Если бы историческим личностям присуждали премию за упорство в стремлении к абсолютной точности, то одним из кандидатов наверняка стал бы немецкий астроном Иоганн Кеплер. Кеплер отличался такой дотошностью в измерениях, что даже рассчитал с точностью до минуты, сколько времени провел в материнской утробе: 221 день, 9 часов и 53 минуты (он родился до срока). Поэтому неудивительно, что он до того погрузился в астрономические исследования, что создал самые точные на тот момент астрономические таблицы, а это впоследствии привело к признанию гелиоцентрической модели нашей Солнечной системы.

Кеплер был человеком глубоко религиозным, как и Коперник, чьими трудами он вдохновлялся. Он считал, что упорное изучение законов Вселенной – это исполнение христианского долга: ведь нужно знать, как устроена Вселенная, созданная Господом. Однако, в отличие от Коперника, жизнь Кеплера нельзя назвать спокойной и пресной. Постоянная нужда заставляла Кеплера публиковать астрологические календари и гороскопы, которые, как ни парадоксально, снискали ему некоторую известность, поскольку кое-какие прогнозы оказывались на удивление точными. Кеплеру довелось похоронить нескольких своих детей, а кроме того, унижаться перед судом, когда пришлось защищать свою мать Катарину: ходили слухи, что эта эксцентричная дама промышляет ведовством, и ее едва не сожгли.

У Кеплера была склонность к сложным отношениям с людьми. Самый яркий пример – Тихо Браге, великий астроном, делавший свои наблюдения невооруженным глазом. Тихо Браге посвятил много лет записи и измерениям движения небесных тел, однако ему недоставало математических и аналитических навыков, без которых невозможно понять закономерности небесной механики. Он был человек состоятельный и нанял Кеплера, чтобы тот объяснил некоторые особенности его наблюдений орбиты планеты Марс. Эти особенности уже много лет ставили астрономов в тупик. Кеплер досконально исследовал данные по движению Марса, которые собрал Браге, и понял, что из них следует, что у Марса эллиптическая орбита, и этот успех математически подтвердил коперниканскую модель гелиоцентрической системы. Открыв, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, Кеплер положил начало новой эре в астрономии. Оказывается, движение планет можно предсказать.

При всех своих достижениях Кеплер никогда не был особенно богат и знаменит, и ему несколько раз приходилось бежать из стран, где он селился, из-за религиозных войн или гражданских беспорядков. За свою жизнь – а прожил он 59 лет и умер в 1630 году – Кеплер открыл три закона движения планет, о которых до сих пор, в XXI веке, рассказывают школьникам на уроках физики. И именно третий закон Кеплера натолкнул Исаака Ньютона на открытие закона всемирного тяготения, а вовсе не яблоко.

Иоганн Кеплер родился 27 декабря 1571 года в городе Вайль-дер-Штадт в Вюртемберге (теперь это территория Германии). Его отец Генрих Кеплер был, по словам самого Иоганна, «бессовестным, грубым и вздорным воякой», который несколько раз бросал семью, чтобы податься в наемники и подавлять протестантские волнения в Голландии. Считалось, что где-то там, в Нидерландах, Генрих и погиб. Юный Иоганн жил с матерью Катариной в дедовском трактире, где его с ранних лет, несмотря на слабое здоровье, заставляли работать – подавать гостям еду.

У Кеплера была близорукость и к тому же двоилось в глазах, что, как предполагалось, было вызвано осложнениями после оспы, от которой он едва не умер, а кроме того, у него было слабое пищеварение и «скрюченные» пальцы, что сильно ограничивало юношу в выборе профессии, и с точки зрения родных он мог стать только священником.

Свою мать Катарину Кеплер описывал словами «вспыльчивая» и «сварливая», однако он с детства понимал, что причина в отце. Катарину воспитала тетка, которая занималась колдовством и была сожжена на костре. Поэтому для Кеплера не стало неожиданностью, когда подобные обвинения предъявили и самой Катарине. В 1577 году Катарина показала сыну «великую комету», показавшуюся в небесах в тот год, и впоследствии Кеплер говорил, что благодаря матери в его жизни наступил переломный момент. Невзирая на тревоги и мучения в детстве, Кеплер проявлял очевидные таланты и сумел получить стипендию для одаренных мальчиков из небогатых семей, живших в немецкой провинции Швабии. Сначала он ходил в немецкую начальную школу в Леонберге, а затем перешел в латинскую школу, где в совершенстве усвоил латинский научный стиль, характерный для его дальнейших работ. Хилый и не по годам умный Кеплер стал мишенью для травли и побоев, одноклассники считали его всезнайкой, и вскоре он погрузился в религиозные штудии, чтобы отрешиться от своей горькой участи.

