Г. Гурев - Системы мира (от древних до Ньютона)
Сам Ньютон указывал на то, что идея всемирного тяготения не нова и что ее высказывали еще некоторые древние философы. Действительно, Демокрит и Эпикур приписывали материальным атомам притяжение или стремление Друг к другу (между прочим, Маркс придавал особое значение тому, что Эпикур приписывал атомам тяжесть). Однако только Ньютон показал, что взаимное притяжение как атомных масс (так называемых «материальных точек»), так и гигантских небесных тел подчиняется закону, который гласит: взаимное притяжение между любыми телами прямо пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
Сила тяжести, обнаруживаемая при падении камней, дождевых капель и пр., не исходит исключительно из центра Земли или другого небесного тела. Каждая частица тела принимает участие в ее проявлении, так что сила притяжения, существующая между двумя телами, представляет собой сумму всех взаимных притяжений составляющих ее частиц. Ньютон совершенно правильно дал этой силе название «всемирного тяготения» и показал, что движения небесных тел обусловлены совместным и постоянным действием их притяжения и инерции. Чем ближе планета к Солнцу, тем сильнее она им притягивается, но тем значительнее скорость ее движения по орбите, и, следовательно, тем меньше период ее обращения.
Притягательная сила находящихся на Земле небольших тел настолько слаба, что ее можно обнаружить лишь при помощи чрезвычайно чувствительных приборов, изобретенных уже после смерти Ньютона. Но у огромных небесных тел эта сила, как впервые показал Ньютон, достигает таких размеров, что ею определяются все движения в ми ровом пространстве. Ньютоновский закон всемирного тяготения является фундаментом всего здания «небесной механики».
В 1687 г. появился великий труд Ньютона «Математические начала естественной философии» (под «естественной философией» он понимал физику, механику и теоретическую астрономию), в котором он изложил этот основной закон всех движений вселенной и с большим остроумием рассмотрел все вытекающие из него следствия. Он показал, что при помощи этого закона можно объяснить не только движение планет, но и целый ряд других явлений, как например, приливы и отливы в океанах, неправильности движений Луны, а также непонятные до сих пор движения комет.
Главное внимание Ньютон обратил на особенности движения планет, причем ему удалось обобщить большое количество астрономических явлений, сводя их к одной причине — всемирному тяготению. Занявшись решением задачи, как должно двигаться тело вокруг Солнца, если между ними действует сила по закону тяготения, Ньютон нашел объяснение законам Кеплера. Оказалось, что кеплеровы законы — это следствия проявления закона всемирного тяготения, результат совокупного действия инерции и притяжения. Таким образом, Ньютон не только вывел закон тяготения из кеплеровых законов, но и решил обратную задачу, т. е. математически вывел из своего закона все законы движения планет, открытые Кеплером. Другими словами, Ньютон ответил на вопросы: почему планеты движутся по эллипсам, почему радиусы — векторы описывают площади, пропорциональные времени, почему существует зависимость между расстоянием и временем обращения» Тем самым он дал прекрасное подтверждение закону всемирного тяготения, доказав, что если бы сила притяжения определялась другим законом, то орбиты планет не могли бы быть кеплеровыми, т. е. не могли бы соответствовать наблюдаемым явлениям.
Чрезвычайно важно следующее открытие Ньютона: он показал, что орбиты планет вовсе не являются точными эллипсами, что они должны представляться гораздо более сложными кривыми. Дело в том, что в силу закона Ньютона планеты также взаимно притягивают друг друга, так что движение каждой из них сильно усложняется, — оно обусловливается не только притяжением Солнца, но и всех остальных планет. Поэтому законы Кеплера являются' не вполне точными, т. е. они должны считаться «первым приближением» к истинному положению вещей, — они применимы, собственно, лишь при наличии притяжения одного лишь Солнца. На самом же деле вследствие того, что планеты взаимно притягивают друг друга, происходят беспрерывные отклонения планет от чисто эллиптических движений, так называемые возмущения или пертурбации. Определение этих возмущений составляет одну из важнейших и в то же время труднейших задач астрономии, потому что каждое новое положение на орбите во время ее движения вокруг Солнца обусловливает новое воздействие на все остальные, — новое по силе и по направлению.
