Реферат по истории механики
Иоганн Кеплер
Выполнил:
Детство и юность
В двух десятках километров на запад от Штутгарта — главного города земли Баден-Вюртемберг (Германия), среди Живописных холмов невдалеке от лесистого Шварцвальда расположился небольшой провинциальный городок Вейль-дер-Штадт всего с шестью тысячами жителей. Многое напоминает здесь о давно минувших днях — древние городские стены, средневековые дома, старинная ратуша и церковь с тремя шпилями. На центральной площади памятник—на высоком постаменте застыл с циркулем в руке немолодой человек в старинной одежде.
Рассказывают, что когда в начале 1945 г. к городку подошли французские войска, командование решило подвергнуть Вейль-дер-Штадт мощному артиллерийскому обстрелу, опасаясь, что за крепкими стенами нашли убежище недобитые гитлеровцы. Однако огонь так и не был открыт: командир отменил артиллерийский налет, узнав, что перед ним родной город Кеплера. Это обстоятельство спасло городок от значительных разрушений и сохранило его Древний облик.
В этом городе (носившем тогда более краткое название Вейль) 27 декабря 1571 г. в 2 часа 30 минут пополудни в доме бургомистра родился Иоганн Кеплер — знаменитый астроном, физик и математик конца XVI — первой трети XVII в. В те далекие времена в городке проживало всего около двухсот семейств бюргеров, в большинстве ремесленников: ткачей и кожевников.
Кеплеры обосновались в Вейле около 1520 г., когда сюда из Нюрнберга переселился прадед будущего астронома, скорняк Себальд Кеплер, сын переплетчика. У Себальда Кеплера, одно время выполнявшего обязанности городского казначея, была большая семья. Один из его сыновей, тоже Себальд, женатый на Катерине Мюллер из ближнего городка Марбах, был с 1569 по 1578 г. бургомистром Вейля. И его бог не обидел детьми ¾ их было ровно дюжина. Четвертым по старшинству был Генрих, отпраздновавший 16 мая 1571 г. свадьбу с дочерью деревенского трактирщика из соседнего селения Эльтингена Катериной Гульденман. Жениху и невесте было в то время по 24 года. Через семь с половиной месяцев после свадьбы у них появился первенец — маленький и очень слабый ребенок, названный при крещении Иоганном.
О неблагоприятной обстановке, в которой прошло детство ученого, можно судить по характеристикам, которые Кеплер дал своим ближайшим родственникам в фамильном гороскопе, составленном им уже в зрелом возрасте, в 1597 году. Вот что он пишет о своем отце:
«Генрих, отец мой, родился 19 января 1547 года. ... Человек злобный, непреклонный, сварливый, он обречен на худой конец ..., скиталец ... в 1574 г. мой отец уже в Бельгии. В 1575 мать отправилась в Бельгию и вместе с отцом возвратилась. В 1576 отец опять оказался в Бельгии, а в 1577 ... едва избежал опасности быть повешенным. Он продал свой дом и открыл харчевню. В 1578 ... воспламенилась банка ружейного пороха и изуродовала лицо отца ... в 1589 ... оставив мать тяжело больной, он исчез из дому окончательно ...». В таком окружении грубых необразованных людей прошли первые годы жизни маленького Иоганна. Его детство и юность были омрачены и другими обстоятельствами — отсутствием надлежащего ухода и очень слабым здоровьем, предрасполагавшим к частым и длительным заболеваниям. Слабое здоровье было серьезным препятствием для астрономических наблюдений в холодные ночи, но еще большим препятствием был врожденный недостаток зрения — сильная близорукость и монокулярная полиопсия (множественное зрение) — состояние глаза, обычно неисправимое, при котором фиксируемый одиночный объект кажется множественным.
Известной компенсацией за невзгоды детства была для Кеплера относительная доступность образования в тогдашнем Вюртемберге. Хотя родителей, видимо, мало заботило образование Иоганна, в семилетнем возрасте (в 1578 г.) они поместили его в начальную немецкую школу, где обучали чтению, письму и элементарным навыкам в вычислениях.
Еще перед окончанием школы родители стали думать, что делать дальше с мальчиком. Малосильность и слабое здоровье не позволяли использовать его на тяжелых полевых работах. Советы учителей, денежные соображения и в меньшей мере религиозные побуждения привели их к решению выбрать для ребенка духовную карьеру. Путь к высоким духовным постам давало окончание теологического факультета университета, для поступления на который нужно было окончить низшую и высшую семинарии. Кеплер начинает обучение в 1584 году в грамматической школе (низшей семинарии) в Адельсберге, а через 2 года, с 26 ноября 1586 г., продолжает учебу в высшей семинарии в Маульбронне. Программа обучения была очень обширная: кроме богословия, изучались римские и греческие классики, риторика и диалектика, математика и музыка. Режим был жесток: занятия в классах начинались зимой в 5 часов утра, а летом — в 4.
