Всемирное тяготение

Творцу теории всемирного тяготения посвятил свой панегирик его современник и соотечественник Александр Поп:

Был Божий мир

кромешной тьмой окутан.

«Да будет свет!» –

И вот явился Ньютон.

Сопоставление ученого с Творцом Мироздания свидетельствует о серьезных сдвигах в общественном сознании. В конце XVII в. религия как основа мировоззрения отошла на второй план. Первенство стало переходить к науке и философии, основанной на ее достижениях.

И все-таки надо иметь в виду: рассеивали «мрак невежества» многие мыслители и до него, и в его время. Один из них – Роберт Гук – был соавтором теории всемирного тяготения.

Гук Роберт

Гук Роберт (1635–1703) – английский естествоиспытатель. Окончив Оксфордский университет, преподавал в колледже. На него произвели впечатление труды Рене Декарта и Френсиса Бэкона. Став сотрудником Р. Бойля, Гу к проявил себя как выдающийся изобретатель и экспериментатор. С 1663 г. стал членом Лондонского королевского общества.

Как пишет историк науки А. Н. Бо голюбов: «Гук был талантливым изобретателем, выдающимся архитектором и градостроителем, отличным организатором, профессором и лектором и поистине гениальным экспериментатором».

Гу к раньше Ньютона высказал идею всемирного тяготения. Однако портреты Ньютона украшают учебники и кабинеты по физике, а достоверного изображения Р. Гука нет. В «Биографическом словаре деятелей естествознания и техники» (1959) Ньютону посвящено 8 полос, тогда как Гуку – 1. В чем причина такого неравенства?

Впрочем, сначала познакомимся с достижениями Гука. В 1659 г. он построил первый воздушный насос и открыл закон, позже названный именами Бойля и Мариотта. Одновременно с Гюйгенсом установил постоянные точки термометра – таяния льда и кипения воды; усовершенствовал барометр и зеркальный телескоп, применил зрительную трубу для измерения углов, сконструировал прибор для измерения силы ветра, машину для деления круга, оптический телеграф и много других приборов. В 1660 г. открыл закон пропорциональности силы, приложенной к упругому телу, и его деформации.

В трактате «Опыт доказательства вращения Земли» (1674) Гу к предположил, что небесные тела тяготеют друг к другу, предвосхитив небесную механику Ньютона. Через 5 лет обосновал мнение: если сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния, то планета должна двигаться вокруг более тяжелого тела по эллипсу.

В отличие от Ньютона Гу к не тратил время на сочинение заурядных богословских трактатов, на бесплодные алхимические опыты, резонно полагая, что нет ни философского камня, ни эликсира бессмертия. Но в отличие от Гука, Ньютон был отличным математиком и тщательно обосновывал свои гипотезы, превращая их в научные теории.

Еще Кеплер отметил существование силы притяжения двух тел, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Первую попытку обосновать всемирное тяготение предпринял Гук. Сделав доклад об этом законе, доказать его математически он не смог. Ньютон произвел такие расчеты, заслужив восторженные отзывы своих коллег. Но он не сослался в первом издании своих «Математических начал натуральной философии» на Р. Гука, который высказал идею всемирного тяготения и предложил Ньютону заняться этой проблемой, что тот сделал спустя десятилетие.

Почему же Гу к не стал обрабатывать данные астронономических наблюдений? Неужели только потому, что он не был выдающимся математиком? Возможно, главной причиной было отсутствие у Гука свободного времени. В сентябре 1666 г. за пять суток центр Лондона почти целиком сгорел. Руководил восстановлением столицы математик и архитектор Кристофер Рен. Он привлек своего друга Р. Гука к разработке новой планировки города, проектированию и строительству многих зданий, наблюдению за строительством. Гигантский объем работ! А Гу к вдобавок продумывал и проводил эксперименты, активно работал в Лондонском королевском обществе.

Его глубоко интересовала жизнь природы во всех ее проявлениях. За год до пожара Лондона он издал свою книгу «Микрография». В этой области исследований до него работали Мальпиги, Левенгук, а также итальянцы Годиерн, описавший сложные глаза 34 видов насекомых в 1644 г., и Фонтана, автор книги «Новые наблюдения над небесными и земными вещами» (1646), а также француз Борель («Сотня микроскопических наблюдений», 1651) и англичанин Генри Пауэр («экспериментальная философия», 1664). В «Микрографии» Гу к привел свои отличные рисунки и высказал ряд важных идей, относящихся к оптике, теории тепла, астрономии, биологии, палеонтологии.

