XXV. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ЗАКОНА ТЯГОТЕНИЯ

Открытие закона тяготения полностью подтверждает давно высказанную мысль, что сила гения заключается в искусстве связать в одно целое то, что обыкновенным людям кажется разрозненным и разъединенным. И до Ньютона миллионы людей наблюдали падение тел и считали это совершено понятным и обычным явлением, над которым нечего раздумывать. Ньютон же посмотрел на это дело иначе и сделал несомненным тот факт, что непрерывное движение небесных тел и движения, наблюдаемые на земной поверхности, подчинены одинаковому закону: все разнообразные движения небесных тел ему удалось свести к таким обычным явлениям, как тяготение и инерция вещества.

Нетрудно проследить тот путь, который привел Ньютона от земных к небесным явлениям, — от падения на земную поверхность под влиянием земного притяжения яблока, камня и прочих тел до движения планет и их спутников. Всякое падающее по направлению к Земле тело (независимо от его массы, состава и т. д.) в первую секунду проходит 4,9 метра, во вторую — втрое больше, т. е. 14,7 м, в третью в пять раз больше, т. е. 24,5 м, и т. д. Таким образом, все предоставленные самим себе тела независимо от их веса при падении на Землю приобретают одинаковое ускорение, которое равно 2x4,9 м. т. е. 9,8 м/сек.

В связи с этим Ньютон, стараясь установить (на основании законов Галилея и Кеплера) закон действия силы, искривляющей пути планет и их спутников, не мог не задать себе вопроса: как далеко распространяется действие наблюдаемой нами силы тяжести или земного притяжения? Не простирается ли оно до Луны и до еще более далеких небесных тел? Не является ли эта обыкновенная, всем известная «сила», под действием которой все предметы, предоставленные самим себе, т. е. не имеющие какой-либо опоры, падают на Землю, той самой «силой», которая удерживает Луну на ее орбите и мешает ей умчаться от Земли по касательной к орбите?

Чтобы ответить на этот вопрос, нужно было определить, как велика сила, которая необходима для удержания Луны на ее орбите, а затем сравнить ее с величиной силы земной тяжести на расстоянии Луны. Так и сделал Ньютон, имея в виду, что по силе можно вычислить и ускорение падающего тела на Землю и Луны к Земле. Оказалось, что ускорение при падении Луны к Земле, т. е. отклонение пути Луны от прямой линии, составляет 0,0027 метра в секунду (строго говоря 0,0027 м/сек.²). После этого пришлось определить величину ускорения силы земной тяжести на расстоянии Луны, т. е. насколько ослаблено на этом расстоянии земное притяжение. Ньютон сумел и это вычислить на основании имевшихся у него данных об ускорении свободно падающих тел на земной поверхности, а также знания расстояния Луны от Земли. Результат его был следующий: величина ускорения силы тяжести на расстоянии Луны должна быть в точности равна 0,0027 метра в секунду.

Таким образом, одна и та же сила —сила тяжести — удерживает Луну на ее орбите и заставляет камень падать на Землю. На этом основании необходимо было сделать вывод, что Земля и другие планеты не падают на притягивающее их Солнце благодаря инерции своего движения, а также благодаря тому, что при движении в мировом пространстве им не приходится преодолевать никакого сопротивления.

Стало ясно, что планеты, их спутники и т. д. — просто тяжелые тела, движущиеся по тем же законам, что и земные предметы, но лишь при совершенно иных условиях. Словом, пришлось признать, что свойства вещества, которые мы открываем на Земле при помощи опытов, служат для объяснения многих явлений, происходящих и на отдаленных небесных телах, ибо в природе, при одинаковых условиях, должны происходить совершенно одинаковые явления.

Открытие закона всемирного тяготения — одно из величайших завоеваний человеческого гения, одно из самых поразительных событий в истории естествознания с момента появления учения Коперника. Результаты, к которым этот закон приводит, отличаются такой точностью, что астрономия по строгости своих предвидений и заключений уже давно стала образцом для всех естественных наук.

Блестящим триумфом ньютоновского закона явилось предвычисление французским математиком Клеро (1713—1765) возвращения к Солнцу одной из ярких комет, наблюдавшихся еще при жизни Ньютона. Она появилась в 1682 г., и английский астроном Галлей, друг и последователь Ньютона, установил, что орбита ее весьма походит на орбиту кометы, наблюдавшейся 75 лет назад, в 1607 г. Галилеем, Кеплером и другими, так что эта комета, названная «кометой Галлея», является периодической. Она до того появлялась на небе уже много раз, но каждый раз суеверные люди смотрели на нее со страхом, как на знаменье божьего гнева. Возвращение этой кометы можно было ожидать еще через 75 лет, т. е. начиная с 1757 г.

