Undang-undang Kepler • James Trefil, Ensiklopedia "Dua Ratus Hukum Alam Semesta"

Undang-undang Kepler

Johann Kepler mempunyai rasa kecantikan. Sepanjang kehidupan dewasa, dia cuba membuktikan bahawa Sistem Suria adalah sejenis karya seni mistik. Pada mulanya dia cuba menyambungkan perantinya dengan lima polyhedra biasa geometri Yunani kuno klasik. (Polistirron biasa adalah bentuk tiga dimensi, semua wajahnya adalah poligon tetap sama.) Pada masa Kepler, enam planet diketahui bahawa sepatutnya ditempatkan pada berputar "bola kristal". Kepler berhujah bahawa sfera-sfera ini disusun sedemikian rupa sehingga polyhedra tetap tepat di antara sfera tetangga. Antara kedua-dua sfera luar – Saturn dan Musytari – dia meletakkan kubus yang tertulis di luar, yang pada gilirannya mengandungi sfera dalam; antara lingkungan Musytari dan Marikh – tetrahedron (tetrahedron biasa), dan sebagainya. * Enam bidang planet, lima polyhedra biasa yang ditulis di antara mereka – nampaknya, kesempurnaan itu sendiri?

Malangnya, membandingkan modelnya dengan orbit planet yang diperhatikan, Kepler terpaksa mengakui bahawa tingkah laku sebenar badan-badan angkasa tidak sesuai dengan kerangka ramping yang digariskan olehnya. Mengikut kenyataan ahli biologi Inggeris moden J. Haldane (J. B. S.Haldane), "idea alam semesta sebagai karya seni yang sempurna secara geometri ternyata menjadi satu lagi hipotesis yang sangat baik, dimusnahkan oleh fakta-fakta hodoh." Satu-satunya yang terselamat selama berabad-abad hasil daripada keperibadian muda Kepler adalah model Sistem Suria, yang dibuat oleh saintis itu sendiri dan dibentangkan sebagai hadiah kepada penaungnya kepada Duke Frederick von Wurttemberg. Dalam artifak logam yang indah ini, semua orbit spektak planet dan polimer biasa yang tertulis di dalamnya tidak saling bekas kosong, yang pada hari cuti sepatutnya dipenuhi dengan pelbagai minuman untuk merawat tetamu duke.

Hanya selepas berpindah ke Prague dan menjadi pembantu ahli astronomi Denmark yang terkenal Tycho Brahe (Tycho Brahe, 1546-1601), Kepler menemui idea-idea yang benar-benar diabadikan namanya dalam sejarah sains. Tycho Brahe sepanjang hayatnya telah mengumpul data dari pemerhatian astronomi dan telah mengumpulkan sejumlah besar maklumat mengenai pergerakan planet. Selepas kematiannya, mereka pergi ke Kepler. Rekod-rekod ini, dengan cara itu, mempunyai nilai komersial yang hebat pada masa itu, kerana ia boleh digunakan untuk menyusun horoskop astrologi yang telah ditapis (hari ini, ahli-ahli sains memilih untuk berdiam diri mengenai bahagian awal astronomi).

Memproses keputusan pemerhatian Tycho Brahe, Kepler menghadapi masalah yang walaupun dengan kehadiran komputer moden mungkin kelihatan sukar untuk diselesaikan, dan Kepler tidak mempunyai pilihan tetapi untuk menjalankan semua perhitungan secara manual. Sudah tentu, seperti kebanyakan ahli astronomi zamannya, Kepler sudah biasa dengan sistem heliosentrik Copernicus (lihat Prinsip Copernican) dan mengetahui bahawa Bumi berputar mengelilingi matahari, seperti yang dibuktikan oleh model solar sistem di atas. Tetapi bagaimana sebenarnya bumi dan planet lain berputar? Bayangkan masalah seperti berikut: anda berada di planet yang, pertama, berputar di sekitar paksinya, dan kedua, berputar mengelilingi Matahari di orbit yang tidak diketahui anda. Melihat langit, kita melihat planet-planet lain yang juga bergerak di orbit yang tidak dikenali kepada kita. Tugas kita adalah untuk menentukan geometri orbit dan kelajuan pergerakan planet-planet lain mengikut pemerhatian yang dibuat di dunia kita yang berputar di sekitar paksinya di sekitar Matahari. Ia adalah tepat sekali bahawa Kepler akhirnya berjaya melakukannya, selepas itu, atas dasar hasil yang diperoleh, ia memperoleh tiga hukumnya!

