Johannes Kepler

Johannes Kepler (1571-1630) fue un astrónomo y matemático alemán, famoso por crear lo que fue, hasta aquel momento, el modelo más preciso de astronomía planetaria a partir de sus tres leyes del movimiento de los planetas. Kepler fue el primero en presentar una teoría coherente de que estos se mueven alrededor del Sol en órbitas elípticas, de que la velocidad de cada planeta varía y de que el Sol es responsable de esa variación.

Primeros años

Johannes Kepler nació el 27 de diciembre de 1571 en Weil der Stadt en Baden-Wurtemberg, Alemania. Su padre, Heinrich Kepler, era un soldado, y su madre, Katharina Guldenmann, era hija de un alcalde local. A pesar de su pasado humilde, Johannes pudo estudiar en la Universidad de Tubinga. Más tarde, Kepler dijo una vez que su amor por la astronomía había aparecido a los seis años, cuando su madre lo había llevado a una colina para observar un cometa que cruzaba el cielo. Un profesor que lo influyó en Tubinga fue Michael Maestlin (1550-1631), un astrónomo que apoyaba los principios expuestos por Nicolás Copérnico (1473-1543), el astrónomo polaco que, como bien se sabe, propuso que la Tierra y otros planetas giraban alrededor del Sol y no al revés. Kepler también aceptó la teoría de Copérnico, sin importar el hecho de que se aferraba a la ambición de unirse al sacerdocio, cuya visión cristiana en aquel momento sostenía que la Tierra era el centro del universo.

Kepler era un luterano heterodoxo, pero la mayor parte de su carrera la llevó a cabo en la corte de príncipes católicos, dado que estos ansiaban aumentar su propio prestigio al contratar científicos. Esto significaba que Kepler tenía que tener cuidado con respecto a sus teorías científicas que desafiaban la perspectiva católica estándar. En 1594, a Kepler lo designaron instructor oficial de astronomía y matemática en la Universidad de Graz, Austria, pero empleó la mayor parte del tiempo en su investigación personal. Kepler publicó Mysterium Cosmographicum (El misterio cosmográfico) en 1597. Aquí, Kepler respaldó la postura de Copérnico y presentó su «teoría de la relación del distanciamiento de los planetas y los índices geométricos de los sólidos regulares (los sólidos regulares son aquellos cuyas caras y ángulos son iguales y paralelos: el cubo, el tetraedro, el octaedro, el dodecaedro y el icosaedro)», (Burns, 158). Otro nombre para los sólidos regulares es sólidos platónicos.

Teorías astronómicas de Kepler

En 1597, Kepler se casó con Barbara Müller, una viuda adinerada. La pareja abandonó Graz en 1598 y se fue a Praga, dado que el danés Tycho Brahe (1546-1601) había invitado a Kepler a la capital bohemia. Brahe era el matemático y astrónomo de la corte de Rodolfo II, emperador del Sacro Imperio Romano Germánico (r. 1576-1612). Kepler sustituyó a Tycho Brahe en 1601 y, algo crucial, heredó sus extendidos y precisos análisis del movimiento planetario. Rodolfo II fue, por ende, un patrón importante de la ciencia. En 1627, Kepler le dedicó al emperador las Tablas rudolfinas, una colección de tablas estelares que les permitían a los astrónomos saber la posición pasada, presente y futura de cualquier planeta. Además, las Tablas eran una ayuda invaluable para los navegantes, ya que había algunas cosas extra que resultaban muy útiles, como un mapa del mundo y una lista integral de las constelaciones.

