Джон Малоун - Нераскрытые тайны природы. Расширяющий кругозор экскурс в историю Вселенной с загадочными Большими Взрывами, частицами-волнами и запутанными явлениями, не нашедшими пока своего объяснения

В двух последующих главах рассказывается о жизни и деятельности сэра Исаака Ньютона, теоретические и экспериментальные работы которого стали основой современного научного метода. Ньютону удалось сформулировать законы распространения света (см. гл. 15), используя в своих опытах простейшие средства — деревянные доски, стеклянные призмы и свет от окна. Мы можем сравнить его со жрецами-астрономами майя, которые, наблюдая за ночным небом, возможно, тоже пользовались лишь простейшими приборами типа крестовин из реек. Конечно, различие подходов очевидно, однако в чем-то можно усмотреть и сходство.

1. Gallenkamp, Charles. Maya. New York: Viking Penguin, 1985. Третье, дополненное и переработанное издание прекрасного очерка истории народа майя. Несмотря на то что первое издание вышло еще в 1959 г., книга не потеряла своей ценности. Ч. Галленкамп был координатором известной выставки «Сокровища майя», которая с успехом прошла по многим музеям США в 1985-1987 гг. [Имеется перевод: Галленкамп Ч. Майя. Загадка исчезнувшей цивилизации. — М., 1996].

2. Gyles, Anna Benson and Chloe Sayer. Of Gods and Men: The Heritage of Ancient Mexico. New York: Harper & Row, 1980. Еще одна старая, но очень интересная книга по истории майя. Снабжена множеством черно-белых фотографий и посвящена главным образом истории города Мехико-сити. 3. Krupp, E. С. Echoes of the Ancient Skies: The Astronomy of Lost Civilizations. New York: Harper & Row, 1983. В книге уделяется не очень много места истории майя, но она содержит блестящий очерк развития астрономии в древних культурах.

4*. Галич М. История доколумбовых цивилизаций. — М.: Мысль, 1990.

5*. Керам К. Боги, гробницы, ученые. — М.: Мысль, 1988. Подробное и интересное изложение проблем, связанных с календарем древних майя.

6*. Кинжалов Р. В. Культура древних майя. — Л.: Наука, 1971.

Глава 14.

Что такое гравитация?

Каждому школьнику известна история о том, как на голову Исаака Ньютона упало яблоко, после чего он, по-видимому, воскликнул: «Bay!.. Это проделки силы тяжести!» В действительности, конечно, все было гораздо сложнее. Еще Галилео Галилей представлял, что два предмета, имеющие различные размеры и вес (например, яблоко и дыня), сброшенные с одинаковой высоты, достигнут поверхности земли за одно и то же время. Галилей много лет изучал закон падения тел и опубликовал свои результаты в книге «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки» (известной под кратким латинским названием «Discourses»), опубликованной в 1638 г., за четыре года до рождения Ньютона.

Однако Ньютону удалось продвинуться гораздо дальше. После окончания Кембриджского университета в 1665 г. (Ньютону было тогда 23 года) ему пришлось из-за эпидемии чумы на два года вернуться домой в Линкольншир. Там он сделал открытие, равного которому в истории науки не было вплоть до гениального научного подвига Эйнштейна (1905 г.). Открытия Ньютона были связаны с созданием дифференциального и интегрального исчислений, разложением при помощи призмы белого света на отдельные компоненты и, что стало вершиной его творчества, формулировкой трех основных законов механики и закона всемирного тяготения.

Однако прошел 21 год, прежде чем он опубликовал законы механики и всемирного тяготения. Прежде всего Ньютон напечатал свои работы по математике, поскольку выяснилось, что открытие дифференциального и интегрального исчислений оспаривается немецким математиком Готфридом Лейбницем. Ньютон подозревал, что Лейбниц похитил его идеи, хотя на самом деле оба ученых пришли к одинаковым выводам совершенно независимо и почти одновременно. В науке это происходит довольно часто и свидетельствует о том, что «пришло время таких открытий». Однако болезненно подозрительный Ньютон после этого двадцать лет скрывал свои работы по механике и гравитации. После долгих уговоров его друг Эдмунд Галлей, носивший звание Королевского астронома, сумел убедить Ньютона, что рано или поздно кто-нибудь все равно узнает о его работах. Галлей не только помог Ньютону в работе над рукописью книги «Principia Mathematica», опубликованной в 1687 г., но и оплатил ее издание, хотя не был особо богатым человеком. Его великодушие было вознаграждено сторицей. Используя ньютоновский закон всемирного тяготения, Галлей сумел рассчитать эллиптическую орбиту большой кометы, которой было присвоено его имя, и предсказать 76-летний цикл ее появлений на небосклоне.