Undang-undang pertama** menerangkan geometri trajektori orbit planet. Anda mungkin ingat dari kursus geometri sekolah yang elips adalah satu set mata pesawat, jumlah jarak dari mana ke dua titik tetap ialah helah sihir – sama dengan pemalar. Sekiranya terlalu sukar untuk anda, ada takrifan lain: bayangkan seksyen permukaan sampingan kon dengan pesawat pada sudut ke pangkalannya, tidak melewati dasar – ini juga elips. Undang-undang Kepler yang pertama menegaskan bahawa orbit planet adalah elips, di mana salah satu fokusnya terletak di Matahari. Eccentricities (darjah pemanjangan) orbit dan jaraknya dari Matahari dalam perihelion (titik paling dekat dengan Matahari) dan apogel (titik yang paling jauh) semua planet adalah berbeza, tetapi semua orbit elips mempunyai satu perkara yang sama – Matahari terletak di salah satu daripada dua fokus elips. Setelah menganalisis data pemerhatian Tycho Brahe, Kepler menyimpulkan bahawa orbit planet adalah satu set elips tersarang. Di hadapannya, ia tidak berlaku kepada sesiapa sahaja daripada ahli astronomi.

Kepentingan sejarah undang-undang pertama Kepler adalah sukar untuk menaksir.Di hadapannya, para astronom percaya bahawa planet bergerak secara eksklusif dalam orbit pekeliling, dan jika ia tidak sesuai dengan rangka pemerhatian – gerak pekeliling utama dilengkapi dengan lingkaran kecil, yang dijelaskan planet-planet di sekitar titik orbit pekeliling utama. Inilah, saya akan mengatakan, terutamanya kedudukan falsafah, suatu fakta yang tidak boleh dipertikaikan, tidak tertakluk kepada keraguan dan pengesahan. Para ahli falsafah berhujah bahawa peranti celestial, tidak seperti bumi, benar-benar harmoni, dan kerana angka-angka geometri yang paling sempurna adalah bulatan dan sfera, ini bermakna planet bergerak dalam lingkaran (dan ini adalah kesilapan yang saya kini perlu bersurai di kalangan pelajar saya). Perkara utama adalah, setelah mendapat akses kepada data pemerhatian yang luas Tycho Brahe, Johann Kepler berjaya melangkah prasangka falsafah ini apabila dia melihat bahawa dia tidak sesuai dengan fakta – sama seperti Copernicus berani mengeluarkan bumi dari pusat alam semesta, berhadapan dengan ide geocentris berterusan yang bertentangan juga terdiri daripada "kelakuan yang salah" dari planet-planet di orbit.

Undang-undang kedua menggambarkan perubahan dalam kelajuan planet di sekitar matahari.Dalam bentuk rasmi, saya telah memberikan kata-kata beliau, dan untuk memahami makna fizikalnya dengan lebih baik, ingat masa kanak-kanak anda. Mungkin, anda dapat berehat di sekeliling tiang di taman permainan, memegangnya dengan tangan anda. Malah, planet mengelilingi Matahari dengan cara yang sama. Lebih jauh dari Matahari planet orbit elips, pergerakan lebih lambat, lebih dekat ke Matahari – semakin pantas planet bergerak. Sekarang bayangkan sepasang segmen yang menghubungkan dua kedudukan planet di orbit dengan tumpuan elips di mana Matahari terletak. Bersama-sama dengan segmen elips berbaring di antara mereka, mereka membentuk sebuah sektor yang kawasannya adalah dengan tepat bahawa "kawasan yang dipotong segmen garis". Ia adalah mengenai dia yang dinyatakan dalam undang-undang kedua. Semakin dekat planet ini ke Matahari, segmen yang lebih pendek. Tetapi dalam kes ini, bagi sektor itu untuk menampung kawasan yang sama dalam masa yang sama, planet itu mesti bergerak jarak jauh di orbit, yang bermaksud peningkatan kelajuannya.

Dua undang-undang yang pertama berurusan dengan spesifik dari lintasan orbital planet tunggal. Undang-undang Ketiga Kepler membolehkan anda membandingkan orbit planet dengan satu sama lain.Ia mengatakan bahawa jauh dari Matahari planet ini, semakin banyak masa yang diperlukan untuk putaran penuh ketika bergerak di orbit dan yang lebih panjang, masing-masing, "tahun" berlangsung di planet ini. Hari ini kita tahu bahawa ini adalah disebabkan oleh dua faktor. Pertama, jauh planet ini dari Matahari, semakin lama perimeter orbitnya. Kedua, dengan jarak yang semakin meningkat dari Matahari, halaju linear gerakan planet juga berkurangan.

