Tài liệu Định luật của Kepler doc

Johannes Kepler (27 tháng 12, 1571 – 15 tháng 11, 1630), một
gương mặt quan trọng trong cuộc cách mạng khoa học, là một
nhà toán học, nhà chiêm tinh học, nhà thiên văn học, và là một
nhà văn ở buổi đầu của những truyện khoa học viễn tưởng người
Đức. Ông nổi tiếng nhất về định luật về chuyển động thiên thể,
dựa trên những công trình của ông Thiên văn mới (Astronomia
nova), Thế giới hài hoà (Harmonice Mundi) và cuốn sách giáo
khoa Tóm tắt thiên văn học Copernicus.
Xuyên suốt cuộc đời nghề nghiệp của mình, Kepler là một giáo
viên toán ở trường dòng Graz (sau này là trường đại học Graz), là
người trợ lý cho Tycho Brahe, là nhà toán học ở triều đình Hoàng
đế Rudolf II, giáo viên toán ở Linz, và là nhà thiên văn học của
Tướng Wallenstein. Ông cũng thực hiện một công việc mang tính
nền tảng về thị giác và giúp đưa vào thực hiện những phát hiện
kính thiên văn của người cùng thời với ông là Galileo Galilei.
Thỉnh thoảng ông cũng được coi là "nhà vật lý học thiên thể lý
thuyết đầu tiên", mặc dù Carl Sagan cũng coi ông là nhà chiêm
tinh học khoa học cuối cùng.
Ở trường, Kepler học hành hết sức xuất sắc, học được các
nguyên lý của Copernicus và cuối cùng từ bỏ việc học tập
tôn giáo, mà muốn trở thành một giáo sư khoa học. Tuy
vậy, Kepler bao giờ cũng giữ nguyên một loại chủ nghĩa
thần bí tôn giáo, và trộn lẫn nó với những bước tiến khoa
học vĩ đại của ông. Chẳng hạn, ông dành nhiều thời giờ ra
để cố trình bày tỉ mỉ những thuyết về âm nhạc của các mặt
cầu.
Ông cũng là một nhà chiêm tinh «tài năng», từng lấy lá số
tử vi cho nhiều nhân vật quan trọng. Ông khá xấu hổ về
chuyện đó, nhưng giải thích rằng cần thiết phải làm như
vậy để cho những người có thế lực chú ý tới ông, có thể
giúp đỡ và che chở cho ông trong những lúc gian khó, gặp

chuyện rắc rồi. Về phương diện này, ông quả đã nghĩ
đúng, bởi vì có nhiều lần ông gặp khó khăn rắc rồi thực sự.
(Ông cũng viết một truyện khoa học viễn tưởng xuất sắc về
một chuyến du hành lên Mặt Trăng, tuy nhiên sau khi ông
qua đời mới được xuất bản. Có lẽ ông cũng xấu hổ về điều
đó nữa).
Những chuyện náo động về tôn giáo làm ông rời bỏ thành
phố mà ông vốn là giáo sư giảng dạy ở đó. Ông tới
Prague, làm việc ở đấy với Tycho Brahe. Chẳng bao lâu
Tycho qua đời, chàng thanh niên Kepler kế tục vị trí của
Tycho. Tất cả những quan sát xuất sắc của Tycho về
những thiên thể giờ đây nằm trong tay Kepler. Kepler hăng
say bắt tay vào công việc. Các quan sát đó không chỉ tốt
đến mức thuyết không chính xác của Ptolemy không phù
hợp với chúng, mà còn tốt đến mức cả thuyết Copernicus
cũng không phù hợp. Thậm chí hệ Copernicus cũng trở
nên không đủ tốt đẹp (1).
Kepler từng nỗ lực thế nào để sắp xếp chính đạo và các
ngoại luân thì không có gì quan trọng, ông chẳng thể nào
làm cho đường cong được ông tính toán rút cục phù hợp
với các vị trí của Sao Hỏa mà Tycho đã từng quan sát.
Vậy Kepler bắt buộc mình phải tiến một bước táo bạo và
cơ bản, về một số mặt bước đó còn táo bạo hơn cả bước
tiến của Copernicus. Kepler đã đập tan tành «người Hy
Lạp» !
Ông từ bỏ đường tròn. Đường cong dù hoàn hảo hay
không mà không thích hợp, cũng phải bỏ đi thôi. (Bản thân
Tycho cũng thực sự ngạc nhiên vì sao chổi do ông quan
sát sao lại chuyển động theo một quỹ đạo không phải là
tròn). Tuy vậy, vào thời đó, các sao chổi không được thực