Kepler se encargó de mapear la órbita de los planetas con precisión y empezó por el más difícil: Marte. Estaba convencido de que el universo estaba bien ordenado porque seguía el plan de Dios. Según Kepler, los humanos podían leer este plan ya que era racional y estaba basado en la lógica de la matemática y la geometría. Era un gran creyente de la armonía cósmica; se tomaba esto de manera tan literal que creía que había una correlación directa entre la Santísima Trinidad del cristianismo y las estrellas, el Sol y lo que hoy llamamos el espacio. La mezcla de la ciencia con la perspectiva divina no era algo nuevo. Desde la antigüedad hasta el siglo XVII (e incluso más), había sido común que los astrónomos fueran también astrólogos, y Kepler no era distinto (aunque él fue el último ícono significativo de la astronomía en practicar la astrología). A Kepler «lo obsesionaba la precisión numérica», (Burns, 160). Para él no cabía la menor duda de que Dios era el matemático por excelencia. Sin embargo, el solo hecho de que el universo se pudiera explicar mecánicamente no significaba, para Kepler (y otros), que no hubiera una causa divina. Aquí lo explica con sus propias palabras:

Mi objetivo es este: demostrar que la máquina celestial no es como una criatura divina, sino como un reloj (aquel que cree que el reloj es animado le asigna al producto la gloria del artífice), en la medida en que casi toda la diversidad del movimiento es causada por una fuerza corpórea y magnética simple, al igual que todo el movimiento del reloj es causado por un peso muy simple. También demostraré que esta explicación física debe someterse a la matemática y la geometría.

(Wootton, 485)

Kepler se convenció de que el Sol era el que gobernaba la órbita de los planetas, porque de alguna manera enviaba una fuerza que controlaba a la perfección estás órbitas observables. En 1600, después de conocer las teorías que William Gilbert presentó en De magnete, Kepler pensó que el poder misterioso que tenía el Sol sobre los cuerpos celestes podía ser algo parecido al magnetismo (pero él no dijo que fuera magnetismo). La respuesta verdadera, sabemos hoy, es la gravedad, pero a Kepler (que sabía que el Sol rotaba) de todas formas le importaba más el problema matemáticamente medible y práctico de predecir la órbita de los planetas; la fuerza que hubiera detrás ya la podría estudiar él mismo (u otros) más adelante. Otra idea clave para Kepler, y aquí difería de casi todos sus predecesores, era que las órbitas no eran perfectamente circulares, sino elípticas. Este concepto iba en contra de la teoría de lo perfecto del Creador, pero Kepler podía argumentar que la constancia periódica de las órbitas, que se repetían por siempre, era perfecta y no así la dirección que estas seguían en el espacio.

Las leyes del movimiento planetario de Kepler

Kepler exhibió sus nuevas teorías radicales en dos obras: Astronomia nova (La nueva astronomía, 1609) y De Harmonices Mundi (La armonía del mundo, 1619). En estas obras, Kepler resalta lo que él consideraba los tres principios fundamentales o regularidades estadísticas (él no usó la palabra «leyes») que gobiernan el movimiento planetario y que se conocieron más tarde como las leyes del movimiento planetario de Kepler (aquí resumidas por W. E. Burns):

1. Los planetas giran alrededor del Sol en elipses, con el Sol en uno de los focos
2. Al dibujar una línea entre un planeta y el Sol, esta siempre recorre la misma área en el mismo periodo de tiempo. Por lo tanto, los planetas aceleran a medida que se acercan al Sol y desaceleran conforme se alejan de él.
3. El cuadrado del tiempo que le toma a los planetas dar la vuelta al Sol es proporcional al cubo de su distancia promedio con respecto a este. (160)

Que Kepler eligiera la palabra «armonía» para su libro no fue coincidencia. Los historiadores Fermi y Bernardini lo sintetizan aquí:

Kepler era profundamente místico… Él pensaba que la relación entre la velocidad máxima y mínima de cada planeta eran armónicas en el sentido musical y se podían expresar en intervalos musicales. Así que, él decía, los planetas tocaban música que solo los ángeles podían escuchar.

(61)

En un principio, solo unos pocos se convencieron de las ideas de Kepler, e incluso el otro gran astrónomo contemporáneo Galileo (nunca se conocieron, pero sí se enviaban cartas) tenía una postura escéptica, pero el modelo de Kepler de los planetas que trazan órbitas elípticas alrededor del Sol debido a una fuerza que enviaba la estrella resultó ser, efectivamente, correcta.