Dalam undang-undangnya, Kepler hanya menyatakan fakta-fakta, setelah mengkaji dan meringkaskan hasil pemerhatian. Jika anda bertanya kepadanya apa yang menyebabkan eliptik orbit atau kesamaan bidang-bidang sektor, dia tidak akan menjawab anda. Ini hanya diikuti dari analisisnya. Jika anda bertanya kepadanya tentang gerakan orbit planet-planet di sistem bintang lain, dia juga tidak akan dapat menjawab apa yang perlu dijawab. Dia perlu bermula sekali lagi – untuk mengumpulkan data pemerhatian, kemudian menganalisisnya dan cuba mengenal pasti corak. Iaitu, dia tidak akan mempunyai alasan untuk mempercayai bahawa sistem planet lain mematuhi undang-undang yang sama dengan sistem solar.

Salah satu kejayaan terbesar mekanik klasik Newton terletak tepat pada kenyataan bahawa ia memberikan justifikasi asas untuk undang-undang Kepler dan menegaskan universiti mereka.Ternyata undang-undang Kepler dapat disimpulkan dari undang-undang mekanik Newton, undang-undang kejadian Newton sejagat dan undang-undang pemuliharaan momentum sudut dengan pengiraan matematik yang ketat. Dan jika ya, kita dapat memastikan bahawa undang-undang Kepler sama-sama terpakai kepada mana-mana sistem planet di mana-mana titik Alam Semesta. Ahli astronomi yang mencari sistem planet baru di ruang dunia (sudah banyak yang sudah ada), dari semasa ke semasa, sebagai persoalannya, gunakan persamaan Kepler untuk mengira parameter orbit planet jauh, walaupun mereka tidak dapat melihatnya secara langsung.

Undang-undang Kepler yang ketiga memainkan dan memainkan peranan penting dalam kosmologi moden. Melihat galaksi jauh, astrofizik mendaftarkan isyarat lemah yang dipancarkan oleh atom hidrogen, yang mengorbit sangat jauh dari pusat pusat galaksi – lebih jauh daripada bintang-bintang. Menurut kesan Doppler dalam spektrum radiasi ini, para saintis menentukan kelajuan rotasi pinggir hidrogen cakera galaksi, dan menurut mereka halaju galaksi sudut secara keseluruhan (lihat juga Dark Matter). Saya gembira kerana kerja-kerja saintis yang tegas meletakkan kami di jalan yang betul memahami struktur sistem solar kita,dan hari ini, berabad-abad selepas kematiannya, memainkan peranan penting dalam mengkaji struktur alam semesta yang sangat besar.


* Antara bidang Marikh dan Bumi – dodecahedron (dua belas); antara sfera Bumi dan Venus – icosahedron (dvadtsatirannik); antara sfera Venus dan Mercury adalah octahedron (octahedron). Reka bentuk yang dihasilkan telah dikemukakan oleh Kepler dalam pandangan keratan pada lukisan 3D terperinci (lihat gambar) dalam monograf pertamanya "A Secret Cosmographic" (Mysteria Cosmographica, 1596). – nota Penterjemah.

** Dari segi sejarah, undang-undang Kepler (seperti permulaan termodinamik) tidak bernombor dalam kronologi penemuan mereka, tetapi mengikut urutan pemahaman mereka dalam kalangan saintifik. Sebenarnya, undang-undang pertama dibuka pada tahun 1605 (diterbitkan pada tahun 1609), yang kedua – pada tahun 1602 (diterbitkan pada tahun 1609), yang ketiga – pada tahun 1618 (diterbitkan pada tahun 1619). – nota Penterjemah.

Lihat juga:
1933
Perkara gelap
Johann Kepler
Johannes Kepler, 1571-1630

Ahli astronomi Jerman. Dilahirkan di Württemberg. Bermula dengan kajian teologi di Akademi Tubingen (kemudian universiti), dia menjadi berminat dalam bidang matematik dan astronomi dan tidak lama lagi menerima jemputan untuk menjadi guru matematik di gimnasium kota Austria Graz.Di sana, dia memperoleh reputasi sebagai ahli astrologi yang cemerlang berkat ramalan ramalan meteorologi untuk tahun 1595. Sejak tahun 1598, Kepler dan Protestan yang lain mula tertakluk kepada penganiayaan agama yang kejam di Graz Katolik, dan pada tahun 1600, atas jemputan ahli astronomi Denmark Tycho Brahe, seorang ahli sains berpindah ke Prague. Kerja Kepler berdasarkan pemerhatian yang dibuat oleh Tycho Brahe. Kehidupannya lebih tragis. Dia hidup dalam kemiskinan dan mati demam dalam perjalanan ke Austria, di mana dia pergi dengan harapan mendapat gaji.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: