Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев
Три закона Кеплера являются следствиями закона всемирного тяготения. Студенты — будущие астрономы — выводят эти формулы аналитически. Если мы знаем массы и скорости тел в некий момент времени, формулы позволяют вычислять и положения, и скорости тел для каждого момента времени.
Теория Ньютона прекрасно работает. С ее помощью с высокой точностью рассчитываются положения небесных тел и космических аппаратов, траектории межпланетных зондов, скорость которых меняется с помощью кратковременного включения ракетного двигателя, направленного в нужную сторону. В итоге мы (человечество) научились выполнять виртуозные маневры, перелетать от одной планеты к другой и даже использовать притяжение планет для маневрирования в космосе. Все это может говорить о том, что теория тяготения правильно описывает мир[15].
Забегая вперед, скажем следующее. Наблюдения в крупнейшие телескопы позволяют сделать вывод, что устройство систем из небесных тел на гигантских расстояниях от нас — такое же, как вблизи Солнца. Это значит, что закон тяготения справедливо называется законом всемирного тяготения. Он действует одинаково во всей наблюдаемой нами части Вселенной. Этот удивительный закон природы носит поистине универсальный характер.
Солнечная система. Рисунок показывает сравнительную величину Солнца и планет. Расстояния от планет до Солнца, а также между планетами переданы условно.
Итак, давайте разберемся еще раз. Согласно теории, разработанной Ньютоном, Вселенная представляет собой гигантский (возможно, бесконечный) объем. Он заполнен звездами. То, что раньше воспринималось как весь мир, теперь превратилось в крошечный фрагмент мира — Солнечную систему, которая включает в себя Солнце и несколько планет, обращающихся вокруг него по эллиптическим орбитам. Расстояния между соседними звездными системами в рамках такой картины мира должны быть огромными. Когда-то Джордано Бруно говорил, что это хорошо: если бы планетные системы были близки друг к другу, их жители могли бы взаимодействовать, но кончилось бы это плохо: сильные победили бы слабых.
Управляет всеми движениями небесных тел одна сила — всемирное тяготение. Все тела притягиваются друг к другу. Все тела, которые обладали низкими скоростями, притянулись к своим массивным соседям и упали на них, в результате массивное тело стало еще больше. Все тела, которые обладают очень высокими скоростями, могут свободно двигаться в пустом пространстве между звездными системами. Те же тела, которые обладали скоростью в пределах от первой до второй космической по отношению к близкому массивному телу, являются спутниками этого тела. Так, планеты Солнечной системы являются спутниками Солнца, Луна является спутником Земли, открытые Галилеем с помощью телескопа объекты возле Юпитера являются его спутниками…
А как же твердые небесные сферы?
Окончательному их разрушению способствовали кометы. Иногда на звездном небе неожиданно появляются странные объекты, напоминающие звезды с хвостами, которые передвигаются на фоне звезд. Их называют кометами (косматыми), и долгое время люди боялись комет, считая, что это предвестники будущих несчастий. Сегодня мы знаем, что кометы — это сравнительно небольшие (по сравнению с планетами) небесные тела, состоящие из водяного льда, замерзших газов и вмороженной пыли. Когда ледяное ядро кометы проходит вблизи Солнца, оно нагревается, начинает «газить и пылить», в результате возникает длинный «хвост», состоящий из частиц газа и пылинок. Особенностью комет является то, что они движутся иногда по очень вытянутым эллипсам.
Заметный даже невооруженным глазом газопылевой хвост выделяет комету на небосводе.
Закон тяготения и его следствия — законы Кеплера — позволяли, анализируя наблюдения движения комет, рассчитать их траектории, описать орбиты, вычислить скорости. Этим занимался, в частности, друг Ньютона астроном Эдмунд Галлей (1656–1742). Его расчеты показали, что вытянутый эллипс одной из комет (она получила имя Галлея) пересекает орбиты всех планет и уходит далеко за орбиту Сатурна! Если бы существовали хрустальные небесные сферы, кометы не могли бы так двигаться — они сталкивались бы со сферами. Ничего подобного мы не наблюдаем. Даже разреженные хвосты комет (мы видим сквозь них звезды) не показывают никаких признаков столкновения с небесными сферами. Это означает, что никаких твердых сфер в небе просто нет.
Комета Галлея. Отмечены положения кометы, очередное максимальное удаление приходится на 2024 год.
Итак, согласно выдающимся достижениям ученых ХVII и XVIII веков, просвещенные люди получили новую картину мира — бесконечную Вселенную, наполненную звездами. Вокруг звезд предполагались (пока еще не были видны) планетные системы. Одна из таких систем — наша Солнечная, в которой были известны шесть планет, на третьей из которых живут мыслящие существа, способные создать в своем сознании эту грандиозную картину мира. Во всей Вселенной действует закон всемирного тяготения, во всей Вселенной время течет одинаково.
Конечно, Ньютон считал, что Вселенная создана Богом. Ученый полагал, что иначе невозможно объяснить удивительные закономерности Солнечной системы — то, что планеты движутся в том же направлении вокруг Солнца, в котором вращается само Солнце. При этом плоскости орбит планет близки друг к другу, в отличие от комет, которые, как показали наблюдения, движутся в любых направлениях и в любых плоскостях. Ньютон не мог объяснить эти закономерности и, будучи очень религиозным человеком, считал, что так могло получиться только благодаря воле Бога.
Такая точка зрения вполне типична. Когда мы сталкиваемся с чем-то непонятным, то приписываем это сверхъестественным силам. Но чем больше мы узнаем, применяя критическое мышление, тем больше явлений и событий удается объяснить естественными природными явлениями. Так вышло и в данном случае, но гораздо позже.
6. Вселенная, которая не меняется
Есть много мелких, безымянных
Созвездий в горней вышине,
Для наших слабых глаз, туманных,
Недосягаемы оне…
И как они бы ни светили,
Не нам о блеске их судить,
Лишь телескопа дивной силе
Они доступны, может быть.
Федор Тютчев
Телескопы становились все совершеннее, и с их помощью можно было увидеть все больше далеких объектов Вселенной. Эти наблюдения создавали впечатление незыблемости, неизменности, постоянства Вселенной. Звезды ровно и мерно светили (так называемые «переменные звезды», явно меняющие свою яркость, были уже известны, но воспринимались как редкие нетипичные исключения). Планеты двигались и (поэтому) тоже меняли яркость, но теперь, после утверждения гелиоцентрической системы в сознании астрономов, ученые понимали, почему это происходит.
Оптические