Ньютон определил гравитацию как силу притяжения между любыми обладающими массой телами, которая возрастает с увеличением их массы, а также при их сближении. Строго говоря, гравитационная сила пропорциональна произведению масс тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Мяч, подброшенный в воздух, возвращается на Землю, поскольку она обладает значительно большей массой. Если мяч подбросить на очень большую высоту, то он будет падать гораздо дольше. При этом необходимо четко различать понятия массы и веса тел. Масса космонавта на Луне остается такой же, как и на Земле, однако гравитационное притяжение Луны, которое определяет вес космонавта на Луне, составляет лишь одну шестую от земного. Сила притяжения изменяется вследствие изменения отношения массы тел (космонавт/Земля и космонавт/Луна), однако гравитационное взаимодействие определяется тем же самым единым законом всемирного тяготения.

Одна из наиболее известных гравюр знаменитого английского философа, художника и поэта Уильяма Блейка, посвященная Ньютону. Блейку были чужды ньютоновские представления о механистической вселенной и строгой причинности законов природы, однако он понимал величие идей Ньютона и попытался выразить на гравюре одиночество гения. (Lutheran Church in America, Glen Foerd at Torresdale, Philadelphia.)[8]

Сейчас нам трудно представить себе в полном объеме воздействие идей Ньютона на его современников и на дальнейшее развитие всей науки. В качестве сравнения напомню любителям кино, как режиссер Жан-Люк Годар в 1960 г., при работе над фильмом «На последнем дыхании» применил революционный приём монтажа, названный впоследствии «качающимся кадром». Сейчас этот метод стал одним из самых распространенных, однако у видевших его впервые знатоков кино от волнения буквально перехватывало дыхание. Точно такой же эффект произвели законы Ньютона. Они раскрепостили сознание современников, и поразили их своей смелостью, простотой и ясностью. Ньютону удалось связать такие, казалось бы, далекие друг от друга процессы, как падение яблока и вращение Луны вокруг Земли. Он показал, что движение подходящего типа и направления может уравновесить или даже преодолеть силу тяжести. Законы Ньютона объяснили, почему Луна остается на своей орбите и не падает на Землю, позволили рассчитать траекторию полета на Луну космического аппарата «Аполло-11» и преодолеть силы земного притяжения.

Для мира, предложенного Ньютоном, характерны механистичность и строгая детерминированность, т. е в нем следствия однозначно определяются причинами и исходными условиями. Если заданы начальное положение и скорость любого тела, неважно мяча или ракеты, то можно совершенно точно определить его поведение в будущем. Если мяч не попадает в нужное место на спортивной площадке или ракета не выходит на заданную орбиту, то это означает, что им не была придана скорость, необходимая для преодоления силы тяжести и достижения требуемой траектории. С идей и теорий Ньютона начался так называемый Век Просвещения, или Век Разума, как было принято называть восемнадцатый век. Человечество открыло для себя устройство Вселенной, что принципиально изменило представление о роли Бога. Несколько лет назад Папа Римский Иоанн-Павел II извинился от имени католической церкви за суд над Галилео Галилеем, проведенный 360 лет тому назад. Церковь тогда справедливо оценила опасность его идей для религиозного сознания, хотя им была пройдена лишь часть пути к познанию законов Вселенной.

Открытия Ньютона способствовали преобразованию не только науки, но и путей общественного переустройства. Американская революция и Великая французская революция явились своеобразным откликом на его рациональное объяснение физического мира в конце XVIII века. Для тех, кто понял, что звездами управляют законы природы, не было нужды в исполнении воли монархов. Влияние открытых Ньютоном универсальных законов было столь велико, что к концу XIX века многие ученые пришли к выводу, что все законы природы уже открыты. Это подтверждали такие достижения научно-технического прогресса, как электричество, телефон, фотография, двигатель внутреннего сгорания. Возникла мысль о создании летательных аппаратов. Многим подобная идея казалась неосуществимой, хотя законы Ньютона указывали на возможность решить эту задачу. И эта техническая идея воплотилась в жизнь на рубеже веков. В 1903 г. братья Райт сумели, наконец, придать своему летательному аппарату необходимую для преодоления силы тяжести скорость и осуществили первый воздушный полет, доказав еще раз полную правоту законов Ньютона. Однако всего два года спустя началась новая научная революция.