یوهانس کپلر

یوهانس کپلر (زاده ۲۷ دسامبر ۱۵۷۱ در شهر وایل‌دراشتات (Weil der Stadt) - درگذشت ۱۵ نوامبر ۱۶۳۰ در رگنسبورگ(Regensburg)، آلمان) دانشمند، ریاضیدان و ستاره‌شناس سرشناس آلمانی. کپلر را پدر علم ستاره‌شناسی جدید می‌دانند. وی با تحقیق درباره ستارگان و سیارات، توانست قوانین معروف کپلر را ارائه دهد که امروزه به عنوان قوانین سه‌گانه کپلر در ستاره‌شناسی بکار می‌رود، او وقتی ادعا کرد که سیارهها در مدارهای بیضوی بدور خورشید می‌چرخند و خورشید تنها نیروی اداره کننده مدارهای سیارات است، مورد اعتراض سنت‌ها و باورهایی که قرن‌ها پایدار بود قرار گرفت.
کپلر یکی از طرفداران سرسخت نظریه خورشید مرکزی یا منظومه شمسی بود.
زندگی
سال‌های اولیه زندگی
دوران کودکی کپلر با فقر و تنگدستی همراه بود. آنها شش خواهر و برادر بودند که سه تن از آنان در کودکی درگذشتند. هاینزش کوچکترین برادر یوهانس مبتلا به بیماری صرع بود که ارث خانوادگی آنان به‌شمار می‌رفت. او نیز در سن ۴۲ سالگی بر اثر بیماری صرع درگذشت.
کپلر برای تحصیل به مدرسه طلاب پروتستان رفت و به دلیل هنر و استعدادی که از خود نشان داد بوسیله استادانش روانه دانشگاه توبینگن شد. کپلر در سال ۱۵۹۴ معلم ریاضی مدرسه شبانه‌روزی پروتستان در گراتز شد. وی برای افزودن به درآمد ناچیز خود تقویم‌های ستاره‌شناسی که در میان آن چیزهایی مانند وضع هوا، سرنوشت شاهزادگان، خطرات وقوع جنگ و قیام ترک‌ها را نیز پیش بینی می‌کرد، چاپ و منتشر می‌نمود. شهرت وی در این زمینه خیلی زود فراگیر شد و سرانجام کپلر طالع‌بین امپراتور رودلف و دیگر اعضای برجسته دربار او شد و این روش منبع درآمدی برای او شد.
ورود به ستاره‌شناسی
منظومه شمسی (سال ۱۶۰۰)
کپلر که توسط تیکو براهه در رصدخانه سلطنتی استخدام شده بود، در موقعیتی استثنائی قرار داشت و انبوهی از اطلاعات رصدی دقیق تیکو براهه در دسترس وی بود. از آنجا که براهه بیشتر به رصدهای مستقیم و اندازه‌گیری سرگرم بود و هیچ کوششی برای تجزیه و تحلیل نتایج خود انجام نداده بود، این کار به کپلر که در سال آخر زندگی تیکو براهه دستیار وی بود واگذار شد. اطلاعات رصدی یادشده در نظریه بزرگ خورشید مرکزی کوپرنیک بطور کامل صدق نمی‌کرد، وی به مدل براهه نیز اعتقادی نداشت و می‌دانست که مدل خورشیدمرکز کوپرنیک با قوانین ریاضی و نتایج رصدی مطابقت بهتری دارد. اما او که فردی مذهبی بود و اعتقادات کهن دینی درباره زمین مقدسی که مرکز عالم قرار داده شده بود، در اعماق وجودش لانه داشت به سختی می‌توانست خود را به پیروی از این مدل جدید قانع کند و از طرفی هم نمی‌توانست آنچه را می‌دید انکار کند. به ناچار مدت ۱۰ سال از عمر خود را وقف بررسی حرکت سیارات و قوانین ریاضی حاکم بر آنها کرد. او همه این کارها را به تنهایی و بدون یاری گرفتن از کسی انجام داد.
کپلر در سال ۱۵۹۶ کتاب رموز جهان را منتشر کرد. وی در این کتاب فواصل هریک از سیارات از خورشید را بیان کرد.
همچنین طرح تلسکوپ او به عنوان یک تلسکوپ مجهز در آن زمان ارائه شد. او توانست یک ستاره جدید را کشف کند که امروزه آن را اختر کپلر می‌نامند.
تا بدان روز به جز مدل بهاسکارای هندی و سجزی سیستانی، همه مدل‌ها، مدار گردش سیارات و ستاره‌ها به دور جرم مرکزی را دایره می‌دانستند. دایره شکل مقدسی بود که از هر طرفی هماهنگی داشت و این موضوع از نظر آنها با نظم آفریننده همخوانی بیشتری از خود نشان می‌داد. کپلر نیز به پیروی از همین عقیده به سختی تلاش می‌کرد تا حرکت سیاره مریخ را در مدلهای گوناگونی که تا آن روز ارائه شده بود توجیه نماید. سرانجام زمانی که کپلر مدار مریخ را بیضی شکل فرض کرد و مدل خورشیدمرکز کوپرنیک را پذیرفت همه چیز در جای خود شروع به حرکتی منظم نمود. کپلر مریخ را از آن جهت انتخاب کرده بود که در اطلاعات به ارث رسیده از براهه، عدم تقارن زیادی در حرکت این سیاره مشاهده نمود.
