Анатолий Ракитов - Трактат о научном познании для умов молодых, пытливых и критических

Так как планеты в действительности двигаются по эллипсу, то следует предположить, что, помимо силы, направляющей их по касательной, имеется другая сила, направленная к Солнцу. Эта центростремительная сила была названа Ньютоном силой притяжения. Теперь оставалось лишь подыскать математическое выражение для предполагаемого закона притяжения и проверить его всеобщность. Здесь роль своего рода «подсказчика» сыграл второй закон Кеплера, который своей формулировкой обращал внимание на связь движения планет с величиной, обратно пропорциональной квадрату их расстояния от Солнца.

Конечно, открытие точной формулировки закона — великая личная заслуга Ньютона, но, как вы видите, открытие это было сделано, по-видимому, не в саду, не через пару минут после падения легендарного яблока, а «вырабатывалось» на протяжении многих лет и опиралось на знание многих других законов, открытий и расчетов.

И еще одна важная деталь: даже после того, как формулировка закона была найдена, Ньютон опубликовал его не сразу. Прежде всего он попытался привести свой закон в согласие с явлениями природы. В качестве, так сказать, пробного полигона он выбрал вращение Луны вокруг Земли. Однако сложные расчеты, произведенные Ньютоном на основе открытого им закона, не согласовывались с вычислениями астрономов, производивших реальные наблюдения за вращением естественного спутника нашей планеты. Это заставило Ньютона на ряд лет отложить опубликование открытого закона. Лишь после того, как он познакомился с новыми, более точными результатами измерений окружности и радиуса Земли, сделанными Жаном Пикаром и опубликованными в 1675 году, он сумел внести поправки, и результаты его вычислений полностью совпали с результатами наблюдений. Только после этого Ньютон включил свой закон в число достоверных истин, подлежащих опубликованию.

Мы можем заметить немало сложных петель, из которых складывается гордиев узел науки. Закон всемирного тяготения не был непосредственно и прямо выведен, извлечен из наблюдений и экспериментов. Ньютон опирался на другие законы, прежде всего законы Кеплера и Галилея, а также законы классической кинематики и динамики.

Таким образом, неверно думать, будто бы все законы непосредственно возникают на основе наблюдений. Пример закона всемирного тяготения показывает, что он возник в результате сложных теоретических построений, вследствие учета взаимодействия, «вза-имоналожения» различных, ранее установленных законов науки. Далее наблюдения играют разную роль на начальной и заключительной стадиях формирования закона. На первой они могут дать толчок к поискам закона, на второй — послужить средством его проверки (наблюдение за движением Луны в случае с законом тяготения).

Различными по своей природе были и законы, предшествовавшие и содействовавшие открытию закона всемирного тяготения. Законы Кеплера возникли в результате математической обработки наблюдений Тихо Браге. Без них открытие законов Кеплера было бы просто невозможно. Поэтому такие законы обычно называют эмпирическими. Они если и не вытекают непосредственно из наблюдений, то уж, по крайней мере, являются результатами их математической обработки. Напротив, закон инерции Галилея не мог, как думают многие, возникнуть из наблюдений.

В самом деле, рассматривая движение любых предметов в природных или лабораторных искусственных условиях, мы никогда не можем заметить предметов, находящихся в абсолютном покое или совершающих прямолинейное равномерное движение. Сам Галилей это прекрасно сознавал к утверждал, что все виды движения относительны. Любое тело на поверхности Земли, которое мы можем условно считать покоящимся, в действительности втянуто в целый ряд разнообразных движений: оно вместе с поверхностью Земли колеблется, хотя, быть может, и не очень заметно, вращается вокруг земной оси и вместе с Землей вращается в Солнечной системе, а вместе с последней совершает движение в Галактике.

В окружающем нас физическом мире нет также совершенно прямых линий, и все тела рано или поздно меняют свои направления и скорости. Кроме того, как утверждает современная физика, все они подвергаются тем или иным воздействиям. Поэтому закон инерции, выступающий в качестве первого закона ньютоновской динамики и образующий одну из важных предпосылок открытия закона всемирного тяготения, просто-напросто расходится с прямыми и непосредственными наблюдениями. Впрочем, и законы Кеплера не могли бы быть прямо и непосредственно выведены из наблюдения. Они были сформулированы лишь на основе сложных математических расчетов, ибо то, что мы видим, рассматривая движение светил на небосклоне, попросту противоречит утверждению о движении планет вокруг Солнца.

Что же касается закона инерции, то он возникает не как результат сложных расчетов, а как некоторое теоретическое предположение или гипотеза, имеющая совсем иное назначение и происхождение, чем законы Кеплера. Его подлинный смысл можно было бы передать так: если бы на тела не действовали никакие силы, то они в определенной системе отсчета (которую мы называем инерциальной) покоились бы, либо двигались прямолинейно и равномерно. Но поскольку наблюдения во всех реальных и лабораторных условиях показывают, что ни одно тело не находится в абсолютном покое и не двигается равномерно по идеальной и бесконечной прямой, то это свидетельствует о том, что на все тела действуют какие-либо силы, не дающие им оставаться в покое или двигаться равномерно и прямолинейно. В такой формулировке закон инерции выступает как предположение, как гипотеза об условиях наблюдения за явлениями природы, при которых эти явления могут подчиняться законам классической динамики. Без такого предположения нельзя было бы применить закон всемирного тяготения к объяснению причин вращения планет вокруг Солнца или Луны вокруг Земли.

В самом деле, достаточно предположить, что в мире просто неосуществимо прямолинейное движение хотя бы потому, что реальное физическое пространство искривлено, чтобы отпала необходимость в самом понятии силы тяготения. В этом случае можно было бы сказать, что Земля двигается по кривой линии вокруг Солнца просто потому, что такое движение заключено в самой природе физического пространства, окружающего Солнце. То же самое можно было бы сказать и о Луне. Вы, пожалуй, возразите, что понятие «искривленное пространство» — нечто противоестественное и искусственное. Не торопитесь, однако, с поспешными выводами. Именно такое понятие, конечно несколько более сложное, лежит в основе общей теории относительности Эйнштейна, которая более глубоко, чем закон тяготения Ньютона, объясняет многие физические явления. И хотя эта теория еще не получила полного эмпирического и экспериментального подтверждения, есть много данных, заставляющих считать, что в целом она является правильной.