sự coi là những thiên thể đáng kể. Sự dũng cảm của
Kepler là từ bỏ đường tròn đối với các hành tinh.
Kepler bắt đầu tìm kiếm một đường cong nào đó, khác
đường tòn, giải thích được các chuyển động hành tinh một
cách tốt đẹp hơn. Thoạt tiên, ông thử dùng một quỹ đạo
hình trứng, nhưng không thấy thích hợp. Tiếp theo, ông
thử dùng hình elip, làm một loại đường tròn bị dẹt đi.»
Kepler đã đưa hình elip ra thử cho quỹ đạo của các hành
tinh và thấy rằng các elip khít với mọi quỹ đạo.
«Một khi Kepler đã chuyển từ các đường tròn sang các
elip, ông thấy không cần đến các ngoại luân 1 chút nào
nữa. Không cần một ngoại luân nào ! Mỗi hành tinh đều
chuyển động xung quanh Mặt Trời, còn Mặt Trăng thì
chuyển động xung quanh Trái Đất».
Năm 1609, Kepler đã xuất bản tác phẩm «Astronomia
Nova» (Thiên văn mới), trong đó trình bày định luật Kepler I
và II. 10 năm sau, Kepler xuất bản tác phẩm «Harmonices
Mundi» (Sự hài hòa giữa các thế giới), trong đó trình bày
định luật Kepler III.
«Các quỹ đạo elip của Kepler rút cục đã loại bỏ các thiên
cầu và chứng tỏ ý kiến của Bruno về các thiên cầu là đúng.
Về chuyện đó, Kepler không bị thiêu trên giàn hỏa thiêu,
song ông cũng gặp những chuyện rắc rối. Người che chở
cho ông, hoàng đế Rudolf II đã bị phế truất và một cuộc
chiến tranh tôn giáo khủng khiếp, lớn lao (cuộc chiến tranh
30 năm) đã bùng nổ ở Đức. Là một người Tin Lành, Kepler
thuộc về phía thua trận, ít nhất là cũng trong thời kỳ đầu
của cuộc chiến tranh, và không ít thì nhiều lâm vào tình
cảnh nguy hiểm. mẹ ông bị bắt vì bị buộc tội phù thủy. Tuy
cuối cùng bà được tha, nhưng vì thử thách ấy bà qua đời

hầu như tức khắc sau đó.
Trải qua tất cả những cảnh đó, Kepler nỗ lực làm việc,
trước tiên là làm một luận văn lớn về thiên văn, mà rồi ông
phải từ bỏ, rồi đến một loạt các bảng mới vè vị trí và
chuyển động của những thiên thể. Những bảng này được
tính toán căn cứ ở các quan sát của của Tycho và căn cứ
ở các thuyết của Kepler về những quỹ đạo elip. Ông gọi
chúng là các bảng Rudolphine, đặt theo tên người che chở
cũ cho ông, hoàng đế Rudolf. Dù sao, chúng cũng là tốt
nhất và cuối cùng được xuất bản vào năm 1627. Ba năm
sau, năm 1630, Kepler qua đời.
Định luật của Kepler
Bài chi tiết: Những định luật của Kepler về chuyển động
thiên thể
Tổng quan 3 định luật của Kepler
Kepler được thừa kế từ Tycho Brahe một gia sản những dữ liệu
thô chính xác nhất từng thu thập được về vị trí của các hành tinh.
Điều khó khăn là phải phán đoán được từ đó. Các chuyển động
quỹ đạo của các hành tinh khác được quan sát từ điểm lợi thế của
Trái đất, chính nó cũng đang quay quanh Mặt trời. Như được chỉ
ra trong ví dụ bên dưới đây, điều này có thể gây nên việc các
hành tinh có vẻ di chuyển theo những đường kỳ lạ. Kepler tập
trung vào việc tìm hiểu quỹ đạo của Sao hoả, nhưng đầu tiên ông
phải biết chính xác quỹ đạo của Trái đất. Để làm được điều này,
ông cần một vạch ranh giới quan sát. Với một linh cảm thiên tài,
ông đã sử dụng Sao hỏa và Mặt trời làm đường ranh giới, vì
không biết quỹ đạo thực của Sao hoả, ông biết rằng nó sẽ ở cùng
một chỗ trong quỹ đạo của nó ở những khoảng cách riêng biệt
theo những giai đoạn quỹ đạo của nó. Vì vậy các vị trí quỹ đạo
của Trái đất có thể được tính toán, và từ đó lại tính toán ra quỹ

đạo Sao hoả. Ông đã có thể suy luận ra các định luật thiên thể của
mình mà không cần biết khoảng cách chính xác của các hành tinh
từ Mặt trời, bởi vì phân tích hình học của ông chỉ cần có các tỷ lệ
khoảng cách tới Mặt trời của chúng.
Không như Brahe, Kepler giả thiết hệ thống nhật tâm với Mặt trời
ở trung tâm. Từ cái khung đó, Kepler đã mất hai mươi năm làm
việc chăm chỉ để thử và sửa chữa các nỗ lực nhằm tạo ra dữ liệu
đúng. Cuối cùng ông đã đạt tới Ba định luật về chuyển động thiên
thể:
Định
luật
quỹ
đạo
elíp
của các
hành
tinh:
Các
hành
tinh
chuyển
động
quanh
Mặt
trời
theo
các quỹ
đạo
hình
elíp với

Mặt
trời
nằm ở
một
tiêu
điểm.
Mặt Trời là 1 tiêu
điểm
Định
luật
đồng
đều về
vận tốc
diện
tích:
Đường
nối một
hành
tinh với
Mặt
trời
quét
qua
những
diện
tích
bằng
nhau
trong
những

Diện tích quét của
quỹ đạo