Johannes Kepler kimdir ve neden özeldir?

Johannes Kepler, güneş sistemindeki gezegenlerin dairesel hareketlerini keşfeden ünlü bir Alman matematikçi ve gökbilimciydi. 17. yüzyıl bilim dünyasında önemli bir kişilik olan Johannes Kepler gezegenlerin dairesel hareketleri üzerine yaptığı çalışmalarıyla bilinir.  Astronomia nova, Harmonices Mundi gibi eserleri de Isaac Newton’un kütleçekim kanunun temellerini oluşturur.

Johannes Kepler’in Hayatı

Johannes Kepler, Graz’daki bir ortaokulda matematik öğretmeniydi. Kepler daha sonra Prag’da gökbilimci Tycho Brahe’ın asistanı oldu. Bunun ardından ise kraliyet matematikçi olup imparator II. Rudolf’a ve varisleri Matthias ile II. Ferdinand’a hizmet etti. Linz’de de matematik öğreten Kepler aynı zamanda general Wallenstein’ın da danışmanıydı. Ayrıca optik alanında temel çalışmaları yapan Kepler, mercekli teleskobu geliştirip Kepler teleskobunu ortaya çıkardı ve çağdaşı Galileo Galilei‘nin teleskopik keşiflerinde de kendisine atıf yapıldı.

Johannes Kepler’in yaşadığı dönemde astroloji ve astronomi (gökbilim) arasında kesin bir ayrım yoktu. Buna rağmen fizik ve astronomi kesinlikle birbirinden bağımsız alanlardı. Kepler dini fikirleri de kendi çalışmalarını mantıklandırmak için kullandı. Ona göre tanrı dünyayı mantığın ışığında belirli bir plana ve matematiğe göre yaratmıştı.

Johannes Kepler, 27 Aralık 1571’de bugünkü Almanya, Stuttgart bölgesinde doğdu. Dedesi Sebald Kepler şehrin belediye başkanıydı. Johannes Kepler doğduğunda iki abisi ve bir ablası vardı. Bununla birlikte Kepler ailesinin serveti de gittikçe azalıyordu. Babası Heinrich Kepler, paralı asker olarak güvencesiz bir hayat yaşıyordu ve Kepler beş yaşındayken aileden ayrılmıştı. Kendisinin Hollanda’daki Seksen Yıl Savaşı’nda öldüğü düşünülüyor. Bir hancının kızı olan annesi  Katharina Guldenmann şifacı ve bitki uzmanıydı. Annesi erken doğum yaptığı için Johannes Kepler’in zayıf ve hasta bir çocuk olduğu sanılıyor. Her şeye rağmen olağanüstü matematik yeteneğiyle dedesinin hanına gelen müşterileri etkileyebilen bir çocuktu.

Erken yaşlarda gökbilimle tanışan Johannes Kepler onu hayatı boyunca devam ettireceği bir tutkuya dönüştürdü.  Annesi, Kepler henüz altı yaşındayken 1577 Kuyruklu Yıldızı’nı görebilmesi için onu yüksek bir tepeye götürmüştü. 1580’de 9 yaşındayken başka bir gökbilimsel olaya şahit oldu. Kırmızılığı görebilmesi için dışarı çağrılan Johannes Kepler ilk  kez bir ay tutulmasına şahit oluyordu. Fakat çocukluk döneminde geçirdiği çiçek hastalığı yüzünden gökbilimsel gözlem yeteneklerini sınırlayan zayıf ellere ve gözlere sahip oldu.

1589’da Johannes Kepler Tübingen Üniversitesi’ne başlayarak Vitus Müller’den felsefe,  Jacob Heerbrand’den teoloji, öğrendi. Burada bir matematikçi olarak başarısını kanıtladı ve arkadaşlarına burç yorumları yapmasıyla tanınmaya başlandı. Tübingen profesörü Michael Maestlin’den hem Batlamyusçu hem de Kopernikçi gezegen sistemini öğrendi. O zamanlar bir Kopernik destekçisiydi. Bir öğrenci tartışması sırasında hem kuramsal hem de dinsel açıdan evrenin itici gücü olarak güneş merkezli modeli savundu. Eğitiminin sonlarına, papaz doğru olmak konusundaki isteğine rağmen kendisine protestan okulunda matematik ve astroloji öğretmesi tavsiye edildi. 1594’te, 23 yaşındayken teklifi kabul etti ve Graz’da öğretmenliğe başladı.

Johannes Kepler’in Eserleri

Danimarkalı gökbilimci Tycho Brahe 1601’de öldüğünde, kraliyet matematikçisi olarak onun yerine geçti. Tycho’nun topladığı verileri kullanan Kepler, Mars’ın yörüngesinin elips olduğunu buldu. 1609’da Kepler’in ilk iki gezegensel hareket yasasını açıkladığı Astronomia Nova‘yı yayınladı. Bu çalışmanın başka bir önemli yönü de bir biliminsanın kusurlu ve eksik verilerle emsalsiz doğrulukta bir kuram oluşturabileceğini göstermesidir.

1612’de lüteriyenler Prag’ın dışına çıkmaya zorlandılar. Kendisi de bir lüteriyen olan Kepler, Linz’e taşındı. Eşi ve iki oğlu yeni ölmüştü. Mutlu bir evlilik daha yaptı; fakat hem kişisel hem de finansal sorunlarla karşılaştı. Kepler daha sonra Württemburg’e dönerek cadılıkla suçlanan annesini başarıyla savundu. 1619’da ise üçüncü yasayı açıklayan Harmonices Mundi‘yi yayınladı.