Он предположил гипотезу волновой природы света. Указал, что «тепло является свойством тела, возникающим от движения или колебания его частей», отрицая гипотезу горюче-летучего «флогистона». Он сравнил горение с дыханием, утверждая, что воздух при этом теряет свою часть. Усовершенствовав микроскоп, открыл клеточное строение растений; ему принадлежит и термин «клетка». В работах «Чтения о землетрясениях» и «О причинах частого нахождения раковин и других морских объектов на поверхности Земли» доказывал: изменения земной поверхности, ландшафтов вызывают превращения животного и растительного мира, а окаменелости – остатки вымерших организмов.

«Мы найдем во всех вещах, – писал Гук, – что природа не только работает механически, но и с такой превосходной и чрезвычайно сжатой, а также и с такой изумительной изобретательностью, что было бы невозможно любым образом найти в мире возможность создать такую же самую вещь, которая обладала бы подходящими свойствами. И может ли кто-либо быть настолько глуп, чтобы думать, что все эти вещи являются делом случая?»

Гу к отметил: «Вершины самых высоких… гор находились когда-то под водой». Писал о вымерших животных и о том, что «в настоящее время есть различные иные виды, каких вначале не было». Значит, он высказал идею эволюции Земли и Жизни. Превращения организмов он связывал с изменчивостью географических условий. Великолепное провидение!

«По характеру ума Гу к был универсалом и энциклопедистом, – писал А. Н. Боголюбов. – Он интересовался всем, рождал множество глубоких… идей, оставлял их на полдороге и очень обижался, когда другие присваивали себе его мысли. Автору представляется, что миф о злом, хитром и тщеславном Гуке, упорно защищавшем свое право на чужие изобретения, был создан лицами, специально заинтересованными в том, чтобы оправдать свои не всегда благовидные поступки.

Представляется, что самым главным в его научном и практическом творчестве было то, что он всегда мечтал о пользе, какую может оказать людям то или иное изобретение, та или иная идея».

«Микрографией» Гука заинтересовался Ньютон. Сделал выписки из этой книги, а в одном из своих писем Гуку высоко ее оценил (хотя позже в «Оптике» не упомянул об экспериментах и выводах старшего коллеги). На заседании Королевского общества в 1672 г. Ньютон изложил свой мемуар «Новая теория света и цветов». Он предложил корпускулярную природу света, чем вызвал возражения Гука.

С тех пор научные разногласия между двумя великими учеными усугубились личной неприязнью. В их переписке взаимные комплименты порой скрывают язвительные намеки. Позже у них возник конфликт из-за проблемы приоритета в открытии закона всемирного тяготения.

В марте 1666 г. на заседании Королевского общества Гу к сказал: «Представляется, что тяготение является одним из наиболее общих действующих принципов мира… и Кеплер не без достаточного основания утверждает его как свойство, присущее всем небесным телам, Солнцу, звездам, планетам». По его словам, траектории планет определяются сочетанием двух движений: прямолинейного и направленного к центральному, более тяжелому телу. Он утверждал, что к центру Земли «направлены все линии тяготения», а в 1680 г. предположил, что «притяжение всегда действует в отношении, обратном квадрату расстояния».

Он предложил Ньютону доказать обратный квадратичный закон тяготения, но ответа не получил. По словам С. И. Вавилова: «Если связать в одно все предположения и мысли Гука о движении планет и тяготении за почти 20 лет, то мы встретим почти все главные выводы “Начал” Ньютона, только высказанные в неуверенной и малодоказательной форме… У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы природы».

Увы, Ньютон проявил и коварство. Он, как пишет А. Н. Боголюбов, «отметил в Началах, что Рен и Галлей сделали ровно столько же, сколько и Гук. И хотя это была неправда (что прекрасно знал и сам Ньютон), но несомненно немало польстило самолюбию как Рена, так и Галлея. Ход Ньютона был несомненно умным: кольцо друзей Гука было разомкнуто в необходимом месте».

Что же важней: гипотеза, оказавшаяся верной, или созданная на ее основе теория? Пожалуй, и то, и другое одинаково важны. Без исходной мысли не появится теория, а без теории эта мысль не обретет надежного обоснования.

Естественна обида Гука. У Ньютона была своя правота. Достаточно просмотреть его «Математические начала», чтобы оценить усилия, затраченные им для доказательства множества теорем, решения многих задач. Намекая на свой труд, он написал Э. Галлею, что для Гука математики «не что иное, как лишь сухие вычислители и вьючные ослы».

