[вернуться к содержанию сайта]

    Ещё Коперник, следуя Птолемею, считал центр земной орбиты истинным центром орбит всех планет. Браге также определял противостояние планеты как положение, противоположное этой точке, т. е. так называемому “среднему Солнцу”. Кеплер уже в “Космографической тайне” указывал, что Солнце само является естественным центром планетной системы, и считал, что противостояние следует брать по отношению к реальному, а не к среднему Солнцу. Это было первым существенным нововведением в методы исследования.

    Каковы же были у Кеплера основания поместить центр планетной системы в центр Солнца? До него нужда в физическом объяснении небесных явлений вообще не ощущалась, движение планет пытались объяснить работой воображаемых механизмов, которые по неведомым причинам заставляли планеты двигаться по основным кругам, эпициклам, эпицентрам и т. д. Кеплер впервые предположил, что движение планет происходит вследствие воздействия на них некоей силы, исходящей от Солнца. Естественно, что на начальном этапе своего исследования Кеплер ещё не знал истинной формы планетных орбит, что и вело его к мысли о том, что вся планетная система должна центрироваться в Солнце как источнике силы. Но этого предположения было недостаточно для объяснения видимых неравномерностей в движении планет. Поэтому Кеплер наделяет некоей силой и каждую планету, считая, что при этом, являясь объектом воздействия двух противоборствующих сил, своеобразного перетягивания на канате, планета то приближается к Солнцу, то уходит от него.

    Таким образом, у Кеплера Солнце становится не только источником света и тепла для всей планетной системы, но также и источником движущей планеты силы.

    Отвечая на вопрос о природе этой силы, Кеплер указывал на вращение Солнца вокруг собственной оси и полагал, что эта сила подобна магнетизму. Солнце не притягивает планеты, а направляет их движение посредством боковой силы, действующей в плоскости его экватора, так, как будто она состоит из кольцевых магнитных полей.

    Второе нововведение Кеплера заключалось в следующем. Орбиты всех планет лежат не совсем в одной плоскости – их плоскости образуют одна с другой небольшие углы (например, плоскости орбит Земли и Юпитера составляют угол в 1°18,5'). Естественно, что плоскости всех планетных орбит проходят через центр Солнца, – факт, совершенно очевидный для нас, но не для докеплеровой астрономии. Но если не учесть этот факт, приходится встречаться с большими затруднениями при объяснении некоторых особенностей в наблюдаемых с Земли положениях Марса. Коперник, например, считал, что плоскость орбиты Марса колеблется в пространстве, не интересуясь физической причиной такого странного явления. Предположив, что дело здесь в наличии некоторого постоянного угла между плоскостями планетных орбит, Кеплер без особого труда, по данным наблюдений Браге, убеждается в правильности своей гипотезы и находит угол между плоскостями орбит Земли и Марса равным 1°50'.

    Третье нововведение Кеплера более радикально. От Платона и Птолемея до Коперника и Браге астрономы были уверены в том, что планеты совершают свои круговые движения с равномерной скоростью. Кеплер, сохраняя на первых порах движение круговым, отбрасывает аксиому равномерного движения. И при этом он руководствуется прежде всего физическими соображениями: если Солнце управляет движением, является его источником, то его сила должна действовать на планету более интенсивно, когда она находится ближе к источнику, и менее интенсивно, когда планета от него удалится, следовательно, планета будет двигаться с большей или меньшей скоростью в зависимости от её расстояния до Солнца.

    Многие вопросы, относящиеся к оптике, возникли у Кеплера в связи с рефракцией – атмосферно-оптическим явлением, которое вызывается преломлением лучей в атмосфере и проявляется в кажущемся смещении наблюдаемых сквозь толщу глаза объектов. С этим явлением пришлось считаться ещё Тихо Браге в связи с резко усиленными им требованиями к точности наблюдений. Браге даже подготовил таблицы рефракции, но при их составлении он исходил из неверных представлений и выводов, считая, в частности, рефракцию зависящей от расстояния небесных светил от Земли и их яркости, а поэтому различной для Солнца, Луны, планет и неподвижных звёзд. Кроме того, Браге предполагал, что явление прекращается на высоте 45° над горизонтом. Кеплера очень заинтересовало это явление, он много экспериментировал и думал над его физическим истолкованием. Попутно он пытался также объяснить причины особого красноватого цвета Луны во время полных лунных затмений, кажущееся уменьшение диска Луны во время солнечных затмений и некоторые другие явления.

    Но особенно ценные результаты были получены, когда Кеплер заинтересовался теорией зрения. Во времена, предшествовавшие Кеплеру, господствовали две точки зрения на этот вопрос. По одной из них, восходившей к грекам Эмпедоклу и Эпикуру, глаз испускает прямолинейные пучки лучей, которые как бы ощупывают встречающиеся на их пути предметы и, отражаясь от них, возвращаются в глаз, неся с собой соответственную информацию (принцип действия радиолокатора!). По другой теории, восходившей к Демокриту и Аристотелю, каждый предмет распространяет по всем направлениям особые плёнки, “эйдолы”, которые и воспринимаются глазом как изображения соответствующих предметов. На протяжении многих веков было предпринято совсем немного попыток создать более совершенные теории видения, в числе которых следует отметить работы арабского учёного Альхазена *, его комментатора – польского учёного Вителло (Вителлия) и мессинца Франческо Мавролика. Однако и эти работы не давали полного объяснения явлений, происходивших при прохождении света в глаз, а также через прозрачные стёкла с кривыми поверхностями, “чечевицы”, или линзы, как мы их теперь называем. Хотя линзы почти в течение трёх веков до Кеплера применялись для коррекции дефектов зрения, тогдашние учёные старались уклониться от рассмотрения теории оптических стёкол, свойства которых явно не укладывались в общепринятые концепции видения, и даже избегали применять линзы для “серьёзных” целей вследствие “искажения” ими наблюдаемых предметов. Так, отсутствие ключа к механизму зрения стало серьёзнейшим препятствием для развития оптики.