В 1587 году Кеплер поступил в Тюбингенский университет, где изучал богословие и философию. Кроме того, он заявил о себе как о прилежном студенте, всерьез интересующемся математикой и астрономией, и отстаивал гелиоцентрическую систему Коперника, вызывавшую в те времена жаркие споры. Юный Кеплер был таким страстным сторонником коперниканской модели Вселенной, что зачастую участвовал в публичных дебатах на эту тему.

В основном Кеплера интересовало богословие, однако он все больше и больше увлекался гелиоцентрической Вселенной с ее мистическим обаянием. Он собирался окончить университет в 1591 году и начать преподавать на богословском факультете, однако его рекомендовали на должность преподавателя математики и астрономии в протестантской школе в австрийском городе Граце, и искушение оказалось непреодолимым. Так в 22 года Кеплер отказался от церковной карьеры в пользу карьеры научной. Однако он никогда не отрекался от веры в Бога как в творца Вселенной.

В XVII веке астрономия и астрология практически не разделялись. В число обязанностей Кеплера как математика в Граце входило составление астрологического календаря с предсказаниями. В то время это была обычная практика, да и дополнительные деньги, которые платили за эту работу, явно вдохновляли Кеплера, однако он никак не ожидал, что выход в свет его первого календаря вызовет столь бурную реакцию. Он предсказал необычайно холодную зиму, а также нашествие турок, и когда оба прогноза сбылись, Кеплера провозгласили пророком. Несмотря на славу и почет, Кеплер не придавал особого значения своей работе над ежегодными альманахами. Астрологию он называл «слабоумной дочуркой астрономии» и относился с равным пренебрежением и к интересу публики, и к намерениям астрологов. «Если предсказания астрологов вдруг сбываются, – писал он, – это следует приписывать удаче». Тем не менее Кеплер неизменно обращался к астрологии, если оказывался в стесненных обстоятельствах, а такое в его жизни случалось постоянно, и на самом деле не терял надежды выявить у астрологии какую-то научную основу.

Как-то раз Кеплера во время лекции по геометрии в Граце посетило внезапное озарение, направившее его научную страсть в новое русло и перевернувшее всю его жизнь. Он решил, что в его руках ключ к тайнам Вселенной. На доске перед классом он нарисовал равносторонний треугольник, вписанный в круг, и вписал в треугольник еще один круг. Ему пришло в голову, что отношение диаметров кругов равно отношению диаметров орбит Сатурна и Юпитера. Вдохновленный этим озарением, он предположил, что все известные на тот момент шесть планет выстроены вокруг Солнца так, что между ними идеально вписываются геометрические фигуры.

Поначалу Кеплер безуспешно проверял свою гипотезу на двумерных плоских фигурах – пятиугольнике, квадрате и треугольнике. Затем он обратился к платоновым телам, которые построил из обычных геометрических фигур. С точки зрения Кеплера, это объясняло, почему планет ровно шесть (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн) с пятью промежутками и почему расстояния между ними не одинаковы. Геометрическая теория орбит планет и расстояний между ними вдохновила Кеплера на создание «Тайны мироздания» (Mysterium Cosmographicum), вышедшей в свет в 1596 году. Работа над трактатом заняла год, и хотя общая схема совпадала с расчетами лишь с известными допущениями, Кеплер, очевидно, был заранее искренне убежден, что в конце концов его теории обязательно подтвердятся:

Остаток жизни Кеплер посвятил поискам математических доказательств и научных наблюдений, которые оправдали бы его теории. «Тайна мироздания» стала первым научным трудом, однозначно подтверждавшим идеи Коперника, со времен выхода в свет трактата самого Коперника «О вращениях», и Кеплер как богослов и астролог твердо решил выяснить, как и почему Господь создал Вселенную. Гелиоцентрическая модель неизбежно вызывала вопросы религиозного толка, однако Кеплер придерживался той точки зрения, что центральное положение Солнца – это важнейшая черта замысла Божия, поскольку благодаря ему планеты согласованно движутся и сохраняют порядок. В этом смысле Кеплер отошел от гелиостатической системы Коперника, в которой Солнце располагалось «поблизости» от центра, и поместил Солнце непосредственно в центр системы.

Сегодня многогранники Кеплера кажутся сущей ерундой. Но хотя предпосылки «Тайны мироздания» и были ошибочны, выводы Кеплера поражают точностью и определенностью и оказали сильнейшее влияние на формирование современной науки. После выхода книги в свет Кеплер послал экземпляр Галилею, убеждая того «поверить и выступить в защиту», однако итальянский астроном раскритиковал трактат из-за очевидных натяжек. А Тихо Браге, наоборот, проникся к нему живейшим интересом. Труд Кеплера показался ему свежим и увлекательным, и он написал подробную похвальную рецензию на книгу. Как писал впоследствии Кеплер, отклик на «Тайну мироздания» изменил всю его жизнь.

