Thực đơn
Johannes_Kepler
Ngày 4 tháng 2 năm 1600, Kepler gặp Tycho Brahe và các trợ lý của ông là Franz Tengnagel và Longomontanus tại Benátky nad Jizerou (cách Praha 35 km), nơi đài thiên văn mới của Tycho đang được xây dựng. Hai tháng sau đó ông lưu lại như một vị khách, phân tích một vài số liệu của Tycho về Sao Hỏa; Tycho canh giữ dữ liệu của mình rất cẩn thận, nhưng rất ấn tượng với những ý tưởng lý thuyết của Kepler và dần cho phép ông được tiếp cận nhiều hơn. Kepler dự định kiểm chứng lý thuyết của mình[25] trong Mysterium Cosmographicum dựa trên dữ liệu Sao Hỏa, nhưng ông đánh giá rằng công trình có thể tốn đến hai năm (vì ông không được phép chép lại dữ liệu để dùng). Với sự giúp đỡ của Johannes Jessenius, Kepler tìm cách thỏa thuận một chỗ làm chính thức với Tycho, nhưng chuyện này đổ bể sau một cuộc tranh cãi nóng nảy và Kepler rời Praha ngày 6 tháng 4. Hai người sau đó sớm hòa giải và cuối cùng đi đến một thỏa thuận về lương bổng cũng như chỗ ăn ở, và vào tháng 6, Kepler trở về nhà ở Graz để dọn cả gia đình tới Praha.[26]
Những khó khăn về tôn giáo và chính trị tại Graz dập tắt hi vọng chuyển nhà nhanh chóng của Kepler; trong nỗ lực tìm cách tiếp tục việc nghiên cứu thiên văn, Kepler thử xin được bổ nhiệm vào vị trí nhà toán học cho Đại công tước Ferdinand của Áo. Vì mục đích đó, ông đã viết một luận văn-đề tặng cho Ferdinand-trong đó ông đề xuất một lý thuyết giải thích chuyển động Mặt Trăng bằng lực: "In Terra inest virtus, quae Lunam ciet" (Có một lực trên Trái Đất khiến cho Mặt Trăng chuyển động).[27] Dù luận văn không mang lại cho ông một vị trí tại cung đình của Ferdinant, nó đã giúp vạch ra một phương pháp mới để đo đạc nguyệt thực mà ông dùng trong lần nguyệt thực ngày 10 tháng 7 tại Graz. Những quan sát này tạo nên cơ sở cho những khám phá của ông về các định luật quang học sau này sẽ kết tinh trong Astronomiae Pars Optica.[28]
Ngày 2 tháng 8, sau khi từ chối cải sang Công giáo, Kepler và gia đình bị trục xuất khỏi Graz. Vài tháng sau, Kepler đưa cả gia đình tới Praha. Trong suốt năm 1601, ông được Tycho hỗ trợ trực tiếp, giao cho ông việc phân tích các quan sát về hành tinh và viết một đoản luận chống lại Ursus (đã quá cố). Vào tháng 9, Tycho đảm bảo cho ông một vị trí cộng tác viên trong một dự án mới mà ông đề xuất với hoàng đế: Bảng Rudolf thay thế cho danh mục sao trước đây của Erasmus Reinhold. Hai ngày sau cái chết đột ngột của Tycho vào ngày 24 tháng 10 năm 1601, Kepler được bổ nhiệm làm người kế nhiệm ở vị trí nhà toán học hoàng gia với trách nhiệm hoàn thành những công trình dang dở của Tycho. Đã có những giả thiết rằng Kepler đầu độc Tycho để hưởng lợi[29] nhưng một nghiên cứu khai quật tử thi xác nhận rằng đó là đột tử do suy thận.[30] 11 năm làm nhà thiên văn hoàng gia từ đó sẽ là những năm nghiên cứu sôi nổi nhất cuộc đời ông.[31]
