केपलर ने डेटा से अपना तीसरा कानून "अनुमान" कैसे लगाया?


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यह आश्चर्यजनक है कि केपलर ने बिना कैलकुलेटर के और केवल कलम और कागज का उपयोग करते हुए, डेटा को देखकर अपने तीन कानूनों को निर्धारित किया। यह अनुमान लगाने योग्य है कि उसने अपने कानूनों को कैसे साबित किया डेटा का वर्णन करने के बाद उसने पहले ही उन्हें खारिज कर दिया था, लेकिन मुझे समझ में नहीं आता है कि उसने पहली बार में उन्हें कैसे अनुमान लगाया।

मैं केप्लर के तीसरे नियम पर विशेष रूप से ध्यान केंद्रित करूंगा, जिसमें कहा गया है कि किसी ग्रह की कक्षीय अवधि का वर्ग कक्षा के अर्ध-प्रमुख अक्ष के घन के समानुपाती होता है।

मुझे लगता है कि केप्लर केवल ग्रहों के बारे में डेटा के साथ काम कर रहा था, साथ ही हमारे अपने चंद्रमा, और सूर्य। मैं यह धारणा बनाता हूं क्योंकि मुझे नहीं लगता कि केप्लर के पास अन्य चंद्रमाओं, धूमकेतु या क्षुद्रग्रहों के बारे में डेटा था, जो दूरबीन द्वारा अभी तक नहीं देखे गए थे। अगर यह सच है, यह जानते हुए कि नेप्च्यून, यूरेनस और प्लूटो की खोज अभी तक नहीं हुई थी जब केप्लर जीवित था, इसका मतलब है कि केप्लर के पास काम करने के लिए 9 से कम डेटा बिंदु थे।

मेरे मित्र का दावा है कि यह पूरी तरह से समझ में आता है कि कैसे केप्लर ने इस रिश्ते का अनुमान लगाया (हालांकि वह प्रदान करता है कि केप्लर ने इसे कैसे किया है) की कोई विधि नहीं है, और यह भी कि केप्लर की टिप्पणियां "वह कठिन नहीं है"। एक चुनौती के रूप में, मैंने अपने मित्र को एक स्तंभ के साथ , दूसरे और 9 निर्देशांक साथ एक डेटा तालिका दी जो संबंध फिट करती है । मैंने कहा "कृपया और बीच संबंध खोजें ", और जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं कि वह ऐसा करने में विफल रहा।एक्सy(एक्स,y)एक्स4=y3एक्सy

कृपया मुझे समझाएं कि दुनिया में केप्लर ने इतने कम डेटा बिंदुओं के साथ काम करने वाले इस रिश्ते का अनुमान कैसे लगाया। और अगर मेरी धारणा यह है कि केप्लर के निपटान में डेटा बिंदुओं की संख्या छोटी है, गलत है, तो मैं अभी भी कैलकुलेटर के बिना इस रिश्ते का अनुमान लगाना काफी मुश्किल समझता हूं।


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उसने केवल मंगल ग्रह के बारे में डेटा का उपयोग किया था। उनके बॉस, टायको ब्राहे ने उन्हें एक बार और सभी के लिए मंगल के प्रतिगामी गति का पता लगाने के लिए कहा। और उसने ऐसा ही किया। तीसरा कानून उनके ज्योतिषीय पैटर्न फिटिंग हारमोंस मुंडी में आया और उनके पास इस ज्यामितीय समस्या को हल करने के लिए पर्याप्त डेटा था । अधिक डेटा ने उसकी मदद नहीं की होगी। उन्होंने वास्तव में मंगल के विरोधाभास का केवल एक उपसमुच्चय ग्रहण किया, जिसे तिको ब्राहे ने मनाया था।
लोकलफ्लफ

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भौतिकी पर क्रॉस-पोस्ट किया गया और फिर एचएसएम में स्थानांतरित हो गया ।
HDE 226,868

केपलर के पास अपने पहले और दूसरे कानूनों को प्राप्त करने के लिए बहुत सारे डेटा थे, जिनमें से प्रत्येक एक समय में एक ही ग्रह पर लागू होता है, लेकिन उसका तीसरा कानून एक पूरी तरह से अलग जानवर है। यह विभिन्न ग्रहों की कक्षीय विशेषताओं को एक दूसरे से संबंधित करता है। कोई फर्क नहीं पड़ता कि टिको ने कितना डेटा एकत्र किया था, केवल छह ग्रह थे (पृथ्वी को गिनते हुए लेकिन सूर्य या चंद्रमा की गिनती नहीं), और केप्लर द्वारा उनकी कक्षीय विशेषताओं की गणना (श्रमपूर्वक) इतनी अधिक नहीं देखी गई थी। छह अंक, त्रुटि के उच्च मार्जिन के साथ प्रत्येक, एक रैखिक संबंध प्रदर्शित करने के लिए पर्याप्त है, लेकिन मुश्किल से।
ganbustein

