Идея тяготения: краткая история

Впервые вопрос "Почему тела падают на Землю?" был поставлен в античной науке. Пытаясь ответить на него, Аристотель ввел понятие "естественных мест", стремление к которым испытывают тела в процессе движения. Тело тем сильнее стремится "воссоединиться" с Землей (своим "естественным местом"), чем больше его масса. Наблюдения подтверждали эту идею Аристотеля: падение на Землю более тяжелого тела происходило за меньшее время.

Иначе решался вопрос, связанный с движением планет вокруг Земли (в геоцентрической системе) или Земли вокруг Солнца (в гелиоцентрической системе). И в той и в другой системе движение планет по круговым траекториям достаточно долго считалось естественным и вечным, не связанным с действием каких-либо сил..

Напомним, что в представлении Иоганна Кеплера со стороны Солнца на планеты действовала сила, напоминающая магнитную. Потому что в научном сообществе была широко известна книга " О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле", автором которой был первый исследователь земного магнетизма доктор медицины Вильям Гильберт (1540 – 1603).

Напомним также, что с точки зрения Галилео Галилея движение планет вокруг Солнца было естественным и вечным, эллиптические же траектории, как считал Галилей, противоречат образу идеального и эстетически совершенного Космоса. Для Галилея движение планет вокруг Солнца в принципе не должно было быть связано с действием каких-либо сил. Вполне естественно поэтому, что законы Кеплера Галилей не признавал.…а по мнению российского историка науки В.С.Кирсанова даже Ньютон не считал законы Кеплера полноценными законами - поскольку они не были выведены математически (это сделал уже сам Ньютон).

О тяготении тел друг к другу и о том, что оно вызывается их взаимным желанием сблизиться друг с другом пишет - всего за пятьдесят лет до появления закона всемирного тяготения - Этьен Паскаль (, отец знаменитого французского физика и философа Блеза Паскаля. (1623 – 1662). В 1661 г. Лондонское Королевское Общество формирует специальную комиссию для выяснения природы силы тяжести. О "естественном стремлении небесных тел соединиться друг с другом" заявляет в 1666 г. итальянский физик Дж. Борелли (1608 – 1679)

Ньютон – единственный автор закона всемирного тяготения? Возможную зависимость действующей в Космосе силы тяготения от расстояния обсуждает Роберт Гук. Гук действительно в разное время и в разной форме высказал основные идеи закона всемирного тяготения. В письме, датированным 22 мая 1686 года, член Королевского общества и друг Ньютона астроном Галлей сообщил Ньютону, что член общества Роберт Гук считает, что именно он установил зависимость силы тяготения от расстояния Однако он никогда не формулировал эти высказывания в законченном виде - в форме универсального закона, справедливого для всех тел во вселенной. Сам Ньютон именно в таком виде сформулировал свой закон. На претензии Гука Ньютон, однако, отвечает весьма резко и раздраженно. В итоге он все же упоминает имя Гука среди свои предшественников, но делает эту ссылку в весьма обидной для того форме.

Отметим, что ко всему, что касалось вопросов приоритета, Ньютон был весьма чувствителен и в приоритетных спорах нередко использовал свои возможности председателя Лондонского Королевского Общества. Так, пропажу рукописей Роберта Гука. связывают с именем председателя ЛКО Исаака Ньютона.

Природа силы тяготения. Дальнодействие и близкодействие

Что касается вопроса о механизме передачи силы тяготения от Солнца к планетам, то Ньютон его сознательно избегает и постоянно подчеркивает математический характер "Начал".. В 1713 г,.во втором издании "Начал", мы встречаем в связи с этим знаменитую фразу Ньютона "гипотез не измышляю" (hypotheses non fingo). Широко известным стало и Предисловие ко второму изданию "Начал", написанное издателем книги Роджером Котсом. Котс иронически отзывается о декартовой теории вихрей как о попытке объяснить тяготение и подчеркивает, что тяготение первично и что природа его непостижима. В то же время ньютонианец Котс был – как это часто бывает – категоричнее своего учителя, поскольку сам Ньютон все же время от времени обсуждал возможное устройство передающей тяготение среды.