Trách nhiệm chính của Kepler trong vai trò nhà toán học triều đình là cung cấp các phép bói chiêm tinh cho hoàng đế. Mặc dù Kepler lấy làm bi quan về những nỗ lực của các nhà chiêm tinh đương thời muốn tiên đoán chính các sự kiện cụ thể trong tương lai hoặc thuộc về thánh thần, chính ông cũng đã lấy nhiều lá số tử vi cho bạn bè, gia đình và những người bảo trợ ngay từ hồi còn học ở Tübingen và được đón nhận nồng hậu. Bên cạnh những lá số tử vi về các liên minh và các lãnh đạo nước ngoài, hoàng đế còn tìm lời chỉ dẫn từ Kepler về các vấn đề chính trị. Rudolf cũng tích cực quan tâm tới các công trình của các học giả ngụ tại triều đình của mình (nhiều trong số đó là các nhà giả kim thuật) và cũng để tâm tới nghiên cứu thiên văn học của Kepler.[32]
Về mặt chính thức, chỉ có Công giáo và phái Calixtine (nhánh ôn hòa của giáo hội cải cách Hussite) là những tín điều được công nhận ở Praha, tuy nhiên vị trí quan trọng của Kepler tại triều đình cho phép ông thực hành các nghi thức tôn giáo Lutheran mà không phải giấu diếm. Hoàng đế cung cấp một khoản thu nhập đáng kể trên danh nghĩa cho ông, nhưng những khó khăn do ngân khố quá tải của triều đình khiến cho các khoản lương không được thanh toán đầy đủ. Một phần vì các khó khăn tài chính, cuộc sống ở gia đình với người vợ Barbara không dễ dàng, chất đầy những tranh cãi vặt và những lần ốm đau. Tuy nhiên đời sống cung đình cho phép Kepler gặp gỡ với nhiều học giả nổi tiếng đương thời (trong đó có nhà ngoại giao, nhà triết học Wacker von Wackenfels, nhà thiên văn David Fabricius, nhà toán học Jost Burgi,...) cũng như có thể tiến hành các nghiên cứu thiên văn một cách thuận lợi.[33]
Trong lúc ông dần dần phân tích số liệu quan sát Sao Hỏa của Tycho-giờ nằm hoàn toàn trong tay ông-và bắt đầu quá trình lập Bảng Rudolf một cách chậm chạp, Kepler cũng tiến hành hành nghiên cứu các định luật về quang học từ luận văn về Mặt Trăng của ông năm 1600. Cả nhật thực và nguyệt thực đều gây ra những hiện tượng chưa được giải thích, như những kích thước bóng kì lạ, màu đỏ máu của nguyệt thực toàn phần, và ánh sáng bất thường bao phủ nhật thực toàn phần. Các vấn đề liên quan tới khúc xạ trong khí quyển áp dụng tới mọi quan sát thiên văn. Trong gần như cả năm 1603, Kepler tạm dừng các công trình khác để tập trung vào lý thuyết quang học, và kết quả là một bản thảo được trình bày cho hoàng đế vào ngày 1 tháng 1 năm 1604, sau đó in dưới tên Astronomiae Pars Optica (tạm dịch: Phần Quang học trong Thiên văn học). Trong cuốn sách, Kepler mô tả định luật nghịch đảo bình phương về cường độ ánh sáng, sự phản xạ bởi gương phẳng và gương cong, và các nguyên lý của máy ảnh lỗ kim (pinhole camera, tức máy ảnh không có ống kính, dùng để quan sát nhật thực), cũng như những ngụ ý thiên văn học của quang học như thị sai và kính thước biểu kiến của các thiên thể. Ông cũng mở rộng nghiên cứu về quang học sang mắt người, và do đó các nhà khoa học thần kinh ghi nhận Kepler là người đầu tiên nhận ra rằng hình ảnh được chiếu lộn ngược vào mắt nhờ có thấu kính mắt (thủy tinh thể) lên võng mạc. Kepler dường như không coi trọng giải đáp vấn đề này cho lắm vì ông không cho nó liên quan tới cơ học, nhưng ông đã gợi ý rằng hình ảnh sau đó được hiệu chỉnh trong những "chỗ rỗng của bộ não" do "những hoạt động của Linh hồn", một nhận xét mang tính tiên tri về thần kinh thị giác.[34] Ngày nay, Astronomiae Pars Optica thường được xem là nền tảng của quang học hiện đại (dù cho định luật khúc xạ còn chưa được biết tới).