克卜勒也就是开普勒,即开普勒定律,指的是各个行星在宇宙中围绕着太阳所做的行星运动,其有三大定律,即开普勒第一定律(轨道定律):每一行星沿一个椭圆轨道环绕太阳,而太阳则处在椭圆的一个焦点中。开普勒第二定律(面积定律):从太阳到行星所联接的直线在相等时间内扫过同等的面积。
开普勒第三定律(周期定律):各个行星绕太阳公转周期的平方和它们的椭圆轨道的半长轴的立方成正比。
开普勒幸运地得到了著名丹麦天文学家第谷·布拉赫所观察与收集、且非常精确的天文资料。大约于 1605 年,根据布拉赫的行星位置资料,开普勒发现行星的移动遵守着三条相当简单的定律。同年年底,他撰写完成了发表文稿。但是,直到1609年,才在《新天文学》科学杂志发表,这是因为布拉赫的观察数据属于他的继承人,不能随便让别人使用,因此产生的一些法律纠纷造成了延迟。
在天文学与物理学上、开普勒的定律给予亚里士多德派与托勒密派极大的挑战。他主张地球是不断地移动的;行星轨道不是周转圆 的,而是椭圆形的;行星公转的速度不等恒。这些论点,大大地动摇了当时的天文学与物理学。经过了几乎一个世纪披星戴月,废寝忘食的研究,物理学家终于能够运用物理理论解释其中的奥秘。牛顿应用他的第二定律和万有引力定律,在数学上严格地证明了开普勒定律,也让人们了解其中的物理意义。
开普勒定律是关于行星环绕太阳的运动,而牛顿定律更广义的是关于几个粒子因万有引力相互吸引而产生的运动。在只有两个粒子,其中一个粒子超轻于另外一个粒子,这些特别状况下,轻的粒子会环绕重的粒子移动,就好似行星根据开普勒定律环绕太阳的移动。然而牛顿定律还容许其它解答,行星轨道可以呈抛物线运动或双曲线运动。这是开普勒定律无法预测到的。在一个粒子并不超轻于另外一个粒子的状况下,依照广义二体问题的解答,每一个粒子环绕它们的共同质心移动。这也是开普勒定律无法预测到的。
开普勒定律,或者是用几何语言,或者是用方程,将行星的坐标及时间跟轨道参数相连结。牛顿第二定律是一个微分方程。开普勒定律的推导涉及一些解析微分方程的技巧。在推导开普勒第一定律之前,必须会先推导出开普勒第二定律,因为开普勒第一定律需要用到开普勒第二定律里的一些计算结果。
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