В 1597 году произошло еще одно событие, изменившее жизнь Кеплера: он полюбил Барбару Мюллер, старшую дочь богатого мельника. Они поженились 27 апреля того же года под несчастливой звездой, как отметил впоследствии Кеплер в дневнике. И снова проявился его пророческий дар: отношения в семье не заладились, брак оказался неудачным. Двое старших детей умерли совсем маленькими, и Кеплер впал в отчаяние. Он с головой ушел в работу, чтобы отвлечься от скорби, однако жена не понимала его и не разделяла его устремлений. «Толстая, бестолковая, тупая», – вот как описывал ее Кеплер на страницах дневника. Однако они прожили в браке 14 лет, пока Барбара не умерла от тифа в 1611 году.

В сентябре 1598 года Кеплеру вместе с другими лютеранами было приказано покинуть Грац. Эрцгерцог-католик вознамерился искоренить в Австрии лютеранство. Кеплер побывал у Тихо Браге в замке Бенатки в Праге, после чего состоятельный датский астроном пригласил его к себе, чтобы продолжить исследования. Кеплер побаивался Тихо Браге еще до встречи с ним. «Мое мнение о Тихо таково: он непомерно богат, однако не умеет подобающим образом распоряжаться своими богатствами, как обычно и бывает с богачами, – писал он. – Поэтому кто-то должен отобрать у него накопленное».

Отношениям с женой недоставало простоты, зато Кеплер, едва заключив соглашение о сотрудничестве с аристократом Браге, вполне наверстал упущенное. Поначалу Тихо Браге обращался с молодым Кеплером как с учеником и тщательно формулировал мелкие задания, не давая ему доступа к подробным данным наблюдений. Кеплеру отчаянно хотелось, чтобы к нему относились как к равному, он стремился к независимости, однако Тихо Браге задумал, в сущности, эксплуатировать Кеплера и на основе его исследований построить собственную модель Солнечной системы, некоперниканскую, которую Кеплер не поддержал бы.

Кеплер был оскорблен и раздосадован до глубины души. У Тихо Браге накопилась целая сокровищница наблюдательных данных, однако он не располагал математическим аппаратом, который позволил бы в полной мере оценить их. Наконец Тихо Браге поручил Кеплеру исследовать орбиту Марса, особенности которой уже давно сбивали датского астронома с толку, поскольку она сильнее всех других орбит отличалась от идеальной окружности. Возможно, он просто хотел успокоить неугомонного помощника. Поначалу Кеплер решил, что решит задачу за восемь дней, однако жизнь показала, что на этот проект у него ушло целых восемь лет. Хотя работа шла трудно, ее результаты все оправдали: данные натолкнули Кеплера на открытие, что орбита Марса представляет собой идеальный эллипс, и позволили ученому сформулировать первые два «закона движения планет», о которых он написал в 1609 году в трактате «Новая астрономия».

Через полтора года после начала сотрудничества Кеплера с Тихо Браге датский астроном за обедом занемог и через несколько дней умер от инфекции мочевого пузыря. Кеплер занял пост математика при императорском дворе и получил возможность изучать теорию движения планет, освободившись от пристального надзора Тихо Браге. Кеплер понял, что такой случай упускать нельзя, и забрал все драгоценные записи Браге, не дожидаясь, когда на них станут претендовать наследники астронома. «Признаюсь, что когда Тихо умер, – писал впоследствии Кеплер, – я сразу воспользовался отсутствием или недостатком бдительности наследников и захватил все данные наблюдений, а возможно, и похитил их». Итогом этого стали «Рудольфинские таблицы» Кеплера – собрание данных, которые Тихо Браге накопил за тридцать лет наблюдений. В оправдание Кеплера следует упомянуть, что Тихо Браге на смертном одре просил его закончить таблицы, однако то, что получилось у Кеплера, отнюдь не подтверждало гипотезы Тихо Браге, на что тот явно рассчитывал. Вместо этого Кеплер на основании этих данных и вычислений с помощью логарифмов, которые сам и разработал, делал прогнозы положения планет, не совпадающие с предположениями Тихо Браге. Он смог точно предсказать прохождение Венеры и Меркурия по диску Солнца, хотя сам не дожил до этого астрономического события. «Рудольфинские таблицы» Кеплер обнародовал лишь в 1627 году, поскольку полученные данные постоянно уводили его в новых направлениях.

