Закон всемирного тяготения

На склоне дней своих Ньютон признался, как произошло все на самом деле. Он прогуливался по яблоневому саду своих родителей и увидел вдруг на дневном небе луну. И тут на его глазах отрывается яблоко с ветки и падает на землю. В это время Ньютон работал над законом движения, он знал уже, что падение яблока тесно связано с действием гравитации. Знал и о том, что Луна вращается по орбите, а не висит в воздухе, что на нее воздействует некая сила, удерживающая ее на этой орбите, не дающая сорваться с траектории и уйти в открытый космос. Именно в момент падения яблока до Исаака дошло: и падать яблоко, и оставаться на орбите Луну принуждает одна сила. Закон всемирного тяготения Ньютона был близок к открытию.

Заглянем в предысторию. Галилей и другие предшественники Ньютона изучают движение тел (равноускоренное), падающих на землю. Выдвинуто предположение, что явление это чисто природное и существует лишь у поверхности земного шара. Кеплер же со своими единомышленниками утверждает, что в сферах небесных законы иные, совсем не те, что управляют движением на Земле. Все аргументы сводятся к тому, что тела небесные в силу совершенности своей движутся по орбитам опять-таки, в силу своего совершенства. Другими словами, гравитацию разделяли на два вида: земная (несовершенная) и небесная (совершенная).

А прозрение Ньютона объединило оба типа гравитации в его сознании. Можно сказать, что этот момент стал историческим, объединив разделение ложное (Земли) и искусственное (Вселенной).

Результат расчетов Ньютона звучит теперь так: закон всемирного тяготения. Определение его гласит: между парой тел во всей Вселенной имеет место сила взаимного притяжения. Закон облачен в форму уравнения:

F = GMm/D2,

Видео: Физика. Динамика: Закон Всемирного тяготения. Центр онлайн-обучения «Фоксфорд»

M и m — означают массы одного и второго тела, D — расстояние между этими телами, F — силу гравитационного притяжения. G здесь — константа, определяется экспериментально и, если выражать ее в единицах СИ, равна 6,67 10–11.

Но закон всемирного тяготения требует нескольких замечаний. Во-первых, действие его распространяется на все материальные физические тела, находящиеся во Вселенной. К примеру, книга, читаемая вами, как и вы сами, тоже подвержена силе взаимного гравитационного притяжения, равной по величине, но противоположной по направлению. Сила слишком мала даже для чувствительных приборов, но она действительно существует и ее даже можно рассчитать. Другой пример — взаимное притяжение между вами и бесконечно далеким квазаром, который удален на миллиарды световых лет. Эти силы притяжения более малы, чем в предыдущем примере, но они существуют.

Во-вторых, земная сила притяжения у поверхности воздействует на все тела в раной мере и в любой точке. В эту секунду на вас действует эта же сила, которую рассчитать можно по формуле, указанной выше, физически же вы ощущаете ее, как собственный вес. Уроните что-нибудь. И этот предмет устремится к земле равноускоренно. Галилей первый смог измерить экспериментально ориентировочную величину ускорения падения вблизи земной поверхности. Помните буковку g из уравнения? Но для Галилея это была экспериментально измеряемая константа, а по Ньютону эту величину (ускорение при свободном падении) можно узнать, если подставить в формулу массу Земли (М) и ее радиус (D). Предмет измерения Галилея становится математическими расчетами и прогнозами Ньютона.

В-третьих, закон всемирного тяготения показывает и объясняет устройство нашей системы (Солнечной), законы Кеплера, раскрывающие траекторию движения планеты, можно вывести из него. Для самого Кеплера эти законы носили лишь характер описательный — ученым просто обобщались наблюдения в математических формах. В великой системе мироустройства, согласно Ньютону, выведенные законы Кеплера оказываются прямым следствием законов механики и закона всемирного тяготения. И снова мы наблюдаем превращение эмпирических заключений, полученных на уровне одном, в четкие логические обоснованные выводы и переход на уровень другой.

Видео: Закон всемирного тяготения / The law of universal gravitation

Правда ли была поведана Ньютоном на склоне своих лет? Не лукавил ли он, рассказывая о своем открытии? Никаких документов, свидетельствующих или опровергающих то, что проблемой гравитации Ньютон занимался именно в тот период и действительно сам, нет. А документам, как известно, свойственно и теряться. А еще общеизвестно признано: Ньютон был малоприятным человеком и страшно дотошным в том, что хоть как-то касалось закрепления приоритетов в науке за ним. Поэтому затемнить истину, почувствовав малейшую угрозу, было именно в его характере.
Так и останется вопросом: почему, опубликовав свой закон всемирного тяготения в 1687-ом, открытие его он датировал 1666-м годом? Что разделяло эти 20 лет?