تاريخ الفيزياء : قوانين كيبلر

سنحاول في هذا الجزء ان نتحدث عن  العالم الفيزيائي والفلكي « يوهانز كيبلر  »  وعن اعماله التي  احدثت ثورة في  المجال الفلكي ،خاصة المتعلقة  بشرح وتفسير حركة الكواكب ،والتي استفاد منها العالم الفيزيائي » اسحاق نيوتن « فيما بعد لوضع قوانين الجاذبية ،والتي قلبت النظريات السائدة في العصور الوسطى  راسا على عقب ،والتي ساهم في ظهورها ايضا العالم « كوبرنيكولاوس » الذي دحض بدوره مركزية الارض حيث كان الاعتقاد السائد قبل كوبرنيكولاوس ان الارض هي مركز الكون وان الشمس والكواكب الاخرى تدور حول كوكب الارض . وكان الدليل الملموس والظاهر للعيان انذاك ان الشمس تشرق من المشرق وتغرب في المغرب  . كل هذه التطورات المتراكمة جعلت كيبلر جديرا  بنيل لقب مؤسس علم الفلك الحديث   . اذن فماهو يوهانز كيبلر ؟ وماهي الاعمال التي قام بها وخاصة في المجال الفلكي ؟

ولادة كيبلر ونشاته 

ولد يوهانز كيبلر 27 دجنبر 1571 م في جنوب المانيا وبالضبط في مدينة فابل التابعة لمقاطعة فورتمبرج .ينتمي لعائلة فقيرة حيث كان ابوه يملك  حانة، وكانا والديه يرسلانه للدراسة ليصبح قسيسا بروتستانتيا . ودرس علم اللاهوت في جامعة توبنجن اللاهوتية الشهيرة وكانت له هذه التجربة بمثابة فرصة  ونافذة اولى للدخول الى عالم الفلك، حيث التقى باستاذ شرح له  النظام الكوبرنيكي للعالم نيكولا كوبرنيكولاوس و وهو عالم بولندي نشر نظريته المشهورة حول النظام الشمسي سنة 1534 دحض فيها نظرية كلوديوس بطليموس التي ظهرت منذ  154 قبل الميلاد  والتي كانت تؤمن بمركزية الارض وظلت تلك النظرية راسخة في عقول الناس وتبنتها كذلك الكنائس التي كانت تعتبر في العصور الوسطى بمثابة المصدر الوحيد للمعرفة والعلم لدرجة انها لا تسمح بنشر افكار خارجة عن معتقداتهاوثوابتها الا ان ذلك لم يمنع كوبرنيكولاوس مؤمن بفكرته وبصوابيتها.

وفي نشاته عاش كيبلر حياة مليئة بالترحال لانتمائه للمذهب البروتستانتي …وقيام حركة معارضة الاصلاح البروتستاني في صفوف  الكاثولوكييين ..وعانى كثيرا لعدم قدرته في بعض الاوقات كسب قوته وفقد طفليه الاثنين.. وعاش حرب الثلاثين 1618 _ 1648 قبل وفاته 1630 . ..الا انه من الناحية الشخصية كان شغوفا بالمعرفة والبحث وكان مؤمنا بنظرياته كباقي زملائه رغم تعارضها مع افكار ومعتقدات الكنيسة التي كانت  مركز العلم في اية دولة والتي  تعارض بشدة اي افكار تعارض تعاليم الكنسية الا ان كيبلر هو الاخر دافع عن افكاره.. ودافع ايضا عن امه في المحاكمات  التي اقيمت ضدها بحجة بمزاولة السحر  …

اعمال كيبلر 

اذن بعد حديثنا الموجز عن حياة كيبلر دعونا  نتحدث عن السياق التاريخي لاعماله وسنبدا من عالم اخر يسمى « تيكو براهي »  وهو عالم فلكي كبير معروف انذاك ولد في الدنمارك  ،وكانت بدايته الحقيقية ظهرت حين راى ضوء براق في السماء لم يسبق ان شاهده ،وهذا الشعاع الضوئي كان من نجم في كوكبة الكرسي وتظهر طوال العام ولفترات طويلة ،وبعد تسجيله لقياسات دقيقة عن هذا الشعاع وجد ان هذه القياسات ثابتة لمدة عامين متتالين وادرك حينئد ان هذا الشعاع صادر عن نجم ما وليس لقمر تابع لاحد الكواكب كما اعتقد في البداية.في ذلك الوقت لم تكن عملية الرصد متقدمة او على الاقل تسمح برصد وتسجيل الظواهر الفلكية بشكل جيد فكان من الضروري اذن البحث عن مراصد اكثرا تطورا . وبالفعل حالفه الحظ حين طلب ملك الدنمارك  « فريدريك الثاني » انذاك ببناء مرصد فلكي اعلى قمة جبلية في الدنمارك لمراقبة ورصد الظواهر الفلكية . وبالفعل قام بعد ذلك براهى بتجهيز هذا المرصد باحدث التقنيات  للقيام بعلميات  متابعة ورصد دقيقة للظواهر الكونية . وقد عرف عن براهى اتذاك وكنتيجة لاعماله المتوالية المتعلقة بالرصد بانه راصد جيد . وبخبرته هاته المكتسبة والمتراكمة كان الذراع الايمن لكيبلر لاحقا في التوصل الى قوانينه الشهيرة المتعلقة بحركة الكواكب والمعروفة اليوم بقوانين كيبلر ، فاصبحت الفترة بين عامي 1576 و 1577 بمثابة الانطلاقة الفعلية لثورة المجال الفلكي .

