Je préfère de loin la critique la plus vive d'un seul homme intelligent à l'approbation irréfléchie des masses.
Johannes Kepler était un astronome, mathématicien et astrologue allemand. C'est une figure clé de la révolution scientifique du 17e siècle, surtout connu pour ses lois du mouvement planétaire, et ses ouvrages Astronomia nova, Harmonices Mundi et Epitome Astronomiae Copernicanae. Ces travaux ont également fourni l'une des bases de la théorie de la gravitation universelle de Newton.
Kepler était professeur de mathématiques dans une école de séminaire à Graz, où il devint associé du prince Hans Ulrich von Eggenberg. Par la suite, il devint assistant de l'astronome Tycho Brahe à Prague, et finalement mathématicien impérial auprès de l'empereur Rodolphe II et de ses deux successeurs Matthias et Ferdinand II. Il enseigna également les mathématiques à Linz et fut conseiller du général Wallenstein. De plus, il effectua des travaux fondamentaux dans le domaine de l'optique, inventa une version améliorée du télescope réfracteur ou télescope de Kepler, et fut mentionné dans les découvertes télescopiques de son contemporain Galileo Galilei. Il était membre correspondant de l'Accademia dei Lincei à Rome.
Kepler vivait à une époque où il n'y avait pas de distinction claire entre l'astronomie et l'astrologie, mais où existait une forte division entre l'astronomie, une branche des mathématiques dans les arts libéraux, et la physique, une branche de la philosophie naturelle. Kepler incorpora également des arguments et des raisonnements religieux dans son travail, motivé par la conviction religieuse et la croyance que Dieu avait créé le monde selon un plan intelligible accessible par la lumière naturelle de la raison. Kepler décrivit sa nouvelle astronomie comme « une physique céleste », comme « une excursion dans la Métaphysique d'Aristote », et comme « un supplément au Traité du Ciel d'Aristote », transformant la tradition ancienne de la cosmologie physique en traitant l'astronomie comme une partie d'une physique mathématique universelle.
Les premières années
Kepler est né le 27 décembre, jour de la fête de saint Jean l'Évangéliste, en 1571, dans la Ville libre d'Empire de Weil der Stadt, aujourd'hui partie de la région de Stuttgart, dans l'État allemand du Bade-Wurtemberg, à 30 km à l'ouest du centre de Stuttgart. Son grand-père, Sebald Kepler, avait été maire de la ville. À la naissance de Johannes, il avait deux frères et une sœur et la fortune familiale des Kepler était en déclin. Son père, Heinrich Kepler, gagnait sa vie de manière précaire en tant que mercenaire et quitta la famille quand Johannes avait cinq ans. On croit qu'il est mort pendant la Guerre de Quatre-Vingts Ans aux Pays-Bas. Sa mère, Katharina Guldenmann, fille d'aubergiste, était guérisseuse et herboriste. Né prématurément, Johannes prétendait avoir été faible et maladif enfant. Néanmoins, il impressionnait souvent les voyageurs à l'auberge de son grand-père par son aptitude mathématique phénoménale.
Il fut introduit à l'astronomie à un jeune âge et développa une passion intense qui durerait toute sa vie. À l'âge de six ans, il observa la Grande Comète de 1577, écrivant qu'il « fut amené par sa mère en un lieu élevé pour la regarder ». En 1580, à l'âge de neuf ans, il observa un autre événement astronomique, une éclipse lunaire, enregistrant qu'il se souvenait d'avoir été « appelé dehors » pour la voir et que la lune « paraissait tout à fait rouge ». Cependant, la variole contractée pendant l'enfance lui laissa une vision faible et les mains estropiées, limitant ses capacités dans les aspects observationnels de l'astronomie.
En 1589, après avoir traversé l'école primaire, l'école latine et le séminaire de Maulbronn, Kepler suivit ses études au Tübinger Stift à l'Université de Tübingen. Là, il étudia la philosophie sous Vitus Müller et la théologie sous Jacob Heerbrand, un étudiant de Philipp Melanchthon à Wittenberg, qui enseigna également à Michael Maestlin tandis qu'il était étudiant, jusqu'à ce qu'il devienne chancelier à Tübingen en 1590. Il se montra être un mathématicien superbe et acquit une réputation d'astrologue compétent, établissant des horoscopes pour les étudiants. Sous l'instruction de Michael Maestlin, professeur de mathématiques à Tübingen de 1583 à 1631, il apprit à la fois le système ptolémaïque et le système copernicien du mouvement planétaire. Il devint copernicien à cette époque. Dans une dispute d'étudiant, il défendit l'héliocentrisme à la fois d'un point de vue théorique et théologique, affirmant que le Soleil était la principale source de puissance motrice dans l'univers. Malgré son désir de devenir ministre, près de la fin de ses études, Kepler fut recommandé pour un poste de professeur de mathématiques et d'astronomie à l'école protestante de Graz. Il accepta le poste en avril 1594, à l'âge de 23 ans.
