Ньютоновский взгляд на гравитацию
Р’ 1642 Рі. РІ Линкольншире РІ Англии родился Рсаак Ньютон, который изменил лицо науки, поставив РІСЃСЋ мощь математики РЅР° службу физическим исследованиям. Рнтеллект Ньютона был столь всеобъемлющ, что, например, РєРѕРіРґР° РѕРЅ однажды обнаружил, что РЅРµ существует математического аппарата, требуемого для проводимых РёРј исследований, РѕРЅ создал его. Прошло почти три столетия, прежде чем наш РјРёСЂ СЃРЅРѕРІР° посетил гений сопоставимого масштаба. Ньютону РјС‹ обязаны РјРЅРѕРіРёРјРё глубокими проникновениями РІ сущность мироздания. Для нас первостепенное значение будет иметь его теория всемирного тяготения.
Сила тяжести везде вокруг нас в повседневной жизни. Она удерживает нас и все окружающие тела на поверхности Земли, не позволяет воздуху, которым мы дышим, ускользнуть в космическое пространство, удерживает Луну на орбите вокруг Земли, а Землю — на орбите вокруг Солнца. Сила тяжести диктует ритм космического танца, который неустанно и педантично исполняется миллиардами миллиардов обитателей Вселенной, от астероидов до планет, от звезд до галактик. Более трех столетий авторитет Ньютона заставлял нас принимать на веру, что одна только сила тяготения отвечает за все разнообразие земных и внеземных событий. Однако до Ньютона не было понимания того, что падение яблока с дерева есть проявление того же закона, который удерживает планеты на орбитах вокруг Солнца. Сделав отважный шаг в сторону гегемонии науки, Ньютон объединил физические принципы, управляющие Землей и небесами, и объявил силу тяжести невидимой рукой, действующей в обеих сферах.
Ньютоновскую концепцию тяготения можно было бы назвать великим уравнителем. Ньютон объявил, что абсолютно все
44ВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВВ Часть II. Дилемма пространства, времени Рё квантов
оказывает воздействие РЅР° абсолютно РІСЃРµ РІРѕ Вселенной. Рто воздействие представляет СЃРѕР±РѕР№ силу тяжести, которая является силой притяжения. Независимо РѕС‚ физической структуры, РІСЃРµ оказывает Рё РІСЃРµ испытывает воздействие силы тяжести. Основываясь РЅР° тщательном анализе проведенного Роганнесом Кеплером изучения движения планет, Ньютон пришел Рє выводу, что сила гравитационного притяжения между РґРІСѓРјСЏ телами зависит только РѕС‚ РґРІСѓС… величин: РѕС‚ количества вещества РІ каждом теле Рё РѕС‚ расстояния между РЅРёРјРё. Вещество означает материю, состоящую РёР· протонов, нейтронов Рё электронов, которые, РІ СЃРІРѕСЋ очередь, определяют массу объекта. Ньютоновская теория всемирного тяготения утверждает, что сила притяжения между РґРІСѓРјСЏ телами будет больше для тел большей массы Рё меньше для тел меньшей массы; РѕРЅР° также утверждает, что сила притяжения увеличивается РїСЂРё уменьшении расстояния между телами, Рё уменьшается РїСЂРё увеличении расстояния.
Ньютон РЅРµ просто дал это качественное описание, РѕРЅ сделал больше, сформулировав уравнения, количественно описывающие силу тяжести, действующую между РґРІСѓРјСЏ телами. Конкретно, эти уравнения утверждают, что сила тяготения между РґРІСѓРјСЏ телами пропорциональна произведению РёС… масс Рё обратно пропорциональна квадрату расстояния между РЅРёРјРё. Ртот «закон тяготения» может быть использован для предсказания движения планет Рё комет РІРѕРєСЂСѓРі Солнца, Луны РІРѕРєСЂСѓРі Земли Рё ракет, отправляющихся для исследования планет, Р° также для решения более приземленных задач — расчета траектории полета мячика или прыгуна СЃ трамплина, крутящего сальто над бассейном. Согласие между предсказаниями Рё результатами наблюдений Р·Р° фактическим движением тел является поразительным. Ртот успех обеспечивал теории Ньютона безоговорочную поддержку вплоть РґРѕ первой половины XX РІ. Однако открытие Рйнштейном специальной теории относительности выдвинуло проблемы, ставшие непреодолимым препятствием для теории Ньютона.