25 сентября 1588г. Кеплер выдерживает в Тюбингене экзамен на степень бакалавра, после чего еще год продолжает учебу в Маульбронне. 17 сентября 1589 г. начинается его учеба в Тюбингенском университете. Среди преподавателей университета, имевших влияние на молодого Кеплера, следует отметить профессора классической филологии Мартина Крузиуса (1526 — 1607), богослова Маттиаса Гафенреффера (1561 — 1619), позже ректора университета, и особенно Михаэля Местлина (1550 — 1630). Местлин очень скоро заметил необычайные способности Кеплера к математике и астрономии, проявлявшиеся, в частности, в том, что тот выводил новые теоремы (как их тогда называли — предложения) и делал построения, лишь потом убеждаясь, что они уже известны. Местлин ввел молодого ученого в круг немногих своих воспитанников, пользовавшихся его особым доверием, среди которых он пропагандировал коперниканское учение. Наряду с астрономией Кеплер уже в те годы интересовался астрологией, что для него было не только данью времени, но и соответствовало его тогдашним представлениям о причинности и взаимосвязях между явлениями. Среди студентов он слыл большим мастером в составлении гороскопов.
Во второй половине 1594 г. теологическое образование Кеплера должно было завершиться. Но в первые месяцы этого года, прежде чем он смог получить документы об окончании университета, открывавшие ему формально путь к блестящей духовной карьере, неожиданно произошли события, в результате которых наметился решающий поворот в его жизни и деятельности. В протестантской средней школе в Граце, главном городе австрийской провинции Штирии, скончался преподаватель математики, воспитанник Тюбингена Георг Стадиус. Штирийская протестантская община обратилась в сенат Тюбингенского университета с просьбой подыскать достойного преемника среди университетских воспитанников. Преподавателей математики в Тюбингене, как, видимо, и в других тогдашних университетах, специально не готовили, и выбор сената, не без участия Мёстлина, пал на 22-летнего магистра искусств Иоганна Кеплера, лучше других подготовленного к этой деятельности. Хоть и не хотелось Кеплеру оставлять учебу, а вместе с ней и мечту о духовной карьере, а деваться было некуда — он был обязан подчиниться постановлению сената и отправиться по назначению. «Я воспитывался на счет герцога Вюртембергского и ... решился принять первую предложенную мне должность, хотя и с не особенной охотой», — писал он позже.
Кеплер в Граце. «Космографическая тайна»
Обстановка, окружавшая Кеплера в Граце, мало благоприятствовала его научной деятельности. Ибо, как заметил его друг Коломан Цегантмаир, секретарь барона Герберштейна, штирийская знать проявляла поразительное невежество во всем, обладала варварской точкой зрения в своих суждениях, ненавидела науку и ничем меньше не интересовалась, чем учеными. Предмет, преподавать который предстояло Кеплеру, не вызывал у дворянских и бюргерских отпрысков энтузиазма. Изучение математики не было, видимо, обязательным, и если в первый год его уроки еще посещало несколько учащихся, то на следующий не осталось ни одного. Однако контролировавшие работу преподавателей инспекторы оказались достаточно великодушными, не ставя это в вину учителю, так как, по их мнению, на «изучение математики не всяк способен». Взамен математики Кеплеру пришлось преподавать арифметику, классическую литературу (Вергилия), риторику и другие предметы.
Вместе с должностью преподавателя по существовавшей традиции он приобретал также звание и должность «Landschaftsmathematikus» (т. е. математика провинции [Штирии]), ему вменялось также в обязанность ежегодно составлять календари. В изданном в две краски первом календаре Кеплера содержались различные астрономические сведения, в том числе данные о фазах Луны, о положении планет и Солнца среди звезд, краткие статьи об астрономических и физических явлениях. Следуя давно установившейся традиции, а также заботясь о «сохранении жалованья, должности и крова», пришлось «для удовлетворения безрассудно-глупого любопытства» приложить к календарю «Прогнозы» («Prognostika») — виды на погоду и на урожай, политические и иные предсказания астрологического характера. Кеплер неоднократно весьма скептически и довольно самокритично оценивал свои занятия составлением календарей и астрологией для заработка. В одном из писем он высказывается так: «Чтобы ищущий истину мог свободно предаваться этому занятию, ему необходимы по меньшей мере пища и кров. У кого нет ничего, тот раб всего, а кому охота идти в рабы? Если я сочиняю календари и альманахи, то это, без сомнения,— прости мне, господи,— великое рабство, но оно в настоящее время необходимо. Избави я себя хоть на короткое время от этого — мне пришлось бы идти в рабство еще более унизительное. 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». Воздействие небесных светил на обитателей Земли Кеплер пытался объяснить в связи с появлением кометы 1607 г. следующим образом: «Если действительно верно, что согласно порядку природы появление кометы вызывает, а значит и предвещает такие явления, как ветер, наводнения, засуху, землетрясения или чуму, то это должно происходить следующим образом: когда на небе появляется какой-нибудь исключительный феномен, то жизненные силы всех естественных вещей должны испытывать это. Эта симпатия, связывающая все с небом, простирается в особенности на силу, скрытую в Земле и господствующую над ее внутренним состоянием. Вследствие этого из Земли выделяются влажные испарения, влекущие за собой дожди, наводнения, а под конец и чуму». Однако ограниченный характер астрологических предсказаний не раз подчеркивался Кеплером: «Тот астролог, который предсказывает некоторые вещи по небу, не учитывая характера, души, разума, силы и телосложения того, кому он должен предсказать, поступает неправильно»,—писал он.