Graz 1594–1600
Mysterium Cosmographicum
Le premier grand travail astronomique de Kepler, Mysterium Cosmographicum Le Mystère cosmographique, 1596, fut la première défense publiée du système copernicien. Kepler affirma avoir eu une épiphanie le 19 juillet 1595, tout en enseignant à Graz, démontrant la conjonction périodique de Saturne et Jupiter dans le zodiaque : il réalisa que les polygones réguliers délimitaient un cercle inscrit et un cercle circonscrit selon des rapports définis, ce qui, selon lui, pouvait être la base géométrique de l'univers. Après avoir échoué à trouver un arrangement unique de polygones qui correspondait aux observations astronomiques connues, même avec des planètes supplémentaires ajoutées au système, Kepler commença à expérimenter avec des polyèdres en trois dimensions. Il découvrit que chacun des cinq solides de Platon pouvait être inscrit et circonscrit par des sphères ; l'emboîtement de ces solides, chacun enfermé dans une sphère, les uns dans les autres, produirait six couches, correspondant aux six planètes connues—Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter et Saturne. En ordonnant les solides sélectivement—octaèdre, icosaèdre, dodécaèdre, tétraèdre, cube—Kepler découvrit que les sphères pouvaient être placées à des intervalles correspondant à la taille relative du chemin de chaque planète, en supposant que les planètes tournent autour du Soleil. Kepler découvrit également une formule reliant la taille de l'orbe de chaque planète à la longueur de sa période orbitale : des planètes intérieures aux planètes extérieures, le rapport d'augmentation de la période orbitale est le double de la différence du rayon de l'orbe. Cependant, Kepler rejeta plus tard cette formule, car elle n'était pas assez précise.
Comme il l'indiqua dans le titre, Kepler pensait avoir révélé le plan géométrique divin pour l'univers. Une grande partie de l'enthousiasme de Kepler pour le système copernicien provenait de ses convictions théologiques concernant la connexion entre le physique et le spirituel ; l'univers lui-même était une image de Dieu, le Soleil correspondant au Père, la sphère stellaire au Fils, et l'espace intermédiaire au Saint-Esprit. Son premier manuscrit de Mysterium contenait un chapitre extensif réconciliant l'héliocentrisme avec les passages bibliques qui semblaient soutenir le géocentrisme.
Avec le soutien de son mentor Michael Maestlin, Kepler reçut la permission du sénat de l'université de Tübingen de publier son manuscrit, à condition de supprimer l'exégèse biblique et d'ajouter une description plus simple et plus compréhensible du système copernicien ainsi que des idées nouvelles de Kepler. Mysterium fut publié fin 1596, et Kepler reçut ses copies et commença à les envoyer à des astronomes et des mécènes éminents au début de 1597 ; il ne fut pas largement lu, mais il établit la réputation de Kepler en tant qu'astronome très compétent. La dédicace profuse, à de puissants mécènes ainsi qu'aux hommes qui contrôlaient sa position à Graz, fournit également une porte d'entrée cruciale dans le système de mécénat.
Bien que les détails seraient modifiés à la lumière de ses travaux ultérieurs, Kepler n'abandonna jamais la cosmologie platoniste polyédrique-sphérique de Mysterium Cosmographicum. Ses travaux astronomiques principaux ultérieurs étaient en quelque sorte seulement des développements ultérieurs de celui-ci, préoccupés par la recherche de dimensions intérieures et extérieures plus précises pour les sphères en calculant les excentricités des orbites planétaires qu'il contient. En 1621, Kepler publia une deuxième édition élargie de Mysterium, moitié plus longue que la première, détaillant dans les notes en bas de page les corrections et améliorations qu'il avait réalisées dans les 25 ans depuis sa première publication.
En termes d'impact de Mysterium, on peut le voir comme une première étape importante dans la modernisation de la théorie proposée par Nicolaus Copernicus dans son De revolutionibus orbium coelestium. Alors que Copernicus cherchait à avancer un système héliocentrique dans ce livre, il recourut à des appareils ptolémaïques, à savoir les épicycles et les cercles excentriques, afin d'expliquer le changement dans la vitesse orbitale des planètes, et continua également à utiliser comme point de référence le centre de l'orbite terrestre plutôt que celui du Soleil « comme une aide au calcul et pour ne pas confondre le lecteur en s'écartant trop de Ptolémée ». L'astronomie moderne doit beaucoup à Mysterium Cosmographicum, malgré les défauts de sa thèse principale, « car il représente la première étape du nettoyage du système copernicien des vestiges de la théorie ptolémaïque qui s'y accrochaient encore ».