Суждение несправедливое: Гу к хотел всего лишь, чтобы был отмечен его вклад в теорию всемирного тяготения, не более того. Ведь Ньютон писал ему в 1676 г.: «Если я видел дальше, то лишь потому, что стоял на плечах гигантов». Вроде бы тут к гигантам причислен и адресат. Хотя не исключен и намек на худобу, малый рост и болезненную сутулость Гука.

Ньютон Исаак

Ньютон Исаак (1642–1727) – английский физик, математик, теолог. Родился в семье фермера в поселке Вулстроп (75 км от Кембриджа); отец умер до его появления на свет. Учился в городской школе, затем в Тринитиколледже Кембриджского университета, где позже преподавал. С 1672 г. стал членом Лондонского королевского общества (с 1703 г. – президентом). Назначенный директором Монетного двора, привел в порядок расстроенное монетное дело в Англии.

Ньютон размышлял над строением Мироздания, вел наблюдения, делал опыты не только физические, но и алхимические. В классическом труде «Математические начала натуральной философии» (1687) раскрыл небесную механику, доказал закон всемирного тяготения и т. д. Он сформулировал основные законы механики, разработал одновременно с Г. Лейбницем дифференциальное и интегральное исчисление, создал учение о цвете и корпускулярную теорию света, рассчитал орбиты планет, построил зеркальный телескоп…

Исаак Ньютон. Неизвестный художник

Ньютон предполагал существование и абсолютного, и относительного времени, а кроме законов механики в мире, по его мнению, присутствует Бог. Он так определяет принцип научного познания: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений». Критерием истины полагал наблюдения, эксперименты и строгую математическую форму выражения результатов.

Говорят, Ньютону подсказало решение закона тяготения падение яблока с дерева. Если такое произошло, то лишь потому, что яблоко созрело в то время, когда Ньютон после подсказки Гука и шестилетнего упорного труда пришел к своему открытию.

Надежда построить натурфилософию на математической основе во времена Ньютона окрыляла многих ученых, плоховато знавших земную природу. Ньютон гордо заявил, будто «гипотез не измышляет» (возможно, с намеком на гипотезу всемирного тяготения Р. Гука). По его словам, «все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою; гипотезам же метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии».

Казалось бы, перед нами типичный мыслитель-рационалист. Но ситуация сложнее. В одном из писем Локк признал: «Ньютон… замечательный ученый и не только благодаря своим поразительным достижениям в математике, но и в теологии, и благодаря своим знаниям Священного Писания, в чем мало кто может с ним сравниться».

У Ньютона есть сочинение: «Замечания на книгу пророка Даниила и Апокалипсис св. Иоанна».

В ней автор «гипотезы измышляет» и даже противоречит своим научным выводам об абсолютном времени, которое, как писал он в «Началах…», «без всякого отношения к чему-нибудь внешнему, протекает равномерно и иначе зовется длительностью».

В таком потоке предсказания будущего человека, общества могут быть только вероятностными, ибо обратного движения абсолютное время не имеет, опередить его невозможно. По идее Ньютона-богослова всеведущий Бог (а для него следовало бы выделить «вечное настоящее» св. Августина) открыл пророкам будущее «не ради того, чтобы удовлетворить любопытство людей, делая их способными предузнавать будущее, но ради того, чтобы исполнением их на деле был дан миру святой Промысел Его, а не проницательность истолкователей».

Философия натуральная и религиозная у Ньютона оказались несовместимыми. (Пожалуй, он распространил на общественную жизнь механические законы движения небесных тел, положение которых можно предсказывать.) Такое «раздвоение интеллекта» показало: между наукой и традиционным богословием разверзлась пропасть.

Что же заставляло его заниматься богословием?

Обратимся к последней главе тех же «Начал»: «Изящнейшее соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе, как по намерению и власти могущественного и премудрого Существа». «От слепой необходимости природы, которая повсюду и всегда одна и та же, не может происходить изменение вещей. Всякое разнообразие вещей, сотворенных по месту и времени, может происходить лишь от мысли и воли Существа, необходимо существующего».

Чтобы механизм Мироздания не остался мертвым телом, великий математик, физик и механик, как многие до и после него, прибегнул к идее «всепостигаюшего Разума и всемогущего Существа», сотворившего и запустившего машину Вселенной.