كيف التقى براهى بكيبلر وما دور كل واحد منهما ؟

 بعد وفاة ملك الدنمارك فريديريك الثاني وجد براهي نفسه وحيدا خاصة من ناحية الدعم المادي خصوصا وان هذه الاعمال تتطلب اموالا طائلة وتجهيزات عالية الدقة لذلك وجب عليه البحث عن الدعم المالي لمواصلة اعماله ووجد ضالته في ملك براغ وهناك تعرف على مساعده الجديد الالماني يوهانز كيبلر بعد استدعاه  عام 1600 الى مركزه ليساعده في اعماله خاصة في الاعمال المتعلقة بالحسابات والقياسات كاعداد جداول القياسات والمبيانات وغير ذلك.  كان الاثنان على خلاف علمي دائم لكنهما مؤمنين بان هذه الاختلافات العلمية هي مصدر غنى وقوة وتطور في هذا المجال فكيبلر كان مؤمنا بنظرية كوبرنيكولاوس في مركزية الشمس وان كل ما يرصده براهى يصب في مصلحته ويدعم فكرته هاته  رغم ان براهى كان على النقيض تماما حيث ما زال يؤمن بمركزية الارض .الا ان ذلك لم يمنعهما من مواصلة العمل والبحث . في نظر كيبلر كان ذلك مفيدا للغاية حيث يرى ان كل واحد منهما يكمل  الاخر  فبراهي كان راصدا جيدا وكيبلر كان ملما بالحسابات الرياضية والهندسية .وبعد عملهما لاشهر توفي براهى وورث كبلر جميع الإنجازات الرصدية لتايكو براهي، التي عمرها 20 سنة تقريبيا وصار كيبلرعالما فلكيا في المركز الملكي حيث  يقوم برصد النجوم  في الليالي الصافية بأجهزة بصرية  ، ثم يتحول إلى مكتبه ليدرس أوراقه المكدسة بالأرقام ويحسبها….

 في بادئ الأمر كان كيبلر مهتمًا بشدة بكوكب المريخ، وعكف على دراسة مساره محاولا وضع نموذجا لمسار هذا الكوكب حول الشمس  فلاحظ ان مداره غير دائري، حيث اكتشف ان النموذج الاهيليجي هو الذي  يحقق النتائج الارصادية المحصلة عليها وليس النموذج الدائري.  لكن هذا سيؤدي بدون شك الى انهيار نظرية كوبرنيكوس كلياً، وهذا ما حاول ان يتجنبه قدر الامكان فحاول ان يطوّع  الحسابات ويكررها ليكوّن المدار دائري  لكنه لم يفلح ويحصل دائما على النتيجة ذاتها ووجد ان الدائرة التي اعتبرها لمدار كوكب المريخ، اختلفت عن حسابات براهي بمقدار 8 درجات قوسية، مما جعله يرفض فكرة المدارات الدائرية؛ لايمانه بأن براهي كان راصد جيد…ومنذلك الوقت دفنت نظرية المدارات الدائرية للكواكب وحل محلها المداران الاهليجية… وجاءت قوانينه كالتالي : 

 القانون الاول او قانون المدارات لكيبلر مسارات الكواكب ليست دائرية ولكن إهليلجية، وتحتل الشمس احدى بؤرتي المسار. أما الثاني فيسمى قانون المساحات، ويقول بأن سرعة حركة الكواكب حول الشمس تزداد عند اقتراب الكوكب من البؤرة التي توجد فيها الشمس، لكن الخط الواصل بين الشمس و الكوكب يمسح مساحات متساوية في مدة زمنية متساوية. أما القانون الثالث او قانون الادوار فيقول بأن مربع زمن دورة الكوكب حول الشمس يتناسب اطرادا مع مكعب نصف المحور الأكبر.

وبهذه القوانين الثلاث تمكن كيبلر من وصف حركة جميع الكواكب التي كانت معروفة آنذاك، وصفا دقيقا يطابق بشكل كبير الأرصاد الفلكية.

وقد توفي كيبلر في 15 نونبر 1630، و ترك لنا  هذه القوانين التي ما زلنا ندرسها  في المناهج التربوية لابنائنا الى يومنا هذا، بالإضافة إلى أعمال أخرى في الرياضيات وعلم البلورات والبصريات وغيرها ….فشكرا لكيبلر ..

 اعداد : ذ. رشيد جنكل