Định luật của Kepler

Chia sẻ: Tran Manh Linh Linh | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:7

0
180
lượt xem
45
download

Định luật của Kepler

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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....

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Định luật của Kepler

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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: Các hành tinh chuyển động Định quanh luật Mặt quỹ trời đạ o theo elíp các quỹ của đạo các hình Mặt Trời là 1 hành elíp với tiêu điểm tinh: Mặt trời nằm ở một tiêu điểm. Định Đường luật nối đồng một đề u hành về vận tinh với tốc Mặt Diện tích quét diện trời của quỹ đạo tích: quét qua những
  6. diện tích bằng nhau trong những khoảng thời gian bằng nhau. Bình phươn g chu kỳ chuyển động của một Định hành luật tinh thì về các tỷ lệ chu kỳ với lập chuyể . phươn n g bán động: trục lớn của quỹ đạo elip của hành tinh đó. Với các hành tinh trong hệ mặt trời ta luôn có: Trong đó - T là thời gian cần thiết để một hành tinh quay một vòng
  7. quanh Mặt trời, được gọi là chu kỳ của nó. - a là bán trục lớn quĩ đạo elíp của hành tinh. Sử dụng các định luật này, ông là nhà thiên văn học đầu tiên thành công trong việc dự đoán sự vận động của Sao Kim (trong năm 1631). Các định luật của Kepler là minh chứng đầu tiên rõ ràng cho kiểu nhật tâm của hệ mặt trời, bởi vì chúng đã trở nên rất đơn giản khi đưa Mặt trời vào tâm. Tuy nhiên, Kepler không bao giờ khám phá ra những lý lẽ sâu sắc hơn của định luật, dù nhiều năm trong cuộc đời của ông có thể coi là dành cho việc nghiên cứu những bí ẩn không thuộc về khoa học. Isaac Newton cuối cùng đã cho thấy rằng các định luật là một hệ của những định luật chuyển động và luật hấp dẫn vũ trụ của ông. (Với ưu thế thời hiện đại, định luật về vận tốc diện tích đồng đều có thể hiểu đơn giản hơn khi sử dụng định luật bảo toàn mômen động lượng, còn gọi là động lượng góc. Lần đầu tiên Kepler khám phá ra định luật thứ ba của ông về chuyển động thiên thể vào ngày 8 tháng 3, 1618 nhưng ông đã từ bỏ ý tưởng này cho tới 15 tháng 5, 1618, khi ông kiểm tra lại kết quả của mình. Kết quả này đã được công bố trong cuốn Harmonices Mundi (1619) của ông.

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản