448
Глава 10. Гравитационные взаимодействия
Тяготение существует ко всем телам вообще и пропорционально массе каждого из них.
И.Ньютон [1] Тяжесть покоящегося тела есть ни что иное, как задержанное движение.
М.В.Ломоносов [2]
10.1. Краткая история развития представлений о гравитации
Гравитация (тяготение) всегда считалась и до сих пор считается самой загадочной из всех сил природы. От других сил гравитацию отличает то, что ее нельзя экранировать или изменить никаким искусственным способом.
О свойствах атомов иметь тяжесть упоминал Демокрит в IV в. до н. э. Он упоминал в связи с этим, что атомы состоят из амеров – истинных неделимых частицах, которые хотя и являются частями атомов, тяжестью не обладают. За это Демокрита критиковали все последующие естествоиспытатели.
Первые высказывания о тяготении как всеобщем свойстве тел относятся к античности. Так, Плутарх писал: «Луна упала бы на Землю как камень, чуть только уничтожилась бы сила ее полета».
В XVI в. к проблеме происхождения тяготения вернулся Рене Декарт. Характерные черты учения Декарта – изгнание из науки о природе потаенных свойств и указание на возможность объяснения физических явлений движением – обусловили его живучесть, и научное направление, руководствующееся принципами Декарта, называется картезианским или кинетическим. В дальнейшем в борьбу с этим направлением вступила ньютоновская школа.
В соответствии с учением Декарта характеристикой материи является протяженность в длину, ширину и глубину, т.е. геометрическая форма. Для Декарта нет пустого пространства, не заполненного материей. Из учения Декарта следует, что равные объемы содержат одинаковое количество материи. Материальная частицы ваты плюс неощущаемая нами материя, наполняющая промежутки, дают в сумме, по Декарту, то же количество материи, как и материальные частицы такого же объема свинца. Представление о массе не выработано Декартом, тому есть веские исторические причины. Но главное, что есть у Декарта, это его уверенность в том, что взаимодействие между телами
449
немыслимо без наличия посредствующей среды. Действие не передается через пустоту, а только через материю. В связи с этим Декарт разработал представление о вихрях эфира, движущих планеты. Он осуждает Галилея за то, что, по мнению того, тела падают в пустоте: «все, что он (Галилей) говорит о скорости тел, падающих в пустоте, не имеет основания; он должен был бы предварительно определить, что такое тяжесть, и если бы его определение было верно, то он знал бы, что ее нет в пустоте». Декарт прав: в абсолютной пустоте нет среды и потому нет никакой связи между телом, окруженным пустотой, и Землей.
В XVI и XVII вв. в Европе возродились доказательства взаимного тяготения тел. Основатель теоретической астрономии И.Кеплер, анализируя многолетние результаты наблюдений датского астронома Тихо Браге, вывел свои знаменитые три закона небесной механики. Он считал, что движение планет не есть хотя бы упорядоченное, но самопроизвольное блуждание: оно происходит под действием некоторого внешнего агента, и этот агент есть Солнце. Его действие ослабевает по мере удаления планеты от Солнца. Кеплер говорил, что «тяжесть есть взаимное стремление всех тел», но никаких попыток понять причины такого стремления он не сделал. Кеплер пытался найти общую причину для объяснения поведения планет и понял, что такой причиной является Солнце, в котором находится «движущая душа» всей планетной системы. В области астрономического знания Кеплер своими эмпирическими законами дал вечный и незыблемый фундамент динамической астрономии, но физическое обоснование планетных движений у него совершенно отсутствует.
Ньютон задался целью найти единый закон, из которого вытекали бы все кеплеровские законы небесной механики [1]. Такой закон был им найден и назван Законом всемирного тяготения. Ньютон много сил положил на то, чтобы найти физические причины тяготения и пытался привлечь для этой цели эфир – среду, заполняющую все мировое пространство. Одним из вариантов было представление эфира в виде газа, подобного воздуху, но более тонкого и более упругого.
В письме Р.Бойлю об эфире, написанном 28 февраля 1679 г., Ньютон излагает пять предложений, уточняющих его представление об эфире [3, с. 41–43].
1) Предполагается, что по всему пространству рассеяна эфирная субстанция, способная к сжатию и расширению и чрезвычайно упругая, «одним словом, – пишет Ньютон, – во всех отношениях похожая на воздух, но только значительно более тонкая».