Титульный лист “Дополнений к Вителлию”

    За решение этих сложных и трудных вопросов и принялся Кеплер параллельно с исследованиями по небесной механике и ещё в пражский период опубликовал два фундаментальных исследования по оптике: “Ad Vitellionem paralipomena, quibus astronomiae pars Optica traditur” (1604), т. е. “Дополнения к Вителлию, в которых излагается оптическая часть астрономии” и “Dioptrice seu Demonstratio eorum quae visui et visibilibus propter Con-spicilla non ita pridem inventa accidunt” (1611) (“Диоптрика, или доказательство того, как становится видимым изображение с помощью недавно изобретённой зрительной трубы”).

    Всё, что сделано было в области оптики в предкеплерово время, далеко уступает фундаментальным результатам, содержащимся в этих трудах.

    Как видно из заглавия, первое из этих сочинений написано в форме дополнения к трактату польского учёного XII в. Вителло, пользовавшегося большим авторитетом в тогдашнем научном мире. Весьма скромно озаглавленный труд Кеплера был крупным вкладом в исследование законов геометрической и физиологической оптики, что поставило это произведение в ряд наиболее значительных, классических произведений в истории развития этой науки.

    Правда, пять глав, из которых состоит эта объёмная книга (в первом издании свыше 450 страниц текста), неравноценны. Первая глава с изложением природы света в настоящее время представляет собой лишь исторический интерес. И это понятно: во времена Кеплера, когда ещё не были известны такие оптические явления, как интерференция, дифракция, поляризация, двойное преломление, не была определена скорость света в различных средах, не могло ещё быть речи о построении строго научной теории света, и Кеплеру пришлось здесь довольствоваться некоторым подновлением положений Аристотеля – единственного мыслителя древности (и, пожалуй, всего докеплерового времени), пытавшегося построить общую теорию света и цвета.

    Свет, по Кеплеру, представляет собой непрерывное истечение вещества из светящихся тел, причём распространяется он мгновенно и до бесконечности. Тела более плотные он проходит труднее, чем пустоту. Непрозрачность тел зависит от неправильного расположения промежутков между частицами вещества. Тепло есть свойство света, а не особое вещество.

    К объяснению цвета Кеплер подходит так: “Цвет – это известная степень света, свет, скрытый в прозрачной материи, если его рассматривать с точки зрения видимости; различные ступени расположения материи, в зависимости от большей или меньшей плотности или отношения прозрачности к непрозрачности, а также различие в световой испускательной способности, присущей веществу, влияют на различие цветов”.

    Легко заметить, что здесь Кеплер находится на очень близких к Аристотелю позициях. По Аристотелю, полная степень света в материи – это прозрачность и белизна, а отсутствие света – непрозрачность, тьма. Известная степень света, т. е. сочетание чёрного с белым в той или иной пропорции, даёт свет.

    Ошибочность предположения Кеплера, что более плотная среда обладает и большим сопротивлением и соответственно большей способностью преломления, была очень скоро обнаружена англичанином Гарриотом, который указал в письме к Кеплеру, что менее плотное растительное масло преломляет свет значительно сильнее, чем вода.

    Среди других положений, высказанных Кеплером в этой главе, следует отметить доказательство основного фотометрического закона: интенсивность света обратно пропорциональна величине воспринимающей поверхности, т. е. обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника (у Кеплера: даны две концентрические шаровые поверхности, в центре которых находится источник света; сила или плотность световых лучей на меньшей шаровой поверхности относится к силе лучей на большей шаровой поверхности обратно пропорционально площадям этих поверхностей).

    Во второй главе Кеплером доказано важное положение, что световые лучи распространяются от каждой светящейся точки по всем направлениям. Доказательство получено им при изучении вопроса о причине круглой формы пятен от солнечного света, проникающего через малое отверстие произвольной формы в тёмное помещение, – явление, которое он заметил ещё во время солнечного затмения 1600 г. Доказательство дано в форме описания эксперимента. Интересен путь, которым он пришёл к своему объяснению наблюдаемого явления: “Я взял книгу и поместил её на возвышении, она должна была заменять мне светящееся тело. Между этой книгой и стеной я поместил доску с многоугольным отверстием. Затем я прикрепил к одному углу книги нить, протянул её через отверстие и, обводя её вдоль контуров отверстия, начертил другим концом при помощи мела фигуру на стене. Она оказалась вполне сходной с фигурой самого отверстия. Я повторил эту операцию, прикрепляя нить по очереди ко всем углам книги и многим другим её местам. Из всех этих фигур образовалась наконец одна, имевшая тем большее сходство с очертаниями книги, чем дальше находилась стена от отверстия”.

Дата установки: 29.06.2010
[вернуться к содержанию сайта]

W