он хотел узнать, Земля ли единственное место, где действует сила тяжести. И он взял ближайшее к нашей планете тело - Луну. И предположил, что сила, удерживающая Луну на орбите вокруг Земли, - та же самая, что притягивает тела, находящиеся на поверхности Земли и вблизи от нее. Выяснилось, что изменение силы тяжести ослабевало пропорционально квадрату расстояния между притягивающимися телами. Впервые мысль об единой природе тяжести на Земле и тяготения в космосе была доказана систематическим расчетом. Аргументом в пользу именно такого воздействия расстояния на силу тяготения была аналогия с освещенностью.
Исаак Ньютон много занимался исследованием света и знал, что освещенность поверхности лучами от какого-либо источника света обратно пропорциональна квадрату расстояния от этого источника. Главным для Ньютона были наблюдения. Но эти наблюдения мало бы стоили сами по себе, если бы он не нашел для их обработки соответствующего математического метода. Больше того, он фактически и заявляет время от времени, что подменяет физику математикой. Категорически утверждает, что «исследует не виды сил и свойств их, а лишь их величины и математические соотношения между ними». Союз математики, философии и физики привел к рождению нового закона:
Здесь в числителе произведение т[ и т2 масс взаимно действующих тел, а в знаменателе - квадрат расстояния между ними, G - коэффициент в этой формуле, так называемая гравитационная константа, она же постоянная тяготения (G = 6,6710*пм3 кг1 с"2).
В дальнейшем представления о тяготении были несколько развиты. Были введены представления о напряженности поля тяготения и его потенциале.
Напряженность гравитационного поля равна отношению силы тяготения, действующей на материальную точку, к величине ее массы и представляет собой векторную величину:
-F-гМ 8 т R2
Потенциал поля тяготения ср связан с напряженностью g соотношением:
g = -grad(p, откуда Ф = -dg/dR = GM/R.
Потенциал поля тяготения - величина скалярная, суммируемая алгебраически в каждой точке пространств? от всех масс. Анализ следствий из этого положения привел в XIX в. к представлениям о так называемом гравитационном парадоксе.
Закон Ньютона не был теоретическим в современном смысле этого слова. Формула Ньютона представляла собой математическое описание опытного факта.
Единодушного восторга ученые отнюдь не выразили. Одни не признавали закон из-за его чрезмерной простоты, другие - из-за чрезмерной сложности пути, по которому Ньютон пришел к своему закону. Конкретное возражение против Закона всемирного тяготения было опубликовано в 1745 году. Францусский математик и астроном Алексис-Клод Клеро утверждал, что некоторые детали вычисленной им орбиты Луны требуют исправления Закона всемирного тяготения.
Христиан Гюйгенс (1629-1695), которого сам Ньютон называл великим ученым, изобретатель часов с маятником, сделавшим чрезвычайно много и для уяснения того, по каким законам происходит падение тел, и для прояснения роли центробежной силы вращения Земли, - тот самый Гюйгенс сначала называл Закон всемирного тяготения абсурдным, а чуть позже - маловероятным. Спустя почти шестьдесят лет после того, как Ньютон опубликовал свой закон, величайший математик эпохи Леонард Эйлер выражал сомнения в универсальности и даже точности этого закона.
Главным недостатком Закона всемирного тяготения всегда оставалось то обстоятельство, что этот закон не опирался на представления о механизме тяготения,
о причинах, по которым тела притягиваются друг к другу.
Получалось, что массы взаимодействуют на расстоянии безо всяких к тому причин. Это действие на расстоянии («action in distance») никак не объяснялось. Поэтому некоторыми учеными были предложены другие формулировки закона с объяснением причин наблюдаемых явлений. Гюйгенсом, в частности, была разработана гипотеза, опирающаяся на представления об эфирных вихрях, удерживающих планеты на их орбитах. Действие на расстоянии при этом устранялось, механизм был хорошо понятен, а формульные выражения соответствовали наблюдениям за положениями планет.
Большая часть XVIII в. и весь XIX в. были для Закона всемирного тяготения временем величайшего торжества. Когда в 1759 г. к Земле подошла комета, примерная дата появления которой была предсказана англичанином Галлеем, а затем уточнена французом Клеро, это событие стало всемирным торжеством науки. А в 1798 г. английский физик и химик Генри Кавендиш проверил Закон всемирного тяготения уже не «на небе», а на Земле, проверил его соблюдение на притяжении обычных земных предметов не к нашей планете, а друг к другу.
На кварцевой нити он подвесил коромысло с двумя маленькими шариками. Заранее промерил, какие усилия нужны, чтобы на тот или иной угол закрутить нить. Потом поднес к шарикам два больших свинцовых шара так, чтобы один из них оказался у одного конца и по одну сторону от коромысла, а другой - у другого и по другую сторону. Нить закрутилась - насколько именно, было уже вовсе легко измерить блогодаря чрезвычайно остроумной идее Кавендиша.
Посредине коромысла было укреплено легкое зеркальце. На него падал луч света, отражался и приходил на «подставленную» измерительную шкалу. Поворот коромысла определялся тем, на какое именно деление шкалы падал отраженный луч. Дальше совсем просто оказалось составить пропорцию между силой воздействия на шарики массы свинцовых шаров и массы планеты.
И все-таки, несмотря на все победы, на Законе всемирного тяготения лежала мрачная тень, с самого момента его рождения. Этой тенью было вытекающее из
8 Зак. 110