.В современных учебниках физики с законом всемирного тяготения (и с механикой Ньютона в целом) связывается принцип дальнодействия, согласно этому принципу скорость передачи взаимодействия бесконечна. Физики отказались от этого принципа только в XIX веке, с появлением теории электромагнитного поля Фарадея - Максвелла. Основой этой теории был принцип близкодействия, так как скорость распространения электромагнитного взаимодействия конечна и зависит от параметров среды, разделяющей взаимодействующие объекты. Вполне естественно, что появление теории электромагнитного поля Фарадея – Максвелла воспринималось как существенный отход от картины мира Ньютона.

Современная теория тяготения основывается на общей теории относительности (ОТО) Алберта Эйнштейна (1879 – 1955). Тяготение в ОТО связывается с искривлением пространства – времени из-за присутствия массивных тел. В относительно слабых гравитационных полях остается справедливой теория тяготения Ньютона. Распространение колебаний гравитационного поля происходит, согласно ОТО, со скоростью света. Тем не менее гравитационные волны экспериментально до сих пор не обнаружены.

Ньютон и "ньютоновская картина мира"

Реальное научное наследие Ньютона выходит далеко за рамки того, что принято называть "ньютоновской картиной мира".. Известный советский физик, президент Академии наук СССР в 1945 – 1952 гг. С.И.Вавилов (1891 – 1951) замечает, что "многие постулаты и следствия теории относительности не казались совсем неожиданными и неприемлемыми даже создателю классической физики". Приведем несколько таких – поистине пророческих - высказываний Исаака Ньютона. Эти высказывания Ньютона С.И.Вавилов использует в качестве эпиграфов в своей книге "Экспериментальные основания теории относительности".

"Не обращаются ли большие тела и свет друг в друга?..Превращения тел в свет и света в тела соответствует ходу природу. которая как бы услаждается превращениями." Современной физике известен процесс "рождения света" с одновременным исчезновением вещества. Это – аннигиляция электрона и позитрона (впервые экспериментально зафиксирована в 1933 г.), в результате которой появляются фотоны гамма-излучения. Возможен, естественно, и обратный процесс – рождение электрон- позитронной пары.При аннигиляции высвобождается энергия в соответствии со знаменитой формулой Эйнштейна E = m c

"Не действуют ли тела на свет на расстоянии и не изгибают ли этим действием его лучей…?" Измеренное британским астрономом Артуром Эддингтоном (1882 – 1944)в 1919 году искривление лучей света от удаленных звезд под действием силы тяготения Солнца (измерения осуществлялись во время солнечного затмения) современники восприняли как триумфальное подтверждение выводов общей теории относительности Эйнштейна.

" Может оказаться, что в действительности не существует покоящегося тела. к которому можно было бы относить места и движения прочих".. Это высказывание можно рассматривать как своеобразное предвосхищение теории относительности, отвергавшей понятие абсолютного пространства (см. ниже) и связанной с ним выделенной системы отсчета.. С.И.Вавилов замечает "Как физик Ньютон был релятивистом (то есть сторонником идей теории относительности – Б.Б.), как философ он признавал абсолютное пространство и время".

Правомерно ли в связи с приведенными высказываниями говорить, что Ньютон предсказал – за две с половиной сотни лет – эффекты, описанные в теории относительности? Ответ должен быть отрицательным, в данном случае правильнее говорить о предвосхищении – этот термин весьма популярен у историков науки. Предвосхищение Ньютона – пример весьма частой ситуации, когда размышления выдающихся мыслителей не имеют "срока давности" и "обречены" на новые и неожиданные прочтения последующими поколениями.

Поиск по сайту: