2.8. Johannes Kepler
(1571 - 1630)

Johannes Kepler Er is niemand die zal ontkennen dat Johannes Kepler in de wetenschapsgeschiedenis een goudenmedaillewinnaar is. Deze grootse Duitse wiskundige en astronoom (in de tijd van de King James Bijbel en de Engelse pelgrimstochten naar Amerika) ontdekte enkele fundamentele natuurwetten die de tand des tijds hebben doorstaan en vandaag de dag nog steeds alom gebruikt worden. Hij leidde de wiskunde in de wetenschap naar nieuwe hoogten, zoals het eerste gebruik van logaritmen in de astronomie en het fundament van de integraalrekening. Hij deed diverse uitvindingen en was een van de stuwende krachten achter de beweging van de wetenschap van slaafsheid aan menselijke autoriteit naar een empirisch fundament, en van bijgeloof naar wiskundige wetmatigheden. Hij hielp de mensheid begrijpen hoe het heelal werkt. Toen de grote Isaac Newton zei dat zijn vermogen om verder te kijken dan anderen te danken was aan het feit dat hij "op de schouders van reuzen stond", moet hij ongetwijfeld Kepler in gedachten hebben gehad. Het leven van deze nederige, vrome christen uit een arm, ongeletterd gezin was gevuld met moeilijkheden. Desondanks werd hij een volmaakt voorbeeld van een christen die uitstekend wetenschappelijk werk verrichtte op basis van theologische motieven; Kepler wilde wetenschap doen om God te dienen. In zijn eigen woorden: "hij dacht slechts achter Gods gedachten aan". Ieder die denkt dat het christendom schadelijk is voor de wetenschap moet eens beter kijken naar het leven van deze reus van de wetenschap - en van het christelijke geloof.

Kepler wordt gezien als de "vader van de hemelmechanica". Het verhaal over hoe hij acht jaar lang werkte aan het ontcijferen van de banen van Mars en de andere planeten op basis van de waarnemingen van Tycho Brahe is legendarisch. Kepler was een perfectionist: "goed genoeg" was voor hem niet goed genoeg. Hij begon met de algemeen aanvaarde aanname dat de banen van de planeten perfecte cirkels waren. Hij had bovendien een aanlokkelijke hypothese dat er een relatie bestond tussen de verhoudingen van de afstanden van de banen en de regelmatige veelvlakken, maar dat bleek niet helemaal te werken. Keplers genialiteit en integriteit dwongen hem om zijn geliefkoosde theorie te laten varen en de waarheid te ontdekken. Na vele jaren werk, en duizenden bladzijdes gevuld met langdradige berekeningen, ontdekte hij dat de data pasten bij de formule voor een ellips en eindelijk viel alles op zijn plaats. Dit laat zien dat in de wetenschap een fundamentele waarheid vaak gevonden wordt in details die niet passen bij het bestaande verwachtingspatroon. Een eerlijk wetenschapper zal zijn conclusies baseren op de waargenomen data, en Keplers ontdekking betekende een doorbaak in de geschiedenis van de wetenschap. Met deze ontdekking overwon hij de foutieve gedachte die Ptolemaeus, Aristoteles en zelfs Copernicus deelden en die al 1500 jaar de ronde deed, namelijk dat de banen van de hemellichamen perfecte cirkels waren.