El misticismo de Kepler pudo haberlo ayudado a dar con causas y explicaciones, pero a veces lo llevaba por el mal camino. Por ejemplo, estaba seguro de que, al haber en ese momento seis planetas observables, el número seis tenía que tener un significado especial. A Kepler se le ocurrió la teoría de entrelazar, dentro de sí mismos, los cinco sólidos platónicos que eran, a su vez, especiales por ser las únicas formas que tienen exactamente la misma cara en todos los lados. Para Kepler, esto explicaba por qué no podía haber un séptimo planeta (hoy, por supuesto, sabemos que hay más de seis planetas en nuestro sistema solar). En su búsqueda por una especie de motivo divino, Kepler también explicó que la órbita de los planetas era elíptica y no perfectamente esférica debido a que cada una de estas emitía una «nota» diferente en su concepto de la armonía musical planetaria.

Otros escritos

Además de la astronomía, Kepler abordó muchos otros problemas científicos tales como el funcionamiento del ojo humano. En su obra de 1604 Supplement to Witelo (Suplemento a Witelo), presentó la teoría de que el lente enfocaba la luz sobre la retina. Asimismo, Kepler escribió varios textos sobre astrología y un volumen sobre la nueva estrella que se descubrió en 1604 y que ahora lleva su nombre. Kepler creó una teoría popular y duradera acerca de que las estrellas eran producto de la quema de residuo celestial. En 1611 escribió un tratado, Dioptrice, referido a las mejores ópticas para un telescopio astronómico. El dispositivo se había inventado unos años antes y Galileo lo había perfeccionado, pero la innovación de Kepler de usar dos lentes convexos fue crucial para el desarrollo posterior del telescopio y la Revolución Científica. Kepler recopiló un estudio del volumen de los barriles de vino (útiles para sus cálculos de órbitas elípticas); indagó en el misterio de los copos de nieve (el primer trabajo de cristalografía); discurrió cómo se podía ahorrar espacio al apilar bolas de cañón (la conjetura de Kepler); e incluso escribió una obra de ficción, Somnium, que trata de un viaje a la Luna, pero que dejó inconclusa al morir.

Muerte y legado

En 1612, Kepler dejó Praga y se fue a Linz, Austria, donde trabajó como matemático y profesor. También creó calendarios para venderlos, y esto dio como resultado que se diera cuenta de que la cronología tradicional de a.C/d.C, basada en el nacimiento de Jesucristo, estaba errada por cuatro años. En este momento de su vida, Kepler estaba afligido porque debía defender a su madre, a quien acusaban de bruja. Para variar, tenía algunos problemas financieros ya que Rodolfo II no le había estado pagando por sus servicios. En 1628 o 1629, Kepler pasó a trabajar para Albrecht von Wallenstein (1583-1634), un destacado comandante militar y estadista del Sacro Imperio Romano Germánico. La tarea principal de Kepler era idear horóscopos. Johannes Kepler falleció de una fiebre en Ratisbona mientras viajaba de regreso a Praga el 15 de noviembre de 1630. Lo enterraron en el cementerio protestante de San Pedro en Ratisbona.

El sistema preciso de astronomía planetaria de Kepler fue fundamental para que los pensadores que lo sucedieron fueran capaces de desarrollar sus propios trabajos. El más notable fue Isaac Newton (1642-1727), quien, en sus Principios matemáticos de la filosofía natural de 1687, trajo a la luz la razón detrás de las observaciones perspicaces de Kepler en cuanto al movimiento planetario: la gravedad. Puede que el concepto de Kepler del universo armonioso no haya influido mucho en científicos posteriores que investigaban el cosmos como una serie de mecanismos neutrales y carentes de pensamiento, pero otro legado duradero es el uso que hizo Kepler del término «satélite», que adjudicó por primera vez a las cuatro lunas de Júpiter que había descubierto Galileo.