Kepleri seadused

Kepler leidis oma kolm seadust, sobitades aastakümnete jagu palja silmaga tehtud planeetide asukohtade vaatlusi, aastakümneid enne, kui Newtonil oli mingit gravitatsiooniteooriat, mis neid seletaks. Esimene seadus ütleb, et orbiidid on ellipsid, mille ühes fookuses on Päike, mitte ringid — tõeline lahkuminek aastatuhandeid eeldatud ringliikumisest. Teine ütleb, et Päikesest planeedini tõmmatud sirge pühib võrdsetes ajavahemikes läbi võrdseid pindalasid, mis sunnib planeeti liikuma kõige kiiremini, kui see on Päikesele lähim (periheelis), ja kõige aeglasemalt, kui kõige kaugem (afeelis) — konstantse kiirusega läbitud ellips rikuks seda seadust. Kolmas seob eri planeete omavahel: tiirlemisperioodi ruut on võrdeline orbiidi suuruse kuubiga, T² ∝ r³, seega planeet, mis on kaks korda kaugemal, ei tiirle mitte kaks korda aeglasemalt, vaid peaaegu kolm korda aeglasemalt.

Need olid empiirilised seaduspärad, avastatud ilma aluseks oleva mehhanismita — Kepler oli mustri leidnud, teadmata, miks loodus seda järgib. Newtoni saavutus aastakümneid hiljem oli näidata, et kõik kolm seadust tulenevad automaatselt üheainsa eelduse kehtimisest: gravitatsioon tõmbab jõuga, mis on võrdeline suurusega 1/r². Elliptilised orbiidid, pindalaseadus ja perioodi-raadiuse seos ei ole kolm eraldi fakti päikesesüsteemi kohta; need on kolm tagajärge ühest jõuseadusest, tuletatavad koos Newtoni mehaanikast, selle asemel et vajada kolme eraldi empiirilist reeglit.

See on üks selgemaid näiteid füüsika ajaloos empiirilisest seadusest, mis eelneb füüsikalisele teooriale — ja mida see hiljem seletab —, ning see on täpselt sama trajektoor, mida Newtoni gravitatsioon ise hiljem järgiks, kui üldrelatiivsusteooria seletas, miks mass üldse tekitab just sellise pöördruutseadusega tõmbe.