@LocalFluff: मैंने यह भी पढ़ा है कि केप्लर मूल रूप से केवल मंगल ग्रह के बारे में डेटा का उपयोग करता था। लेकिन यह देखते हुए कि तीसरा कानून विभिन्न उपग्रहों की कक्षीय अवधि के बीच संबंधों को व्यक्त करता है , वह संभवतः ऐसा कैसे कर सकता है, चाहे वह अकेले मंगल के बारे में कितनी भी जानकारी रखता हो?
मार्क वैन लीउवेन

@MarcvanLeeuwen मुझे लगता है कि यह चीजों की उनकी नई शारीरिक दृष्टि से नीचे आता है। प्राकृतिक नियमों का एक ही सेट सार्वभौमिक रूप से सभी गतियों का मार्गदर्शन करता है। अन्य लोगों ने बाद में सभी ग्रहों और चंद्रमा के लिए इसकी पुष्टि करने के लिए थकाऊ गणना की और एक धूमकेतु के लिए हैली, निश्चित रूप से पहले से ही 17 वीं शताब्दी में। केवल सूक्ष्म सापेक्षतावादी प्रभावों के कारण बुध की कक्षा काफी फिट नहीं थी।
लोकलफुल

जवाबों:


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केपलर का तीसरा कानून अपने पहले कानून की तुलना में तुच्छ (मेरी राय में) है। मैं काफी प्रभावित हूँ कि वह इस बात की कटौती करने में सक्षम था कि कक्षाएँ दीर्घवृत्त थीं। इसे प्राप्त करने के लिए, उसे पृथ्वी से पृथ्वी की दिशा और मंगल से पृथ्वी की दिशा की साजिश रचते हुए आगे-पीछे जाना पड़ा। वह दोनों ग्रहों की लंबाई जानता था, इसलिए एक मंगल वर्ष को अलग-अलग मानने से अवलोकन केवल इसलिए अलग होगा क्योंकि पृथ्वी हिल गई थी।

लेकिन शायद इतना तुच्छ नहीं। उन्होंने अपने पहले दो कानूनों को 1609 में प्रकाशित किया। तीसरा कानून 1619 में दस साल बाद तक साथ नहीं आया। इस पर काम करने के लिए दस साल के साथ, यहां तक ​​कि सबसे अस्पष्ट संबंध अंततः मिल जाएगा।

अनुपात-संबंधी संबंधों की खोज करने के लिए, संख्याओं के लघुगणक को प्लॉट करें। आपके उदाहरण में , लॉग ढलान के साथ एक सीधी रेखा पर स्थित होगा ।एक्स4=y33/4

समय सही है। नेपियर ने 1614 में लघुगणक पर अपनी पुस्तक प्रकाशित की। केप्लर ने अपने चमकदार पुराने डेटा पर इस चमकदार नए गणितीय उपकरण को लागू किया।

बड़ी बाधा यह थी कि उस समय केवल छह ज्ञात ग्रह थे, इसलिए उनके पास डेटा बिंदुओं की बहुतायत नहीं थी, और जो उनके पास थे वे किसी भी तरह से सटीक नहीं थे।

केप्लर की अन्य समस्या यह है कि उनके किसी भी कानून ने उनके लिए कोई मायने नहीं रखे। वे डेटा फिट करते हैं, लेकिन उन्हें पता नहीं क्यों था। उनके पास काम करने के लिए न्यूटन के गति के नियम नहीं थे, उन्हें बल, संवेग, कोणीय गति और निश्चित रूप से गुरुत्वाकर्षण की समझ नहीं थी। अब तक वह जानता था, ग्रहों ने जिस तरह से किया क्योंकि भगवान ने इसे कम कर दिया और स्वर्गदूतों को उनकी कक्षाओं के साथ धकेलने का काम सौंपा गया। बाहरी ग्रह धीमी गति से चले गए क्योंकि उन्हें कम स्वर्गदूतों द्वारा धकेला जा रहा था।

(फेनमैन टिप्पणी करते हैं कि हम अब और अधिक समझते हैं। अब हम जानते हैं कि स्वर्गदूत सूर्य की ओर बाहर की ओर धकेल रहे हैं।)


हालांकि मैं शायद ही केप्लर के काम का विद्वान हूं, AFAIK ने केपलर के लिए स्वर्गदूतों के स्पष्टीकरण का श्रेय एक पूर्ण निर्माण है। क्या आपके पास इसके लिए एक संदर्भ है जो या तो केप्लर द्वारा लिखा गया है या एक जो सीधे सीधे केप्लर का हवाला देता है?
स्टेन लिउ

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केपलर ने वास्तव में चुंबकत्व बनाने की कोशिश की (तब विलियम गिल्बर्ट के कारण लोकप्रिय) ने सूर्य के चारों ओर ग्रहों की चाल को समझा। यह वह है जो भौतिक विज्ञान की नींव है। उसने चर्च में स्वर्गदूतों को छोड़ दिया। और वह केवल मंगल ग्रह के बारे में चयनित डेटा का उपयोग करता था, और उसके पास जितना संभव था उससे अधिक डेटा था। अपने समय का बिग डाटा। डेटा की कमी उनकी सारी समस्या नहीं थी।
लोकलफाल