Следует иметь в виду, что уклонения планет от эллиптических путей настолько незначительны, что они могут быть замечены лишь весьма точными наблюдениями, так что Тихо Браге не в состоянии был их обнаружить. Если бы точность наблюдений Тихо Браге позволила их обнаружить, Кеплер оказался бы в чрезвычайно затруднительном положении, — он не мог бы согласовать видимые положения планет с вычисленными. Таким образом, можно порадоваться, что во времена Кеплера не было более точных наблюдений, нежели наблюдения Тихо Браге: если бы он пользовался более точным наблюдательным материалом, то не получил бы своих законов движения планет, сыгравших такую важную роль в открытии законов тяготения. Поэтому можно сказать, что в истории открытия кеплеровых законов сыграло роль то обстоятельство, что масса Солнца подавляюще велика сравнительно с массами планет и что Солнце и планеты находятся на громадных расстояниях, так что планетные возмущения невелики и орбиты планет приближаются к эллиптическим кривым.
Как видно из изложенного, великое значение открытия Ньютона состоит в том, что ему удалось все разнообразные движения небесных тел свести к тяготению и инерции вещества, т. е. к тем же явлениям, которые мы наблюдаем всегда на Земле. Ньютон сделал несомненным тот факт, что непрерывное движение небесных тел по эллипсам и движения, наблюдаемые на земной поверхности, подчинены одинаковому закону, т. е. вызваны одной и той же «силой», общей причиной. Таким образом, понятные, привычные земные явления он связал с казавшимися непонятными небесными явлениями и этим лишил небесные движения той таинственности, в которую они были облечены. Благодаря Ньютону пришлось признать, что тяготение присуще всякому телу и каждой частице тела, где бы это тело ни находилось, т. е. оно представляет собой неотъемлемое общее свойство всякого вещества. А в результате весьма сильно укрепилось убеждение в строгой закономерности всех явлений природы, а учение Коперника получило физическое обоснование.
Тем самым астрономия стала одной из точнейших наук: стало возможным поразительно точно вычислять все движения небесных тел и сверять результаты этих вычислений с наблюдениями. Чем точнее становились методы вычисления, тем яснее делалось, что движения небесных тел чрезвычайно сложны, вследствие того, что небесные тела испытывают возмущения, подвергаются действию различных притяжений, направленных в разные стороны. Но важно то, что при сличении с результатами наблюдений, все более и более совершенных, обнаруживались в точности все небольшие неправильности движений, которые были предварительно вычислены теоретически, на основании закона Ньютона. Таким образом этот закон оказался первым всеобъемлющим, универсальным законом, абсолютно точным, не знающим исключения, применимым ко всем телам вселенной.
Правда, в одном случае правильность закона тяготения казалась под сомнением, но этот случай лишь способствовал укреплению убеждения в том, что тяготение действительно является всемирной силой. Дело в том, что результаты вычислений относительно движений планеты Уран, открытой в 1781 г., не совпадали с данными наблюдений, хотя это отклонение было незначительно. Некоторые ученые увидели в этом факте свидетельство того, что закон тяготения не распространяется на наиболее отдаленные области солнечной системы и что, стало быть, этот закон не является всеобщим, всемирным. Но другие ученые решили, что должна существовать еще одна неизвестная планета, которая находится дальше Урана и своим притяжением вызывает изменение в орбите Урана, как бы «совращает» эту планету с ее пути. Два молодых астронома — Леверрье во Франции и Адамс в Англии — одновременно и совершенно независимо друг от друга попытались по обнаруженным отклонениям вычислить, на основании закона Ньютона, местонахождение неизвестного небесного тела. В 1846 г. они пришли приблизительно к одинаковым результатам, и действительно, на определенном вычислениями месте в том же году астрономом Галле была найдена планета, названная впоследствии Нептуном. Таким образом то, что казалось сперва опровержением закона Ньютона, послужило торжеству его: стало совершенно ясно, что этот закон является универсальным, всеобъемлющим законом мира.