После смерти Браге Кеплер наблюдал сверхновую – так называемую сверхновую Кеплера, – а кроме того, экспериментально проверял различные оптические теории. Физики и историки считают, что труды по оптике Кеплера не так значительны, как достижения в астрономии и математике, однако выход в свет его книги «Диоптрика» в 1611 году произвел настоящий переворот в оптике.

В 1605 году Кеплер объявил об открытии своего первого закона – закона эллипсов: планеты движутся по эллиптическим орбитам, в одном из фокусов которых находится Солнце. Земля, утверждал Кеплер, проходит ближе всего к Солнцу по своей эллиптической орбите в январе, а дальше всего в июле. Второй закон – закон равных площадей – гласит, что отрезок, проведенный от Солнца к планете, заметает за равные промежутки времени равные площади. Оба закона вошли в книгу «Новая астрономия» (Astronomia Nova), вышедшую в 1609 году.

Однако, несмотря на должность придворного математика и авторитет выдающегося ученого, к которому обращался за советами сам Галилей по поводу открытий, сделанных при помощи только что изобретенных телескопов, Кеплер никак не мог обеспечить себе надежный солидный доход. В Праге вспыхнули религиозные волнения, на новой родине стало неспокойно, в 1611 году у Кеплера умерли жена и любимый сын. В виде исключения Кеплеру позволили вернуться в Австрию, в Линц, где в 1613 году он женился на Сусанне Рейтингер, сироте двадцати четырех лет от роду, которая родила ему семерых детей, однако до взрослых лет дожили лишь двое. Примерно тогда же мать Кеплера обвинили в ведьмовстве, и он в разгар семейных трагедий был вынужден защищать ее в суде, иначе ее сожгли бы на костре. Катарина попала в тюрьму, ее пытали, однако сыну удалось добиться оправдания, и ее освободили.

Из-за всего этого Кеплеру не удавалось нормально работать, и период жизни в Линце поначалу был не очень продуктивным. Кеплер в отчаянии бросил работу над таблицами и приступил к «Гармонии мира» – трактату, отражавшему страсть всей его жизни, который Макс Каспар, биограф Кеплера, назвал «величайшей картиной мироздания, сотканной из науки, поэзии, философии, богословия и мистицизма». «Гармонию мира» Кеплер завершил 27 мая 1618 года. Трактат состоит из пяти книг, где автор последовательно применяет теорию гармонии к музыке, астрологии, геометрии и астрономии. Сформулирован здесь и третий закон движения планет – закон, шесть десятилетий спустя вдохновивший Исаака Ньютона: кубы средних расстояний от планет до Солнца пропорциональны квадратам их периодов обращения. Коротко говоря, Кеплер открыл, как движутся планеты, и тем самым проложил путь Ньютону, который открыл, почему они так движутся.

Кеплер был убежден, что выявил логику, которой Бог руководствовался при сотворении мира, и не мог скрыть своего восторга. В V книге «Гармонии мира» он писал:

В 1618 году началась Тридцатилетняя война, опустошившая земли Австрии и Германии, и в 1626 году Кеплер был вынужден покинуть Линц. Впоследствии он обосновался в городе Саган в Силезии. Там он попытался завершить работу над книгой, к которой возвращался снова и снова на протяжении многих лет, как выяснилось, в ущерб матери во время процесса по обвинению в ведьмовстве. «Сон о Луне» (Somnium seu astronomia lunari), где протагонист узнает, как попасть на Луну, от всезнающего «духа», был приобщен к материалам дела Катарины. У Кеплера ушло немало сил на то, чтобы доказать, что все это чистый вымысел, а «дух» – никакой не дьявол, а просто литературный персонаж. Уникальность книги состоит не только в том, что она далеко опережала свое время по жанру, но и в том, что это был трактат, поддерживающий теорию Коперника.

В 1630 году в возрасте пятидесяти восьми лет Кеплер снова оказался в стесненных обстоятельствах. Он отправился в Регенсбург, где рассчитывал забрать проценты по некоторым ценным бумагам и деньги, которые давал в долг. Однако через несколько дней после прибытия у него начался жар, и 15 ноября он скончался. Хотя Кеплер не стяжал славы Галилея, он оставил труды, оказавшиеся необычайно полезными для профессиональных астрономов, в том числе Ньютона, которые взяли с Кеплера пример в тщательности и точности работы с научными данными. Иоганн Кеплер любил эстетику, гармонию и порядок и открыл, что все это неразрывно связано с его представлениями о Боге. Его автоэпитафия гласит: «Прежде я измерял небеса, а теперь мне предстоит измерять тени земные. Душа моя была с небес, но тень тела моего покоится здесь».