Uit deze ontdekking leidde Kepler zijn drie beroemde natuurkundige wetten af. Deze waren de eerste werkelijk wetenschappelijke wetten, omdat zij gebaseerd waren op empirische data en niet op autoriteit of Aristoteliaanse logica. Kepler stelde precieze wiskundige relaties vast die de beweging van de banen beschreven: (1) de banen van de planeten zijn ellipsen, met de zon als een van de brandpunten; (2) de beweging van een lichaam is niet constant, maar versnelt dichter bij de zon (de verbindingslijn tussen de zon en de planeet bestrijkt in gelijke tijdsintervallen dezelfde oppervlakte); en (3) hoe verder de planeet van de zon verwijderd is, hoe langzamer zij beweegt (het kwadraat van de omlooptijd is evenredig met de derde macht van haar halve lange as). Newton legde deze relaties later uit in zijn gravitatiewet, maar Keplers wetten zijn vandaag de dag nog net zo nauwkeurig als toen hij ze voor het eerst formuleerde en bleken zelfs nuttiger dan hij zich ooit had kunnen voorstellen! Het Jet Propulsion Laboratory van NASA gebruikt Keplers wetten om ruimtevaartuigen door het zonnestelsel te navigeren, en astronomen hebben het regelmatig over Kepleriaanse banen, niet alleen als het om ons zonnestelsel gaat, maar ook bij de omloopbanen van sterren rond sterrenstelsels en de omloopbanen van sterrenstelsels rond clusters en superclusters. Het hele heelal gehoorzaamt Keplers wetten, of - zoals hij het liever zou hebben gezegd - het hele heelal gehoorzaamt Gods wetten die hij slechts blootlegde. Hij zei: "Omdat wij astronomen priesters van de allerhoogste God zijn aangaande het boek der natuur, is het gepast dat wij ons niet zozeer bewust zijn van de glorie van ons verstand, maar - boven alle dingen - van de glorie van God."

Deze ontdekkingen zouden op zich al voldoende zijn om Keplers plaats in de "hall of fame" van de wetenschap te garanderen, maar er is nog veel meer. Niet alleen was Kepler de vader van de hemelmechanica, hij wordt ook gezien als de vader van de moderne optiek. Hij vergrootte het begrip van reflectie, lichtbreking en het menselijke gezichtsvermogen, en verbeterde de bestaande brillen voor zowel bijziendheid als verziendheid én de telescopen waarmee zijn collega Galileo (met wie hij correspondeerde) voor het eerst de ruimte had ingetuurd. Hij vond de zogenaamde "gaatjescamera" uit en ontwierp een mechanische rekenmachine. Hij onderzocht natuurverschijnselen en deed andere fundamentele ontdekkingen over de hemellichamen, zoals de rotatie van de zon en het feit dat de oceaangetijden voornamelijk door de maan worden veroorzaakt (een idee waarvoor Galileo hem uitlachte, maar Kepler bleek gelijk te hebben). Hij voorspelde dat de trigonometrische parallax gebruikt zou kunnen worden om de afstanden tot de sterren te meten. Ook al waren de telescopen in zijn tijd te grof om de parallaxverschuiving te kunnen detecteren, toch bleek hij wederom gelijk te hebben. De recente Hipparcos satelliet gebruikte dit principe om onze metingen van duizenden sterren te verfijnen. Keplers ontdekkingen vormen tezamen een indrukwekkende lijst.