दरअसल, कैस्पर पी। 67: "यह नया विचार है कि सूर्य में एक बल स्थित है जो ग्रह गतियों का निर्माण करता है, और जो इतना कमजोर है, आगे हटा दिया ग्रह बल के स्रोत से है। सुनिश्चित करने के लिए, अपने में। पुस्तक वह एक 'एनिमा मोट्रिक्स,' एक चलती आत्मा की बात करती है, लेकिन पहले से ही इस अवधि के एक पत्र में वह शब्द का उपयोग करता है 'शक्ति,'। '' लेकिन एनिमा मोट्रिक्स एक परी नहीं है ... एनिमा मोट्रिक्स पर यह जर्मन विकिपीडिया लेख भी दिलचस्प है।
स्टेन लिउ

@StanLiou हां, शब्दों के संदर्भ को ध्यान में रखना होगा। "आत्मा" बल के लिए एक शब्द है। जैसे हम आज अपने तकनीकी समाज का वर्णन करने के लिए प्राकृतिक घटनाओं और कृषि के लिए सरल शब्दों का उपयोग करते हैं: (गेहूं) खेत, (मछली पकड़ने) शुद्ध, (नदी) वर्तमान। यहां तक ​​कि नए शब्द "बादल" के रूप में सामने आते हैं। हम इसका शाब्दिक अर्थ नहीं है और न ही "आत्मा" शब्द का शाब्दिक अर्थ था। एक मध्ययुगीन किसान इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में एक पाठ्यपुस्तक द्वारा काफी भ्रमित हो सकता है!
लोकलफुल

@LocalFluff हाँ, एक परिचित तुलना करने के लिए, गतिज ऊर्जा का मूल नाम विवा ('जीवित बल') था, जो शब्द पहले की परंपरा से अपनाया गया था लेकिन शाब्दिक जीवन का उल्लेख नहीं करता है। यह शब्द अभी भी कक्षीय यांत्रिकी में इस दिन तक जीवित है।
स्टेन लिउ

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तीसरा कानून कैसे आया, इस बारे में केप्लर का लेखा-जोखा इस प्रकार है (कैस्पर p.286; जोर मेरा);

इस वर्ष 1618 के 8 मार्च को, यदि समय के बारे में सटीक जानकारी वांछित है, तो यह मेरे सिर में दिखाई दिया। लेकिन मैं अशुभ था जब मैंने इसे गणना में डाला, और इसे असत्य के रूप में खारिज कर दिया। अंत में, 15 मई को, यह फिर से आया और एक नई शुरुआत के साथ मेरे मन के अंधेरे पर विजय प्राप्त की, जिसके बाद वहाँ व्हिस्की ने मेरे सत्रह वर्षों के काम के दौरान टायकोनिक टिप्पणियों और मेरे वर्तमान विचार-विमर्श के बीच इस तरह के एक उत्कृष्ट समझौते का पालन किया जिसे मैंने पहली बार माना था कि मुझे लगा था सपोर्टिंग प्रूफ में सपना देखा और मान लिया। लेकिन यह पूरी तरह से निश्चित और सटीक है कि किसी भी दो ग्रहों के आवधिक समय के बीच का अनुपात औसत दूरी के अनुपात का डेढ़ गुना है

हालाँकि केप्लर वास्तव में प्रेरणा का वर्णन नहीं करता है जिसके कारण उसे यह विश्वास करने के लिए प्रेरित किया गया था, जब कुछ पृष्ठभूमि की जीवनी संबंधी जानकारी के साथ संयुक्त होने पर जिज्ञासु वाक्यांश एक बहुत मजबूत सुराग प्रदान करता है:

  1. जॉन नेपियर ने 1614 में मिर्चेरी लॉगरिथमोरम कैननिस डेस्क्रिप्टो प्रकाशित किया , जिसमें लॉगरिथम का नया आविष्कार था। केप्लर 1617 तक नेपियर के काम के बारे में जानते थे (कैस्पर पी। 308), शायद पहले।
  2. जोस्ट बर्गी ने लगभग नेपियर के समान लॉगरिदम पर काम प्रकाशित किया, और केप्लर भी इसी तरह से बर्गी के बारे में जानते थे, यहां तक ​​कि गणित के अधिकांश प्रोफेसरों को पार करते हुए उनकी गणितीय क्षमताओं की भी प्रशंसा करते थे।

इस प्रकार, केप्लर का कथन यह कहने के बराबर है कि डेटा लॉग-लॉग ग्राफ़ पर 1.5 की ढलान बनाता है, जो इस पैमाने पर एक बहुत ही सरल रैखिक संबंध है।


संदर्भ:

  1. कैस्पर, मैक्स, केप्लर , (डोवर, न्यूयॉर्क, 1993)।

दिलचस्प है कि उन्होंने औसत दूरी का उल्लेख किया ।
कोडइन्चोस
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