Sinh ra trong một gia đình thường dân và nghèo xơ xác, Kepler vào học trường đại học Tübingen (nay thuộc Đức) theo một học bổng, nghiên cứu toán học và thiên văn học. Ông tiếp tục vào trường thần học, ý định trở thành một giáo sĩ Cơ đốc. Ông sớm được mời rời khỏi đó và dạy toán ở một trường học tại Graz (nay thuộc Áo).
Tại đấy ông đã tưởng tượng ra mô hình thế giới viễn vông của mình dựa trên cơ sở học thuyết Platon. Lí thuyết đó sai lầm, nhưng nó đã mang danh tiếng đến cho Kepler. Sau khi Tycho Brahe dời từ Đan Mạch đến Prague, Kepler đến thăm ông ở đó. Kepler nhận thấy giá trị của những quan sát đồ sộ của Tycho chính xác hơn bất kì quan sát nào trước đấy. Ông thừa hưởng cả số liệu của Tycho và thiện chí của hoàng đế sau cái chết của Tycho năm 1601. Nghiên cứu số liệu, Kepler nhận ra cái sau này trở nên nổi tiếng là ba định luật mang tên ông, cũng với nhiều quy tắc khác, một số đúng đắn và một số khác nay đã lãng quên.
Kepler tin rằng Thượng đế và Tạo hóa đã sáng tạo ra một thế giới có trật tự và điều hòa. Kepler thẳng thắn bênh vực cho hệ nhật tâm Copernicus cả vì sự tiện lợi về mặt kĩ thuật của nó, như nó có khả năng loại bớt một số rắc rối của hệ thống Ptolemy, và trên cơ sở triết học, gồm một nhân dạng tượng trưng của Mặt Trời với Thượng đế tại trung tâm của tất cả.
Cuộc đời thăng trầm của Kepler đã bị ô nhục vào lúc cuối, bởi, trong số nhiều thứ khác, mẹ ông thử nghiệm làm ma thuật, và sự di cư liên tục và sự ổn định về mặt kinh tế dưới tình trạng căng thẳng của chiến tranh và các chuyển biến chính trị.
Mô hình vũ trụ của Kepler với quả cầu của Thổ tinh ở ngoài cùng,
cho thấy mức độ mà khoảng cách có thể xác định bằng các quy luật hình học.
Niềm tin vào chuyển động tròn đều là một mặt căn bản của thiên văn học phương Tây trong hai thiên niên kỉ. Niềm tin này bị phá vỡ vào đầu thế kỉ 17. Kepler, sử dụng số liệu quan trắc của Tycho, chỉ ra rằng Trái Đất và tất cả những hành tinh khác đều quay xung quanh Mặt Trời theo những quỹ đạo hình elip. Đây là định luật thứ nhất trong ba định luật Kepler. Nó được công bố năm 1609 trong cuốn sách của Kepler về nền thiên văn học mới của ông, Astronomia nova.
Các định luật Kepler tìm thấy cho chuyển động của các hành tinh sử dụng tương tự cho quỹ đạo của Trái Đất. Ông đã loại bỏ sự phân biệt cổ xưa giữa nền vật lí của quả cầu đất của chúng ta bên dưới Mặt Trăng và nền vật lí thiêng liêng của một vương quốc cao hơn.
Ba định luật Kepler
Định luật thứ nhất và là định luật mang tính cách mạng nhất của Kepler là các hành tinh chuyển động theo những quỹ đạo elip đơn giản, chứ không phải một số sự kết hợp của những vòng tròn trịa như mọi người trước ông vẫn nghĩ.
Định luật thứ hai của ông là định luật diện tích bằng nhau, như thế này:
Một hành tinh chuyển động nhanh nhất trên quỹ đạo elip của nó khi nó ở vị trí A, gần tiêu điểm S của elip nhất, là nơi của Mặt Trời. Tốc độ quỹ đạo của hành tinh biến thiên sao cho trong những khoảng thời gian bằng nhau, nó đi được khoảng cách AB, BC, CD, và vân vân, sao cho vùng quét bởi đường nối nó và Mặt Trời luôn luôn có diện tích bằng nhau.
Định luật Kepler thứ ba phát biểu rằng bình phương chu kì thiên văn (thời gian cần thiết để hoàn thành một vòng quay xung quanh các ngôi sao) của hành tinh tỉ lệ với lập phương bán trục lớn quỹ đạo của nó.
Nền vật lí Aristotle không còn hoạt động trong vũ trụ của Copernicus và Kepler. Một lời giải thích cho câu hỏi làm sao mà các hành tinh tiếp tục quay trở lại cùng đường đi cũ mãi mãi xung quanh Mặt Trời vẫn là một bài toán lớn của thiên văn học mãi cho đến khi Isaac Newton giải thích cách các vật chuyển động dưới sự hấp dẫn. Ông đạt tới điều này bằng cách chỉ ra cách thức các chuyển động trên bầu trời tuân theo cùng các quy luật xác định chuyển động của các vật trên Trái Đất. Điều này dẫn đường tới việc hiểu cái không ngừng được nhìn nhận là vũ trụ cơ giới.
Theo AIP
Còn tiếp...
Xem lạiPhần 8