Mariage avec Barbara Müller
En décembre 1595, Kepler fut présenté à Barbara Müller, une veuve de 23 ans mariée deux fois avec une jeune fille, Regina Lorenz, et il commença à la courtiser. Müller, héritière des domaines de ses défunts maris, était aussi la fille d'un propriétaire de moulin prospère. Son père Jobst s'opposa initialement au mariage. Bien que Kepler eût hérité de la noblesse de son grand-père, la pauvreté de Kepler l'en rendait un partenaire inacceptable. Jobst céda après que Kepler eut achevé son travail sur Mysterium, mais les fiançailles faillirent se rompre tandis que Kepler était absent pour s'occuper des détails de la publication. Cependant, les autorités protestantes—qui avaient aidé à mettre en place le mariage—firent pression sur les Müllers pour honorer leur accord. Barbara et Johannes se marièrent le 27 avril 1597.
Dans les premières années de leur mariage, les Kepler eurent deux enfants Heinrich et Susanna, qui décédèrent tous deux en bas âge. En 1602, ils eurent une fille Susanna ; en 1604, un fils Friedrich ; et en 1607, un autre fils Ludwig.
Autres recherches
Après la publication de Mysterium et avec la bénédiction des inspecteurs de l'école de Graz, Kepler commença un programme ambitieux pour étendre et développer son travail. Il envisagea quatre livres supplémentaires : l'un sur les aspects stationnaires de l'univers, le Soleil et les étoiles fixes ; l'un sur les planètes et leurs mouvements ; l'un sur la nature physique des planètes et la formation des caractéristiques géographiques, en se concentrant particulièrement sur la Terre ; et l'un sur les effets des cieux sur la Terre, incluant l'optique atmosphérique, la météorologie et l'astrologie.
Il chercha également les opinions de nombreux astronomes à qui il avait envoyé Mysterium, parmi eux Reimarus Ursus Nicolaus Reimers Bär—le mathématicien impérial de Rodolphe II et un rival amer de Tycho Brahe. Ursus ne répondit pas directement, mais republiera la lettre flatteuse de Kepler pour poursuivre son différend de priorité sur ce qu'on appelle maintenant le système tychonique avec Tycho. Malgré cette tache noire, Tycho commença aussi à correspondre avec Kepler, commençant par une critique dure mais légitime du système de Kepler ; parmi une foule d'objections, Tycho contestait l'utilisation de données numériques inexactes tirées de Copernicus. Par leurs lettres, Tycho et Kepler discutèrent d'une large gamme de problèmes astronomiques, s'attardant sur les phénomènes lunaires et la théorie copernicienne, particulièrement sa viabilité théologique. Mais sans les données considérablement plus précises de l'observatoire de Tycho, Kepler n'avait aucun moyen de résoudre bon nombre de ces problèmes.
À la place, il tourna son attention vers la chronologie et l'« harmonie », les relations numériques entre la musique, les mathématiques et le monde physique, et leurs conséquences astrologiques. En supposant que la Terre possédait une âme—une propriété qu'il invoquerait plus tard pour expliquer comment le soleil cause le mouvement des planètes, il établit un système spéculatif reliant les aspects astrologiques et les distances astronomiques à la météorologie et à d'autres phénomènes terrestres. Vers 1599, cependant, il sentit à nouveau son travail limité par l'inexactitude des données disponibles—tout comme la tension religieuse croissante menaçait également son emploi continu à Graz. En décembre de cette année, Tycho l'invita à le visiter à Prague ; le 1er janvier 1600, avant même de recevoir l'invitation, Kepler partit dans l'espoir que le mécénat de Tycho pourrait résoudre ses problèmes philosophiques ainsi que ses problèmes sociaux et financiers.
Prague 1600–1612
Travaux pour Tycho Brahe
Le 4 février 1600, Kepler rencontra Tycho Brahe et ses assistants Franz Tengnagel et Longomontanus à Benátky nad Jizerou, 35 km de Prague, le site où le nouvel observatoire de Tycho était en construction. Au cours des deux mois suivants, il resta comme invité, analysant certaines observations de Mars de Tycho ; Tycho gardait ses données de près, mais fut impressionné par les idées théoriques de Kepler et bientôt lui permit un meilleur accès. Kepler prévoyait de tester sa théorie de Mysterium Cosmographicum basée sur les données de Mars, mais il estima que le travail prendrait jusqu'à deux ans car il ne lui était pas permis de simplement copier les données pour son propre usage. Avec l'aide de Johannes Jessenius, Kepler