کپلر در سال ۱۶۰۶ کتاب نجوم جدید را منتشر کرد و درآن نشان داد که سیاره‌ها درمدارهای بیضی شکل به دور خورشید و حول یک کانون مشترک حرکت می‌کنند و این که اگر خطی بین خورشید و یک ستاره در حال حرکت رسم شود این خط در زمان مساوی از نواحی مساوی از مدار بیضی خواهد گذشت (قوانین اول و دوم کپلر). او پس از چندین سال مطالعه در حرکت سیارات در سال ۱۶۱۸ موفق به کشف قانون سوم خود شد، کپلر در قوانین سه‌گانه خود مدل جدیدی از کیهان را ارائه کرد این قوانین نه تنها در مورد حرکت سیارات منظومه شمسی به دور خورشید به خوبی پاسخگو بود، بلکه چگونگی حرکت چهار قمر بزرگ مشتری که چندی بعد گالیله آنها را یافت را نیز به دقت خوبی پیش‌بینی کرد. کشف این قمرهای چهارگانه دلیل خوب و واضحی بود که نشان دهد همه جرمهای آسمانی به دور زمین نمی‌چرخند. ما امروزه از همین قوانین به منظور بررسی حرکت ماهوارهها به دور زمین استفاده می‌کنیم.
قوانین سه‌گانه
SN 1604
کپلر پس از چندین سال مطالعه در حرکت سیارات در سال ۱۶۱۸ موفق به کشف قانون سوم خود شد. کپلر بر پایه آن یافته‌ها قوانین سه‌گانه زیر را درباره حرکت سیارات بیان کرد:
مدار حرکت سیارات به گرد خورشید یک بیضی است که خورشید در یکی از دو کانون آن قرار دارد.
خط وصل کننده هر سیاره به خورشید در زمان‌های مساوی مساحات مساوی جاروب می‌کند.
مکعب فاصله متوسط هر سیاره تا خورشید با مربع زمان یک دور کامل گردش سیاره تناسب مستقیم دارد.
قانون دوم را می‌توان به این‌گونه بیان کرد: زمانی که سیاره در نقاط دور بیضی مسیر در حرکت است فاصله تا خورشید زیادتر و سرعت حرکت کمتر است. به تدریج که سیاره به نقاط نزدیک بیضی مسیر می‌رسد فاصله تا خورشید کمتر و سرعت سیاره زیادتر می‌شود. این تغییر در سرعت سبب می‌شود که سیاره چه به خورشید نزدیک و چه از آن دور باشد، مساحت درنوردیده‌اش در فضا در فواصل زمانی ثابت، ثابت می‌ماند.
قانون سوم کپلر را هم می‌توان به این‌گونه بیان کرد: هرگاه فاصله متوسط هر سیاره تا خورشید به توان سه و زمان کامل شدن یک دور سیاره به توان دو رسانیده و نسبت اعداد حاصل تشکیل شود این نسبت همواره ثابت و برای تمام سیارات یکی است.
بعد از کپلر، نیوتن از طریق این قوانین، توانست قوانین گرانشی را کشف کند. قوانین کپلر به عنوان قوانین مدرن ستاره‌شناسی اهمیت زیادی دارند.
آلمان شرقی
سال‌های پایانی
کپلر قدرت بینایی‌اش را روز به روز از دست می‌داد. با این حال به سمت ریاضیدان و ستاره‌شناس در دربار امپراتور فردینانر دوم درآمد. کپلر به مطالعه درباره مسیر مریخ نیز پرداخت وچند سالی را به این موضوع اختصاص داد. او یک داستان علمی تخیلی به نام سومنیوم نیز نوشته‌است. این کتاب داستان یک سفر رویایی به ماه است. اما ۲۰ سال بعد از مرگ کپلر به چاپ رسید و البته مورد استقبال جوانان و دانش‌آموختگان قرار گرفت.
کپلر در ۱۵ نوامبر سال ۱۶۳۱ درحالی که از ضعف بینایی و صرع رنج می‌برد از دنیا رفت. پس از او عده‌ای از شاگردانش نوشته‌ها و مقالات او را به صورت کتاب جمع‌آوری کردند. اما هیچ‌کس آثار او را مطالعه نمی‌کرد و درنتیجه پس از مرگ خیلی زود فراموش شد، او خود قبلا در این خصوص چنین نوشته بود:
«من کتاب خود را می‌نویسم، خواه خوانندگان آن مردان فعلی یا آیندگان باشند تفاوتی ندارد. این کتاب می‌تواند سالها انتظار خوانندگان واقعی خود را بکشد، مگر نه خداوند نیز شش هزار سال انتظار کشید تا تماشاگری برای آثار او پیدا شد.»
دوران افتخار کپلر زمانی آغاز گردید که نیوتن و لاپلاس شناخته شدند. امروزه بسیاری از دست‌نوشته‌های کپلر درموزه وایل موجود است.
نظرات کپلر
کپلر درباره قضیه فیثاغورث نوشته‌است: «هندسه دو گنج بزرگ دارد: یکی قضیه فیثاغورث است، دیگری تقسیم یک خط به بینهایت نسبت میانگین. ما اولی را با طلا مقایسه می‌کنیم، دومی را گوهری گرانبها می‌نامیم.»
نظریه تصویر شبکیه را مطرح ساخت.
قوانین کپلر
انقلاب علمی
تاریخ ستاره‌شناسی
Heliocentrism
History of physics
Kepler conjecture
Kepler triangle
Kepler-Poinsot polyhedra
Keplers laws of planetary motion
Keplerian problem