Men zou kunnen denken dat een mens wel uit een heel bevoorrechte familie afkomstig moet zijn om dergelijke grote hoogten te kunnen bereiken, maar niets was minder waar voor deze en andere grote christenen in de wetenschap zoals Newton, Carver en Faraday. Kepler was afkomstig uit een arm, ongeletterd gezin. Hij was vaak ziek en had geen enkel voordeel in zijn leven op basis waarvan zijn succes voorspeld had kunnen worden. Zijn moeder was een lichtzinnige, vaak bijgelovige vrouw en zijn vader was een rondreizende huursoldaat, die vaak van huis was om op het slagveld voor de hoogste bieder ten strijde te trekken. Op zesjarige leeftijd zag Kepler de Grote Komeet van 1577. In die tijd werden kometen beschouwd als slechte voortekens, maar Kepler raakte erdoor gefascineerd. Later kocht en exploiteerde zijn vader een volkscafé; de jonge Johannes moest nu hard werken om te helpen het kwakkelende familiebedrijf draaiend te houden (later, toen de zaak over de kop ging, liet zijn vader zijn gezin in de steek). Toen Kepler de kans kreeg om naar school te gaan, maakte hij grote sprongen voorwaarts door zijn combinatie van genialiteit en ijver. Hij was van nature een godvruchtig mens en besloot daarom dat hij God zou dienen als geestelijke. Hij studeerde twee jaar aan een seminarie van de Universiteit van Tubingen, waar hij onderwezen werd in Latijn, Grieks, Hebreeuws, wiskunde en de gebruikelijke Griekse filosofie. Maar hij kwam hier ook in aanraking met de nieuwere ideeën van Copernicus en mensen die eraan twijfelden dat de Grieken het laatste woord hadden op het gebied van kennis. Toen hij onder druk werd gezet om een baan te accepteren als wiskundeleraar in Graz, 800 kilometer verderop, stelde hij zijn plan om een lutherse predikant te worden met tegenzin uit. In 1597 werd hij uit Graz verdreven door de druk van de katholieke contrareformatie. Hij verhuisde naar Praag, waar hij de assistent werd van de grootse, maar excentrieke astronoom Tycho Brahe, de beste observator van hemellichamen in zijn tijd. Toen Brahe in 1601 overleed, erfde Kepler al zijn vastgelegde waarnemingen van Mars. Hij legde zich toen helemaal toe op het ontraadselen van het probleem van de omloopbaan van Mars, en de rest is geschiedenis. Kepler werd de hofmathematicus van de keizer totdat zijn gezin zich in 1612 door godsdienstige oorlogen opnieuw gedwongen zag te verhuizen, ditmaal naar Linz. Daar publiceerde hij, als mathematicus van het district, nog meer werken en ontdekte hij zijn derde wet van de hemelmechanica. Hij verhuisde in 1626 nog drie keer en stierf uiteindelijk in 1630.

Ondanks zijn successen was Keplers leven gevuld met moeilijkheden, armoede, politieke onrust, valse beschuldigingen en zwaar werk. Hij werd gekweld door complicaties van een pokkenaanval die hij op jonge leeftijd had gehad. Hij had daardoor in zijn verdere leven een groot aantal kwalen. Zijn eerste vrouw kon zijn werk niet waarderen en stierf op jonge leeftijd; drie van hun vijf kinderen stierven als zuigelingen. Kepler hertrouwde later, maar slechts twee van zijn zeven kinderen bereikten de volwassen leeftijd. Door de Dertigjarige Oorlog werd hij herhaaldelijk gedwongen om te verhuizen. Als lutheraan stond hij niet alleen tussen de katholieken en de protestanten in, maar ook tussen de lutherse en de calvinistische geschillen aangaande de communie, de doop en andere onderwerpen. Hij vond dat geen van de beide groepen volledig in overeenstemming was met zijn begrip van de Schrift. Omdat hij alleen aan het Woord van God zelf trouw was, stond hij vaak op gespannen voet met enkele van zijn mede-protestanten. In een tijd vol godsdienstige onrust en bijgeloof leek hij - tussen de verschillende extreme posities - de enige met werkelijke wijsheid en balans. Hij moest zijn moeder verdedigen toen zij valselijk beschuldigd werd van hekserij. Hij zag zich door oorlogen en de pest meerdere malen gedwongen om te verhuizen; drie keer op het hoogtepunt van zijn carrière en drie keer na zijn vijfenvijftigste levensjaar. Hij kreeg nooit betaald voor wat hij waard was; zelfs in die tijd werd al vaak betaald met schuldbewijzen, die maar nooit leken te worden uitbetaald. Zijn vroegtijdige dood was het gevolg van een kou die hij had opgelopen toen hij een zware reis aflegde in een poging om achterstallige betalingen te innen uit de keizerlijke schatkist - een schuld die zelfs zijn nakomelingen later maar met moeite wisten te innen.