[34] Kepler cũng đóng góp cho sự hình thành của hình học xạ ảnh với việc giới thiệu ý tưởng về sự thay đổi liên tục của một thực thể toán học trong công trình này. Ông lập luận rằng nếu một tiêu điểm của một đường cô-nic được phép di chuyển dọc theo được thẳng nối các tiêu điểm, dạng hình học sẽ thay đổi hoặc suy biến thành một dạng khác. Theo cách này, một elip sẽ biến thành parabol khi một tiêu điểm tiến tới vô cùng, và khi hai tiêu điểm của một elip nhập thành một, một đường tròn sẽ xuất hiện. Khi hai tiêu điểm của một hyperbol sáp nhập với nhau, hyperbol sẽ biến thành một cặp đường thẳng. Ông cũng giả thiết rằng nếu một đường thẳng được mở rộng tới vô cực nó sẽ gặp chính nó tại một điểm tại vô cực duy nhất, và do đó có những tính chất của một đường tròn bán kính vô cùng lớn. Ý tưởng này về sau được nhiều nhà toán học như Pascal, Leibniz, Monge và Poncelet vận dụng, và được biết dưới tên "tính liên tục hình học" hay định luật về tính liên tục.[35]
Tháng 10 năm 1604, một ngôi sao mới rất sáng xuất hiện lúc chập tối, nhưng Kepler không tin vào những tin đồn cho tới khi ông tận mắt nhìn thấy. Kepler bắt đầu quan sát một cách hệ thống tinh vân đó. Theo chiêm tinh học, cuối năm 1603 đánh dấu sự khởi đầu của một tam giác lửa (tam giác hướng lên là biểu tượng của lửa trong chiêm tinh), bắt đầu cho một chu kỳ 800 năm của các đại giao hội; các nhà chiêm tinh liên kết hai chu kỳ trước với sự nổi lên của Charlemagne và sự ra đời của Jesus, và do đó trông đợi những điềm báo lớn, đặc biệt là liên quan tới hoàng đế. Chính trong hoàn cảnh này, với tư cách nhà toán học triều đình và nhà chiêm tinh cho hoàng đế, Kepler mô tả ngôi sao mới hai năm sau đó trong cuốn De Stella Nova. Trong đó Kepler mô tả các đặc điểm thiên văn về ngôi sao trong khi giữ một cách tiếp cận hoài nghi đối với nhiều cách diễn giải chiêm tinh về nó lưu hành đương thời. Ông ghi chép về độ sáng giảm dần của sao, phỏng đoán về nguồn gốc của nó, và sử dụng sự không quan sát thấy quang sai để lập luận rằng nó nằm trong vòm cầu các định tinh, từ đó làm xói mòn thêm giáo điều về tính bất biến của thiên giới (ý tưởng có từ thời Aristotle rằng các thiên cầu là hoàn hảo và bất biến). Sự ra đời của một ngôi sao mới ngụ ý tính có thể thay đổi của thiên giới. Trong một phụ lục, Kepler cũng thảo luận về một công trình niên đại học mới hồi đó của nhà sử học Ba Lan Laurentius Suslyga; ông tính toán rằng, nếu Suslyga chính xác khi nói những niên biểu được chấp nhận thời bấy giờ bị chậm 4 năm, thì Ngôi sao Bethlehem-tương đồng với ngôi sao mới hiện tại-sẽ trùng hợp với đại giao hội lần thứ nhất của chu kỳ 800 năm trước đó.[36]
Vị trí của stella nova (tân tinh), dưới chân của Ophiuchus, được đánh dấu bằng một chữ N (ô vuông thứ 8 từ trên xuống và thứ 4 từ trái sang).Dòng nghiên cứu mở rộng đúc kết trong Astronomia nova (Một Thiên văn học mới)-bao gồm hai định luật đầu về chuyển động hành tinh-bắt đầu với phân tích, dưới sự chỉ dẫn của Tycho, về quỹ đạo Sao Hỏa. Kepler tính toán lại nhiều phép xấp xỉ khác nhau về quỹ đạo Sao Hỏa sử dụng một đẳng thước (công cụ toán học mà Copernicus phê phán và loại bỏ khỏi công trình của ông), cuối cùng tạo nên một mô hình nhìn chung phù hợp với quan sát của Tycho trong sai số đo đạc trung bình khoảng 2 phút. Nhưng ông cảm thấy chưa hài lòng với kết quả phức tạp và vẫn ít nhiều không khớp này; ở một số điểm mô hình chênh lệch với dữ liệu tới 8 phút. Hàng loạt các phương pháp thiên văn toán học truyền thống không đáp ứng được ông, và Kepler bắt đầu thử quy hồi một quỹ đạo hình trứng với dữ liệu.[37]
