На плечах гигантов - Стивен Хокинг

Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 года в городе Вайль-дер-Штадт в Вюртемберге (теперь это территория Германии). Его отец Генрих Кеплер был, по словам самого Иоганна, «бессовестным, грубым и вздорным воякой», который несколько раз бросал семью, чтобы податься в наемники и подавлять протестантские волнения в Голландии. Считалось, что где-то там, в Нидерландах, Генрих и погиб. Юный Иоганн жил с матерью Катариной в дедовском трактире, где его с ранних лет, несмотря на слабое здоровье, заставляли работать – подавать гостям еду.

У Кеплера была близорукость и к тому же двоилось в глазах, что, как предполагалось, было вызвано осложнениями после оспы, от которой он едва не умер, а кроме того, у него было слабое пищеварение и «скрюченные» пальцы, что сильно ограничивало юношу в выборе профессии, и с точки зрения родных он мог стать только священником.

Свою мать Катарину Кеплер описывал словами «вспыльчивая» и «сварливая», однако он с детства понимал, что причина в отце. Катарину воспитала тетка, которая занималась колдовством и была сожжена на костре. Поэтому для Кеплера не стало неожиданностью, когда подобные обвинения предъявили и самой Катарине. В 1577 году Катарина показала сыну «великую комету», показавшуюся в небесах в тот год, и впоследствии Кеплер говорил, что благодаря матери в его жизни наступил переломный момент. Невзирая на тревоги и мучения в детстве, Кеплер проявлял очевидные таланты и сумел получить стипендию для одаренных мальчиков из небогатых семей, живших в немецкой провинции Швабии. Сначала он ходил в немецкую начальную школу в Леонберге, а затем перешел в латинскую школу, где в совершенстве усвоил латинский научный стиль, характерный для его дальнейших работ. Хилый и не по годам умный Кеплер стал мишенью для травли и побоев, одноклассники считали его всезнайкой, и вскоре он погрузился в религиозные штудии, чтобы отрешиться от своей горькой участи.

В 1587 году Кеплер поступил в Тюбингенский университет, где изучал богословие и философию. Кроме того, он заявил о себе как о прилежном студенте, всерьез интересующемся математикой и астрономией, и отстаивал гелиоцентрическую систему Коперника, вызывавшую в те времена жаркие споры. Юный Кеплер был таким страстным сторонником коперниканской модели Вселенной, что зачастую участвовал в публичных дебатах на эту тему.

В основном Кеплера интересовало богословие, однако он все больше и больше увлекался гелиоцентрической Вселенной с ее мистическим обаянием. Он собирался окончить университет в 1591 году и начать преподавать на богословском факультете, однако его рекомендовали на должность преподавателя математики и астрономии в протестантской школе в австрийском городе Граце, и искушение оказалось непреодолимым. Так в 22 года Кеплер отказался от церковной карьеры в пользу карьеры научной. Однако он никогда не отрекался от веры в Бога как в творца Вселенной.

Тюбингенский университет. Здесь Кеплер получил степень магистра богословия.

В XVII веке астрономия и астрология практически не разделялись. В число обязанностей Кеплера как математика в Граце входило составление астрологического календаря с предсказаниями. В то время это была обычная практика, да и дополнительные деньги, которые платили за эту работу, явно вдохновляли Кеплера, однако он никак не ожидал, что выход в свет его первого календаря вызовет столь бурную реакцию. Он предсказал необычайно холодную зиму, а также нашествие турок, и когда оба прогноза сбылись, Кеплера провозгласили пророком. Несмотря на славу и почет, Кеплер не придавал особого значения своей работе над ежегодными альманахами. Астрологию он называл «слабоумной дочуркой астрономии» и относился с равным пренебрежением и к интересу публики, и к намерениям астрологов. «Если предсказания астрологов вдруг сбываются, – писал он, – это следует приписывать удаче». Тем не менее Кеплер неизменно обращался к астрологии, если оказывался в стесненных обстоятельствах, а такое в его жизни случалось постоянно, и на самом деле не терял надежды выявить у астрологии какую-то научную основу.

Город Грац, где Кеплер после окончания университета преподавал математику в протестантской школе.

Как-то раз Кеплера во время лекции по геометрии в Граце посетило внезапное озарение, направившее его научную страсть в новое русло и перевернувшее всю его жизнь. Он решил, что в его руках ключ к тайнам Вселенной. На доске перед классом он нарисовал равносторонний треугольник, вписанный в круг, и вписал в треугольник еще один круг. Ему пришло в голову, что отношение диаметров кругов равно отношению диаметров орбит Сатурна и Юпитера. Вдохновленный этим озарением, он предположил, что все известные на тот момент шесть планет выстроены вокруг Солнца так, что между ними идеально вписываются геометрические фигуры.

Рисунок Кеплера, изображающий его модель пяти платоновых тел.

Поначалу Кеплер безуспешно проверял свою гипотезу на двумерных плоских фигурах – пятиугольнике, квадрате и треугольнике. Затем он обратился к платоновым телам, которые построил из обычных геометрических фигур. С точки зрения Кеплера, это объясняло, почему планет ровно шесть (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн) с пятью промежутками и почему расстояния между ними не одинаковы. Геометрическая теория орбит планет и расстояний между ними вдохновила Кеплера на создание «Тайны мироздания» (Mysterium Cosmographicum), вышедшей в свет в 1596 году. Работа над трактатом заняла год, и хотя общая схема совпадала с расчетами лишь с известными допущениями, Кеплер, очевидно, был заранее искренне убежден, что в конце концов его теории обязательно подтвердятся:

«Удовольствие от этого открытия было столь сильным, что этого не выразишь словами. Я более не жалею о потраченном времени. Днем и ночью я был поглощен вычислениями, желая проверить, соответствует ли моя гипотеза орбитам Коперника или же радость моя пойдет прахом. Не прошло и нескольких дней, как все сошлось, и я наблюдал, как геометрические тела одно за другим идеально вписываются в пространство между планетами».

Остаток жизни Кеплер посвятил поискам математических доказательств и научных наблюдений, которые оправдали бы его теории. «Тайна мироздания» стала первым научным трудом, однозначно подтверждавшим идеи Коперника, со времен выхода в свет трактата самого Коперника «О вращениях», и Кеплер как богослов и астролог твердо решил выяснить, как и почему Господь создал Вселенную. Гелиоцентрическая модель неизбежно вызывала вопросы религиозного толка, однако Кеплер придерживался той точки зрения, что центральное положение Солнца – это важнейшая черта замысла Божия, поскольку благодаря ему планеты согласованно движутся и сохраняют порядок. В этом смысле Кеплер отошел от гелиостатической системы Коперника, в которой Солнце располагалось «поблизости» от центра, и поместил Солнце непосредственно в центр системы.