Геннадий Шингарев - Мальчик на берегу океана

Я сказал: подвиг ученых, подразумевая под этим все научное естествознание Нового времени. Но ведь мы говорили об одном Ньютоне. Ведь были же и другие. Так мы снова, как в главе о математике, возвращаемся к спору о предтечах.

История закона всемирного тяготения изучена досконально. Эта история начинается задолго до Ньютона. Тем не менее закон принадлежит ему, и только ему. Как это совместить?

«Если я видел дальше, то потому, что стоял на плечах гигантов». Взглянем на дело иначе. Историков часто интересует происхождение великого человека, они хотят знать, кто были его родители, деды, прадеды. Происхождение Пушкина прослежено до XIII столетия. Но знали бы мы о его предках, если бы не было Пушкина? Нечто похожее происходит с историей научных открытий.

Знаменитый физиолог Клод Бернар однажды пожаловался: «Если вам удалось открыть нечто новое, то сначала говорят, что это неверно, когда же истина становится неопровержимой, заявляют, что о ней давно знали». Когда Исаак Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения, поднялся Гук и заявил, что ему этот закон был уже давно известен. При некотором усилии фантазии можно представить себе, как после этих слов Гука встала из гроба тень Кеплера, чтобы заявить, что еще раньше о притяжении планет к Солнцу догадался он, Кеплер. А Кеплеру мог бы возразить покойный Гилберт, а за Гилбертом попросил бы слова еще кто-нибудь. Ни одно фундаментальное открытие — повторим это снова — не рождается на пустом месте. Но в том-то и дело, что смысл работы предшественников становится ясным лишь после того, как приходит гений, чтобы сказать свое слово — сформулировать Закон. Только после него становится ясно, что все они двигались в одном направлении. Но тогда начинает казаться, что Закон не только существовал с тех пор, как существует мир, но и был, известен чуть ли не с незапамятных времен. Действительно, догадки о существовании гравитации высказывали многие. Но лишь Ньютону было дано превратить их в незыблемый факт науки. Формула, с которой мы начали эту главу, имеет только одного автора.

Теперь посмотрим, что же было сделано до Ньютона.

Более двух тысячелетий назад, в III веке до нашей эры, уроженец Са́моса Аристарх, живший в Афинах, измерил расстояние от Земли до Солнца — оно оказалось, по его данным, в 19 раз больше расстояния от Земли до Луны. Отсюда он сделал вывод, что Солнце намного больше Земли. Естественно думать, что малое тело движется вокруг большого, а не наоборот; поэтому Земля вместе с людьми и богами вращается вокруг Солнца, и так же движутся все остальные планеты. Сочинения Аристарха Самосского не сохранились, о его системе мира мы знаем со слов Архимеда.

Между 1512 и 1516 годами, то есть через 1900 дет, каноник польской католической епархии в городке Фромборке Николай Коперник подвел итог своим мыслям о мироустройстве в трактате «Малый Комментарий». В нем содержался первый набросок гелиоцентрической системы. Позднее Коперник собрал все доказательства движения Земли и других планет по околосолнечным орбитам в сочинении «Шесть книг о круговращениях небесных сфер». Гонец привез только что отпечатанную книгу во Фромборк 24 мая 1543 года, когда автор уже лежал при смерти.

В 1600 году лейб-медик королевы Елизаветы Уильям Гилберт выпустил книгу «О магните», где между прочим утверждал, что Земля притягивает Луну. В другом труде Гилберта, найденном после его смерти, говорилось, что оба небесных тела притягиваются друг к другу, но действие Земли сильнее из-за превосходства массы.

В 1609 году императорский математик в Праге Иоганн Кеплер закончил обработку астрономических наблюдений Тихо Браге и вывел два закона движения планет. Все планеты, включая Землю, движутся по эллипсам, при этом Солнце находится в одном из фокусов эллипса, — таков первый закон. Второй закон: планеты движутся неравномерно; по мере приближения к Солнцу скорость планеты возрастает и наоборот. Другими словами, направленный на планету луч Солнца, перемещаясь вслед за ней, покрывает равные площади за равные промежутки времени.

В той же книге, где были приведены эти законы («Новая Астрономия, или Физика неба»), Кеплер рассуждал, почему небесные тела удерживаются друг подле друга. На это можно было ответить просто: «Потому что такова воля творца», но Кеплера такой ответ не удовлетворял. Планеты обладают родством душ, которое побуждает их соединиться, подобно магнитам. Так соединились бы, упав друг на друга, Земля и Луна, если бы душа Луны одновременно не заставляла Луну устремляться вперед. Но тяготение к Земле держит ее, как на привязи.

Через девять лет Кеплер добавил к своим двум законам третий. Этот закон относится не к одной планете, а ко всей системе планет. Смысл его тот, что чем дальше планета отстоит от Солнца, тем длиннее большая ось ее эллиптической орбиты, но если сравнить между собой размеры орбит соседних планет и времена (периоды) их обращения вокруг Солнца, то окажется, что размеры орбит растут быстрее. Периоды обращения пропорциональны полуторной степени поперечных диаметров орбит. Получается, что чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется.

Примерно в это же время по другую сторону Альп Галилео Галилей размышлял над тем, почему планеты не останавливаются. Почему они не падают друг на друга? Еще Аристотель учил, что всякое движущееся тело перестает двигаться, как только перестает действовать посторонняя сила, толкающая его. В книге «Беседы и математические доказательства по поводу двух новых наук…», в 1638 году, Галилей пришел к заключению, что дело обстоит как раз наоборот: скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, должна сохраняться вечно, если нет внешних препятствий его движению. Движение абсолютно, покой относителен. Поэтому вопрос, почему небесные тела не останавливаются, следовало бы вывернуть наизнанку: а почему, собственно, они должны остановиться?

В середине столетия Христиан Гюйгенс заинтересовался наблюдениями Галилея над движением маятника и в 1658 году представил голландским Генеральным Штатам проект усовершенствования корабельных часов. Старые часы ходили при помощи гири, которая толкала зубчатое колесо. Часы Гюйгенса приводились в движение колебаниями маятника. Потом ему пришла в голову другая идея — регулировать ход часов с помощью конического маятника, вращающегося вокруг вертикальной оси. Обдумывая эту мысль, он пришел (в 1659) к понятию центробежной силы и вывел формулу для ее определения.

В 1666 году член флорентийской Академии Опыта Джованни Борелли предложил свое объяснение движений небесных тел. С одной стороны, тела стремятся сблизиться, с другой — планета, вращаясь вокруг самой себя, должна была бы «укатиться» прочь. Обе силы попеременно перевешивают друг друга, и планета оказывается то ближе, то дальше от Солнца, — вместо окружности получается вытянутая орбита.