Trong quan điểm thần học của Kepler về vũ trụ, Mặt Trời (một biểu tượng của Chúa Cha) là nguồn của các hoạt lực trong Hệ Mặt Trời. Kepler vạch ra một cơ sở vật lý cho nó, tương đồng với lý thuyết của William Gilbert về linh hồn từ tính của Trái Đất trong cuốn De Magnete (1600) và công trình của chính ông về quang học, Kepler giả thiết rằng hoạt lực (hay loại chuyển động trong phân loại Aristotle)[38] phát ra từ Mặt Trời suy yếu theo khoảng cách, khiến cho các hành tinh chuyển động nhanh hơn khi tiến tới gần Mặt Trời và chậm hơn khi rời xa nó.[39][40] Có lẽ giả thiết này đưa đến một mối liên hệ toán học sẽ khôi phục trật tự thiên văn học. Dựa trên các đo đạc về các điểm viễn nhật và cận nhật của Trái Đất và Sao Hỏa, ông lập nên một công thức trong đó tốc độ chuyển động của một hành tinh tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ nó tới Mặt Trời. Tuy nhiên việc kiểm tra quan hệ này trong suốt chu kỳ quỹ đạo, cần số lượng vô cùng lớn những phép tính toán; để đơn giản hóa nhiệm vụ này, cuối năm 1602 Kepler thiết lập lại tỉ lệ bằng hình học: các hành tinh quét những diện tích bằng nhau trong các khoảng thời gian bằng nhau-đó chính là định luật thứ hai của Kepler về chuyển động hành tinh.[41]
Sơ đồ quỹ đạo địa tâm của Sao Hỏa trong một vài chu kỳ chuyển động nghịch hành biểu kiến, rút từ Chương 1 của Astronomia nova, (1609).Sau đó ông bắt đầu tính toán toàn bộ quỹ đạo của Sao Hỏa, sử dụng định luật tỉ lệ hình học và giả thuyết một quỹ đạo hình trứng. Sau khoảng 40 lần thất bại, cuối cùng vào đầu năm 1605 ông đã đi đến ý tưởng về một quỹ đạo elip, mà trước đó ông cho là quá đơn giản, không thể nào các nhà thiên văn trước đó lại bỏ qua được (!). Phát hiện ra rằng một quỹ đạo elip khớp với dữ liệu về Sao Hỏa, ông lập tức kết luận rằng tất cả mọi hành tinh chuyển động theo các đường elip, với Mặt Trời nằm ở một tiêu điểm-đó là định luật thứ nhất của Kepler về chuyển động hành tinh. Tuy nhiên bởi không sử dụng một phụ tá nào để tính toán, ông không thể mở rộng phân tích toán học ra ngoài Sao Hỏa. Cuối năm đó, ông hoàn thành bản thảo của Astronomia nova, nhưng phải đợi tới năm 1609 mới xuất bản được do các tranh cãi pháp lý liên quan tới việc sử dụng dữ liệu quan sát của Tycho với những người thừa kế trong dòng họ Brahe.[42]
Những năm sau khi hoàn thành Astronomia Nova, hầu hết nghiên cứu của Kepler tập trung vào việc chuẩn bị các bảng Rudolf và một tập hợp các lịch thiên văn dựa trên bảng đó. Ông cũng thử bắt đầu một sự hợp tác với nhà thiên văn người Ý Giovanni Antonio Magini, nhưng bất thành. Một vài công trình khác của ông liên quan tới niên đại học, đặc biệt là những sự kiện trong cuộc đời Jesus, và chiêm tinh học, chủ yếu là sự phê phán các tiên đoán hão huyền về các thảm họa diệt vong như của Helisaeus Roeslin.[43]
Kepler và Roeslin đụng độ nhau trong một loài những bài tấn công ăn miếng trả miếng, trong khi bác sĩ Philip Feselius công bố một công trình phản bác môn chiêm tinh nói chung, nhất là công trình của Roeslin. Đáp lại cái mà Kepler cho là sự thái quá của một bên là chiêm tinh học và bên kia là sự chối bỏ nó quá hăng hái, Kepler soạn Tertius Interveniens (tạm dịch: Những can thiệp từ bên thứ ba). Về danh nghĩa công trình này - được giới thiệu cho nhà bảo trợ chung của Roeslin và Feselius-là một suy nghĩ giảng hòa giữa các học giả thù nghịch, nhưng nó cũng trình bày quan niệm chung Kepler về giá trị của chiêm tinh học, bao gồm một vài cơ chế có tính giả thuyết về tương tác giữa hành tinh và linh hồn con người. Trong khi Kepler xem hầu hết các phương pháp và quy tắc truyền thống của chiêm tinh học là "phân dậy mùi quỷ dữ" trong đó một con gà cần mẫn kéo lê chân, có một "hạt giống hiếm hoi, thực vậy, thậm chí một hạt ngọc trai hay cục vàng" có thể tìm thấy bằng những nhà chiêm tinh khoa học ngay thẳng.[44]
Căn nhà nơi Kepler từng sống, số 4 đường Karlova, Praha, nay là một bảo tàng[45].Đầu năm 1610, Galileo Galilei sử dụng kính viễn vọng do ông mới chế tạo, đã khám phá ra 4 hành tinh quay quanh Sao Mộc. Vào lúc công bố phát hiện của mình (tức quyển Sidereus Nuncius-Sứ giả Sao), Galileo tham khảo ý kiến của Keler, một phần để nhằm tăng cường uy tín cho những quan sát của mình. Kepler trả lời một cách nồng nhiệt bằng một tiểu luận ngắn được in dưới tên Dissertatio cum Nuncio Sidereo (tạm dịch: Thảo luận với Sứ giả Sao). Ông xác nhận quan sát của Galileo và đưa ra một loạt phỏng đoán về ý nghĩa và ngụ ý của các khám phá và phương pháp dùng kính viễn vọng của Galileo, cho thiên văn học cũng như vũ trụ học, chiêm tinh học. Sau đó vào cùng năm Kepler công bố các kết quả quan sát dùng kính viễn vọng của chính mình về các mặt trăng đó trong Narratio de Jovis Satellitibus (tạm dịch, Mô tả về các vệ tinh Sao Mộc), cung cấp thêm sự ủng hộ cho Galileo. Tuy nhiên Galileo đã gây thất vọng cho Kepler khi không bao giờ công bố những phản hồi (nếu có) về Astronomia Nova.[46]
Sau khi nghe nói về khám phá về kính viễn vọng của Galileo, Kepler cũng bắt đầu những nghiên cứu cả lý thuyết và thực nghiệm về quang học viễn vọng sử dụng một kính viễn vọng mượn từ Công tước Ernest của Cologne.[47] Bản thảo hoàn thành tháng 9 năm 1610 và công bố dưới tên Dioptrice (Khúc xạ học) năm 1611. Trong đó, Kepler thiết lập cơ sở lý thuyết của các thấu kính hội tụ lồi kép và thấu kính phân kỳ lõm kép-và cách chúng kết hợp để tạo nên kính viễn vọng của Galileo-cũng như quan niệm về ảnh thực và ảnh ảo, ảnh đứng và ảnh ngược, và ảnh hưởng của tiêu cự lên độ phóng đại và độ thu nhỏ. Ông cũng mô tả một kính viễn vọng cải tiến-ngày nay được gọi là kính thiên văn Kepler-trong đó hai thấu kính lồi có thể tạo ra độ phóng đại lớn hơn tổ hợp thấu kính lồi và lõm của Galileo.[48]
Một trong các sơ đồ từ Strena Seu de Nive Sexangula, mô tả Giả thiết Kepler.Vào khoảng năm 1611, Kepler cho lưu hành một bản thảo của tiểu thuyết Somnium (Giấc mơ, được con trai Kepler in sau khi ông mất). Một phần mục đích của Somnium là để mô tả việc thực hành thiên văn sẽ như thế nào từ góc nhìn ở một hành tinh khác, để chỉ ra tính tiện lợi của một hệ thống phi địa tâm. Bản thảo, đã biến mất sau khi trao tay một vài lần, mô tả một chuyến đi tưởng tượng tới Mặt Trăng, nó một phần mang tính phóng dụ, một phần mang tính tự truyện, và một phần có tính luận văn về du hành liên hành tinh (Carl Sagan lẫn Isaac Asimov xem đây là tiểu thuyết khoa học viễn tưởng đầu tiên trong lịch sử[49]). Nhiều năm về sau, một phiên bản bóp méo của câu chuyện xét tới phiên tòa buộc tội mẹ ông là phù thủy, với người mẹ là người dẫn truyện tham vấn một con quỷ để học cách du hành ngoài không gian. Sau khi bà cuối cùng được tha bổng, Kepler sáng tác thêm 223 cước chú cho câu chuyện-dài gấp vài lần bản thân văn bản gốc-để diễn giải những khía cạnh phúng dụ cũng như nội dung khoa học đáng kể (đặc biệt là đề cập tới địa lý trên Mặt Trăng) ẩn chứa trong văn bản.[50]
Như một món quà năm mới, trong năm 1611 ông cũng sáng tác một tiểu luận tựa đề Strena Seu de Nive Sexangula (tạm dịch, Một món quà Năm Mới về Tuyết Lục giác). Trong luận văn này, Kepler đã lần đầu tiên mô tả đối xứng lục giác của bông tuyết, thảo luận về một cơ sở vật lý nguyên tử luận có tính giả thiết cho đối xứng, và đề xuất thứ sau này được biết tới như Giả thiết Kepler, một mệnh đề về sự sắp xếp tối ưu các khối cầu đặc[51][52]
Năm 1611, căng thẳng tôn giáo-chính trị Praha trở thành một cuộc khủng hoảng thực sự. Hoàng đế Rudolf-khi đó sức khỏe đang suy yếu-bị em trai là Matthias buộc nhường tước hiệu vua Bohemia. Cả hai phe đều tìm lời chỉ dẫn chiêm tinh của Kepler, một cơ hội mà ông đã sử dụng để đưa ra những lời khuyên chính trị mang tính hòa giải (mà ít khi liên hệ với các ngôi sao, trừ trong những khẳng định chung chung nhằm can ngăn những hành động vũ lực bộc phát). Nhưng rõ ràng viễn cảnh tương lai của Kepler trong triều đình Matthias là mờ nhạt.[53]
Cũng trong năm đó, vợ ông Barbara Kepler mắc bệnh sốt phát ban Hungary, và sau đó bắt đầu có những cơn động kinh. Khi Barbara hồi phục, cả ba đứa trẻ đều nhiễm đậu mùa, đứa con trai lớn, Friedrich, mất (6 tuổi). Sau cái chết của con trai, Kepler gửi thư tới các nhà bảo trợ tiềm năng ở Württemberg và Padua để tìm cơ hội di cư. Ở Đại học Tübingen (Württemberg), những lo ngại về việc Kepler đã tiếp nhận dị giáo Calvin vi phạm Tín điều Augsburg đã ngăn cản ông trở về. Tại Đại học Padua, Galileo lúc ấy sắp ra đi giới thiệu Kepler thay ghế giáo sư toán, tuy nhiên Kepler muốn gia đình sống trong lãnh thổ Đức đã không nhận lời; thay vào đó ông tới Áo để sắp xếp một vị trí giáo viên và nhà toán học của hạt Linz. Tuy nhiên, bệnh của Barbara tái phát và bà mất ít lâu sau khi Kepler về nhà.[54]
Kepler hoãn việc chuyển nhà và ở lại Praha cho tới khi Rudolf qua đời vào đầu năm 1612, mặc dù ông cũng không thể nghiên cứu được gì giữa những rối loạn chính trị, căng thẳng tôn giáo và bi kịch gia đình này. Thay vào đó, ông sắp xếp các thư từ và công trình trước đây về niên đại học thành tác phẩm Eclogae Chronicae (tức Tuyển tập niên đại học). Sau khi kế vị ngôi Hoàng đế Thánh chế La Mã, Matthias tái xác nhận vị trí nhà toán học triều đình (và lương bổng) của Kepler nhưng cho phép ông dời tới Linz.[55]
Thực đơn
Johannes_KeplerLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Johannes_Kepler