…Похоронен Ньютон в пантеоне великих англичан – в Вестминстерском аббатстве. На памятнике высечено: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первым доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов… Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого».

Подобную мысль высказал и физик академик С. И. Вавилов: «До Ньютона и после него, до нашего времени, человечество не видело проявления научного гения большей силы и длительности».

Следовало бы уточнить: научного гения – в физике и математике. В науках о Земле и Жизни, в химии, а также в философии и теологии никаких достижений у Ньютона не было. В предисловии к первому изданию «Начал», изложив содержание книги, он заявил: «Было бы желательно вывести из начала механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом…»

Тогда Мироздание представлялось ему грандиозной машиной, основные законы которой прояснились, остается лишь углубиться в детали. Но математическая философия природы оказалась пригодной для ограниченного числа предметов и явлений, сопоставимых с механизмами. Вне ее оставались живые организмы, геологические системы, вся земная область жизни – космическая обитель рода человеческого.

А незадолго до смерти Ньютон признался: «Не знаю, чем я могу казаться миру, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, развлекающимся тем, что от поры до времени отыскиваю камешек более цветистый, чем обыкновенно, или красивую раковину, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным».

Закон всемирного тяготения был признан не сразу. Он вызывал недоумение. Получалось, что не только огромный земной шар притягивает человека или яблоко, но и они, как любое тело, притягивают нашу планету. Гюйгенс писал: «Мысль Ньютона о взаимном притяжении я считаю нелепой и удивляюсь, как человек, подобный Ньютону, мог сделать столько трудных исследований и вычислений, не имеющих в основании ничего лучшего, чем эта мысль».

Много позже Л. Эйлер сомневался в универсальности и точности этого закона. А в конце XVIII в. Г. Кавендиш экспериментально подтвердил верность этого закона Ньютона. Хотя суть гравитации до сих пор остается загадочной. Придумана даже особая частица граитон – квант гравитационного поля притяжения с нулевой массой покоя и нулевым электрическим зарядом. Запущенный успешно 11 сентября 2008 г. сверхмощный ускоритель частиц призван, в частности, внести ясность в суть гравитации.

…Принято считать, что абсолютное время и пространство Ньютона опровергла теория относительности Эйнштейна. Но отброшена ли концепция Ньютона? Его идею абсолютного времени современные физики, сами того не заметив, возродили в связи с гипотезой Большого взрыва, подсчитывая в именно абсолютных значениях возраст небесных тел и Метагалактики.

Ньютон не отрицал относительного времени и пространства, высказывал сомнения в существовании абсолютной системы координат. Между прочим, Эйнштейн признавался: «До сих пор не удалось заменить единую концепцию Мира Ньютона другой, столь же всеобъемлющей единой концепцией. Но то, что мы добыли до сих пор, было невозможно получить без ясной системы Ньютона».

Галлей Эдмунд

Галлей Эдмунд (1656–1742) – английский астроном и геофизик. Сын зажиточного мыловара, увлекшись науками, окончил Оксфордский университет, с 1703 г. стал там профессором математики, через 10 лет – секретарем Королевского общества, а еще через 7 лет в качестве королевского астронома возглавил Гринвичскую обсерваторию.

Эдмунд Галлей. Художник Т. Мюррей

Он рано начал публиковать результаты своих астрономических наблюдений, был в дружеских отношениях с более старшими коллегами – общительным Робертом Гуком и замкнутым Исааком Ньютоном. Галлей помогал Ньютону в его работе над «Математическими основаниями натуральной философии».

Этот трактат Королевское общество постановило напечатать за свой счет, возложив наблюдение за изданием на Галлея. Но на счету Общества оказалось мало средств. Эдмунд уговорил своего отца дать деньги на издание объемистой (39 печ. л.) рукописи Ньютона.

В 1676 г. он отправился на два года на остров Св. Елены, где составил каталог 341 звезды Южного полушария. Отметил: на острове, близ экватора, его маятниковые часы идут медленней, чем в Лондоне, что можно было объяснить увеличением земного притяжения. На это его наблюдение сослался Ньютон в своих «Математических началах» (на 5 лет раньше данный эффект описал французский астроном Рише).

Изучая земной магнетизм, Галлей совершил путешествия к берегам Южной Африки и Америки; опубликовал первую большую карту магнитных склонений (1701). Через 17 лет обнаружил собственное движение звезд, которые считались неподвижными. Он вычислил периодичность появления большой кометы, получившей его имя.