Sürekli yer değiştirmek zorunda kalmasına rağmen 1621’de Epitome Astronomiae‘yi yayınladı. Bu Johannes Kepler’in en büyük eseriydi ve Güneş merkezli sistemi detaylarını sistematik olarak işliyordu. Daha sonra Tycho’nun uzun zaman önce öngördüğü Rudolphine Tabloları‘nı üretmeye devam etti. Bu, gezegen hareketlerini geçmişte veya gelecekte belirlemeye yarayan logoritmalara dayalı tablolardan oluşan bir sistemdi.

Kepler, bu tablolarla Merkür ve Venüs’ün Güneş’in önünde aynı zamanda geçişini hesapladı; fakat bunu görecek kadar yaşamadı. Johannes Kepler, 1630’da borç bulabilmek için gittiği Regensburg’da öldü. Mezarı 30 Yıl Savaşları sırasında yıkıldı. O zamandan beri mezarının yeri bilinmiyor.

Johannes Kepler’in Buluşları

• Gezegen hareketini doğru bir şekilde açıklayan ilk kişi oldu, böylece astronominin kurucuları arasında yerini buldu. Kepler’in çalışmaları doğa yasalarını modern anlamda, yani genel ve doğrulanabilir olarak, açıklayan titiz çalışmalardı.
• Moden optiğin kurucusu ünvanını aldığı Astronomia Pars Optica çalışmasıyla iğne deliği kamera ile fotoğrafların oluşumunu araştırdı, görme sürecini göz içindeki kırılma ile açıkladı, yakın ve uzak görme için gözlük tasarladı, derinlik algısı için iki gözün de kullanımını açıkladı.
• Kepler’in kendisinin bulduğu bir kelime olan ve kitabına adını veren Dioptrice ile gerçek, sanal, ters görüntü ve büyütmeyi açıkladı. Bunun yanı sıra teleskobun işleyiş prensiplerini açıkladı ve iç yansımanın özelliklerini keşfetti.
• Stereometrica Doliorum kitabında ile integral hesabının temellerini oluşturdu.
• Gelgitlerin sebebinin Ay olduğunu savundu. Daha sonra Galileo onu doğruladı.
• Yıldızların uzaklığını ölçebilmek için derinlikle aynı prensipte düşündü ve Dünya’nın yörüngesinden kaynaklanan ıraklık açısını kullandı.
• Astronomia Nova‘da Güneş’in kendi yörüngesinde döndüğünü söyledi.
• Artık evrensel olarak kabul görmüş olan İsa’nın doğum gününü hesapladı.
• Narratio de Observatis a se quatuor Iovis sattelitibus erronibus kitapçığın’da “satellite” yani “uydu” sözcüğünü oluşturdu.

Kepler’in Gezegensel Hareket Yasaları

Johannes Kepler, Tycho’nun Mars ile ilgili gözlemlerini analiz etmek için görevlendirilmişti. Gezegenler arasında Mars’ın tahmin edilen konumu en büyük hataya sahipti ve büyük bir sorundu. Yine de Tycho’nun çalışması teleskobun icadından önceki en iyi çalışmaydı ve Kepler bu veriyi kullanarak Mars’ın yörüngesinin elips olduğunu göstermişti. Kepler, bu çalışmasından gezegenlerin hareketleriyle ilgili üç yasaya ulaşmıştı:

1. Gezegenler, Güneş’i odak alarak elips şeklinde hareket ederler.
   Kepler ilk yasasında gezegenlerin tahmin edildiği gibi kusursuz yuvarlak görüngelerde dönmediğini buldu. Gezegenler elips yörüngelerde dönüyorlardı ve Güneş de bu elips yörüngelerin merkezinde değil, odağındaydı. Bu basit yasaya ulaşmak beş yıllık zorlu bir çalışmanın sonucunda gerçekleşti.
2. Gezegenler yörüngeleri etrafında eşit zaman aralıklarında eşit alanlar tarar.
   Gezegenler bu elips yörüngelerde dönerlerken Güneş’ten uzaklıkları zaman zaman farklılaşır. Kepler, gezegenlerin Güneş’e yaklaştıklarında hızlandıklarını, uzaklaştıklarındaysa yavaşladıklarını keşfetti. Etki küçük ama netti. Güneş’le gezegeni birleştiren bir çizgi yörüngenin herhangi bir noktasında eşit zaman aralıklarında eşit alanları tarar. Bu yasa gezegenlerin konularını hesaplayabilmek ve enerji korunumunu anlayabilmek için önemlidir. Gezegen Güneş’e yaklaştıkça potansiyel enerjisi azalır ve kinetik enerjisi artar. Uzaklaştığındaysa tam tersi olur. Bu yasa olmasaydı, gezegenlerin yerlerini bilebilmek için sürekli gökyüzüne bakmamız gerekirdi.
3. Gezegenin yörünge periyodunun karesi, elipsin yarı büyük eksen uzunluğunun kübüne eşittir.
   Güneş’ten uzaklaştıkça gezegenlerin yörüngeleri büyür ve iç kısımdaki gezegenlerle aynı hızda gitseler de Güneş’in etrafında dönmeleri daha uzun sürer. Ama zaten uzaktaki gezegenler içtekilere göre daha yavaş dönerler. Yani Güneş’ten uzaklaşan gezegenin yörüngedeki dönüşü yavaşlar. Gezegenlerin Güneş’in etrafında dönmesini sağlayan kuvvet mesafe arttıkça azalır. Bu kuvveti de Isaac Newton daha sonra kütleçekimiyle açıklayacaktır.

kaynak 1 ve kaynak 2