Куб или гексаэдр
Октаэдр Икосаэдр
Додекаэдр
Рис. 9.3. Правильные многогранники или платоновы тела.
Рис. 9.4. «Кубок Кеплера» - модель Солнечной системы из пяти платоновых тел.
Кеплер направился ко двору герцога Фридриха и пытался уговорить его выделить средства на изготовление серебряного кубка, представляющего модель Вселенной в соответствии с изложенной им в «Космографической тайне» гипотезой. На изготовление кубка средств не нашлось.
Но, как настоящего ученого, ему не давало покоя расхождение его расчетов с расчетами Коперника. Для создания теории Кеплеру нужны были точные данные многолетних астрономических наблюдений. Такими данными располагал тогда только один человек в Европе. Это был датский астроном Тихо Браге, который собрал их за многие годы наблюдений в своей обсерватории в Ураниборге. Но Браге не торопился с публикацией данных своих наблюдений.
§ 9.5. Тихо Браге и Кеплер
Первая встреча Тихо Браге и Кеплера состоялась 4 февраля 1600 года. Встретились умудренный опытом Браге и молодой Кеплер, аристократ и плебей, богач и бедняк. Один из них привык повелевать, работая всегда с большим штатом сотрудников, помощников, учеников и слуг; другой привык к относительной свободе своих действий и выбора тем для работы, но без помощников и без материальных средств. Крупнейший практик-наблюдатель Тихо Браге собрал богатейшие данные многолетних астрономических наблюдений, но не мог их полностью использовать. Кеплер же был больше теоретиком, чем практиком, но для теоретических выводов и обобщений нуждался в данных астрономических наблюдений. Так родился творческий союз ученого-практика и ученого-теоретика, который позволял проверить гипотезу. Воистину революционная смесь!
Однако, ценя глубокий ум Кеплера, богатое воображение и работоспособность, Тихо, тем не менее, не собирался ставить его рядом с собой и делиться с ним своими данными. Между ними произошла ссора, инициатором которой был Кеплер. Однако, забыв о самолюбии, Кеплер извинился ради восстановления сотрудничества. По соглашению их совместная работа должна была продолжаться следующим образом: в первую очередь они работают во славу Бога, во вторую – в соответствии с интересами и потребностями Тихо Браге, и только потом - с учетом интересов самого Кеплера. Но прошло всего несколько недель, как вдруг Браге тяжело заболел и умер 24 октября 1601 года. Тихо Браге завещал Кеплеру доказать справедливость именно его, Браге, гипотезы о строении планетной системы. Сразу же заметим, что это завещание Кеплером выполнено не было, но тем выше поднял он своими открытиями славу своего учителя и старшего коллеги.
«Рудольфинские таблицы». В декабре 1623 года Кеплер сообщил одному из своих корреспондентов, что наиболее трудоемкая и кропотливая из всех работ Кеплера, на которую он затратил больше четверти века, подошла к концу. Новые астрономические планетарные таблицы, так называемые «Рудольфинские таблицы», с нетерпением ожидали моряки и астрономы, составители календарей и астрологи. Именно об этих таблицах шла речь на аудиенции Тихо и Кеплера у императора Рудольфа II в августе 1601 года. После смерти Браге разработка таблиц вменялась Кеплеру в обязанность, как императорскому математику. Хотя до Кеплера астрономические таблицы для расчета положений Солнца, Луны и планет составлялись неоднократно, но все они к тому времени явно устарели.
Наконец, к лету 1624 года работа над составлением таблиц, в основном, закончилась (рис. 9.5.). Однако главным затруднением оказалось отсутствие средств на печатание этой громоздкой и сложной работы. Кроме того, уже после появления тиража возникла еще одно осложнение - притязания наследников Браге.
Рис. 9.5. Фронтиспис «Рудольфинских таблиц», гравюра Георга Целера.
Изображен храм Урании (покровительницы астрономии). Возле колонн изображены древний вавилонянин, Гиппарх, Птолемей, Коперник и Тихо Браге.
К 57-ми годам Кеплер, проживший жизнь, полную тревог, лишений и перегрузок в работе, оказался почти без средств к существованию. Он умер в 1630 году, так и не дождавшись жалованья императорского математика за многие годы. Получить долг у императора после смерти Кеплера попытался его сын, но это ему также не удалось. Печально-детективная история произошла и с архивом Кеплера. Узнав о печальной участи этого архива, Эйлер содействовал его приобретению для Петербургской Академии наук. Дело было доведено до сведения Екатерины II, которая распорядилась о покупке архива. В настоящее время рукописи Кеплера должны находиться на постоянном хранении в Архиве РАН в Петербурге.