Kepler zag zichzelf nooit als een beroemd persoon en was vaak depressief vanwege zijn zware omstandigheden. Toch had hij een innerlijke vreugde die zijn voorstellingsvermogen verhief wanneer hij nadacht over de hemelen en hoe alles werkte volgens het wiskundige plan van de Schepper. De astronomie was zijn "uitvlucht uit de werkelijkheid" wanneer de moeilijkheden en de dwaasheden van de samenleving hem teveel werden. Hij stelde zich voor hoe mensen door de ruimte zouden reizen en speculeerde over aarde-achtige planeten rond verafgelegen sterren. Hij schreef tachtig boeken, waaronder het eerste sciencefictionverhaal "Somnium" ("De droom", over een denkbeeldige vlucht naar de maan) en natuurlijk technischer verhandelingen zoals de volledige compilatie van Tycho's data met gebruik van logaritmen, "De Rudolphinische tafelen"; dit werk leverde een grote bijdrage aan de bevordering van de heliocentrische theorie.

Kepler bouwde op een Pythagoriaanse voorstelling van het heelal, waarin getallen en wiskundige relaties de kern van alle dingen vormen, maar hij goot dit in een karakteristiek christelijke gedaante. Voor hem was de God van de Schriftteksten de grote Mathematicus. Keplers belangrijkste werk, de "Harmonice mundi" ("De harmonie van de wereld") beschreef zijn idee dat de hemellichamen een soort hemelse "muziek van de sferen" zou maken als uitwerking van de gedachten van God, in een perfecte geometrische harmonie. In dit boek drukte hij zijn geloof uit dat de wereld van de natuur, de wereld van de mens en de wereld van God allemaal samen passen in een harmonieus systeem dat door de wetenschap onderzocht zou kunnen worden.

Ooit geloofde Kepler dat een leven als geestelijke de enige manier was waarop hij God zou kunnen dienen en zijn waarheid zou kunnen verkondigen, maar hij ontdekte dat astronomie en wiskunde óók een bediening waren: een manier om deuren te openen naar de gedachten van God. Zijn hele leven lang was Kepler een diep geestelijk mens. Hij zei: "Laat ook mijn naam vergaan, als de naam van God de Vader maar verhoogd wordt." Op 15 november 1630, op zijn sterfbed, vroeg men hem waarop zijn hoop op verlossing was gericht. Vol vertrouwen en vastberaden getuigde hij: "Enkel en alleen op de verdiensten van Jezus Christus. In Hem is alle toevlucht, alle troost en alle heil."

Om Kepler te eren, zijn kraters op de maan en op Mars naar hem vernoemd. NASA’s Kepler ruimtevaartuig werd in 2009 gelanceerd om op te zoek te gaan naar aarde-achtige, leefbare planeten rond andere sterren.

Volgende pagina


NASA-Ames Research Center heeft een goede biografie. Je kunt ook meer te weten komen over het Kepler ruimtevaartuig dat in 2009 werd gelanceerd.

John Hudson Tiner heeft een uitstekende biografie geschreven in de Sowers Series, die geschikt zijn voor jong en oud.

Hier vind je online een seculiere biografie van Kepler, met afbeeldingen en links naar andere sites. In een andere biografie kun je een afbeelding vinden van de voorpagina van de "Harmonices Mundi" ("Harmonie van de wereld").

Het Galileo Project heeft een korte biografie van Kepler. En natuurlijk is er de "Encyclopedia Britannica".

De beste biografie in boekvorm is "Kepler" van Max Caspar (Dover new edition, 1993). Caspar bestudeerde Keplers leven maar liefst 45 jaar lang en had toegang tot de beste historische documenten.

Dr. Michael Fowler aan de University of Virginia heeft een online lezing over Kepler.

Wil jij ontdekken hoe Kepler dit alles ontdekte? Hier is een interessante site die Keplers bewijzen voor zijn drie wetten van de planetaire bewegingen uiteenzet.

De uitstekende zelfstudie "Basics of Space Flight" van het Jet Propulsion Laboratory laat zien hoe NASA Keplers wetten gebruikt om door de ruimte te navigeren (zie hoofdstuk 3).