от центра Земли может сказаться на ускорении падений. Чтобы это увидеть, надо было признать за законами тяготения некоторый набор свойств, характерный и для законов изменения других явлений.
Роберт Гук (1635-1703), английский физик и химик, старший современник Ньютона, сумел сделать этот шаг. Он пришел к выводу, что тяготение с расстоянием ослабевает. Он же категорически утверждал, что все небесные тела обладают тяготением, иначе они разлетелись бы по прямым линиям во все стороны, а не были бы «привязаны» к своим орбитам. Он пришел в конце концов к выводу о том, что тяготение ослабевает пропорционально квадрату расстояния.
Известно, что о таком ослаблении тяготения говорилось и до Ньютона, и до Гука. Итальянец Альфонсо Борелли утверждал это в печати еще в 1665 г., когда Ньютон только еще размышлял над своим законом. Но Борелли опирался лишь на наблюдения за движением спутников Юпитера. Роберт Гук выдвинул общую идею, которую не смог доказать математически по той простой причине, что он не умел составлять требовавшиеся в данном случае уравнения. Закон всемирного тяготения был открыт Исааком Ньютоном (1643-1727).
«И в том же году я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны...Все это было в 1665 и 1666 гг. - в годы чумы, ибо в те дни я был на заре своей поры изобретений, и математика и философия волновали меня более, чем когда-либо после...» - писал уже постаревший Исаак Ньютон.
Один из друзей Ньютона по имени Стекли остался в истории, поскольку поведал нам историю ньютонова яблока:
«После обеда погода была жаркая; мы перешли в сад и пили чай под тенью нескольких яблонь. Были только мы вдвоем. Между прочим, сэр Исаак сказал мне, что точно в такой же обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда-он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоко всегда падает отвесно, подумал он про себя, почему не в стороны, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность ее количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю точно так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся во всей Вселенной».
Для Ньютона тяготение было не просто одним из свойств материи, а главным ее свойством, ключом к решению загадок Вселенной. Потому что «такие свойства тел, которые не могут быть ни усиляемы, ни ослабляемы, которые оказываются присущи всем телам, над которыми возможно проводить испытания, должны быть почитаемы за свойства всех тел вообще».
Главный труд своей жизни ученый назвал «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон, опираясь на соединение открытых им законов механики и Закона всемирного тяготения, провозгласил, что задача науки заключается в том, чтобы объяснить мир в целом, исходя из начал механики.
Тысячи астрономов изучали звездное небо, пути планет и Луны. Миллиарды людей каждый день сталкивались с тем, что все могущее упасть - падает. Ньютон первый объявил, что то и другое происходит по одному и тому же закону. Сначала
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.