Клеро, изучая движение этой кометы с учетом возмущающего влияния планет, своими вычислениями показал, что возвращение ее к перигелию (ближайшему расстоянию от Солнца) произойдет лишь в апреле 1759 г., — почти через 77 лет. Это явилось важным событием в истории науки: ученые стали рассчитывать появление комет, подобно тому, как мы вычисляем предстоящие затмения. Галлеева комета, вполне оправдав закон тяготения Ньютона, «пришла» в 1759 г., причем впоследствии выяснилось, что Клеро ошибся всего лишь на один месяц во времени ее возвращения к перигелию. Она наблюдалась затем в 1835 и в 1909 гг., причем последнее вычисление, сделанное астрономами Коуэллом и Кроммелином, оказалось точным до трех дней. Все это, конечно, явилось великим торжеством той науки («небесной механики»), которая построена на основе ньютоновского закона тяготения.

Ближайшие к Солнцу орбиты планет Меркурия, Венеры, Земли и Марса. Эти планеты называются «внутренними планетами», а все остальные — «внешними».

В одном случае правильность закона тяготения оказалась перед лицом серьезного испытания и сомнения, но этот случай лишь способствовал укреплению убеждения в том, что закон тяготения является непреложным. Дело обстояло так.

Орбиты «внешних» планет Юпитера Сатурна, Урана и Нептуна. Точка в самом маленьком кружке—Солнце, а самый этот кружочек обозначает орбиту Марса. Рисунок изображает солнечную систему в целом.

Результаты вычислений движения седьмой по счету от Солнца планеты Уран, открытой в 1781 г., не совпали с данными наблюдений. Хотя отклонения были и незначительны, но они вызывали беспокойство. Некоторые ученые готовы были увидеть в этом факте свидетельство того, что закон тяготения не распространяется на наиболее отдаленные области солнечной системы. Кое-кто из обскурантов радовался затруднениям науки. Было высказано, однако, правдоподобное предположение, что должна существовать еще одна неизвестная планета, которая находится дальше Урана. Своим притяжением она и вызывает возмущение Урана.

Два молодых ученых — Леверрье во Франции и Адамc в Англии — одновременно и совершенно независимо друг от друга попытались по обнаруженным отклонениям вычислить на основании закона Ньютона, местонахождение неизвестного «зауранного» небесного тела. В 1846 г. они пришли к одинаковым результатам. На основе полученных вычислений в том же году была найдена восьмая планета нашей солнечной системы, названная впоследствии Нептуном. Таким образом, то, что казалось сперва опровержением закона Ньютона, явилось новым торжеством его¹.

Мы имеем здесь один из поразительнейших примеров достоверности, полной обоснованности астрономических предсказаний. Основываясь на законе всемирного тяготения, астроном «кончиком своего пера» открывает неведомый ранее мир, отстоящий от нас на расстоянии более четырех миллиардов километров! Невольно вспоминается прекрасное замечание Ленина: «Чудесное пророчество есть сказка. Но научное пророчество есть факт»².

Торжество закона всемирного тяготения было вместе с тем торжеством учения Коперника, так как этот закон был доказан при изучении тел, которые входят в состав солнечной систехМы. Поэтому Энгельс в своей работе «Людвиг Фейербах» писал: «Система Коперника в течение трехсот лет оставалась гипотезой, в высшей степени вероятной, но все-таки гипотезой. Когда же Леверрье, на основании данных этой системы, не только доказал, что должна существовать еще одна, неизвестная до сих пор, планета, но и определил, посредством вычисления, место, занимаемое ею в небесном пространстве, и когда после этого Галле действительно нашел эту планету, система Коперника была доказана»³.

После открытия Нептуна уже не могло быть сомнения в том, что закон тяготения действует во всей нашей планетной системе. Но распространяется ли этот закон на всю вселенную, т. е. является ли он действительно универсальным, всемирным законом? Дать утвердительный ответ на этот вопрос — значит доказать, что тот же закон притяжения, который вполне применим ко всем движениям, наблюдаемым в нашей планетной системе, применим и к звездам, т. е. имеет место и во всех других мировых системах. Возможно ли это сделать? Оказалось, что вполне возможно.

Некоторые звезды сравнительно так близко расположены одна возле другой, что составляют одну родственную группу, или систему, т. е. связаны между собой общей силой тяготения. Наблюдая эти «двойные звезды» в течение долгого времени, удалось установить, что одна из звезд, менее массивная, всегда обращается вокруг другой, более массивной; вернее, обе звезды обращаются вокруг их общего центра тяжести, лежащем ближе к более массивной звезде. При этом оказалось, что их орбиты, в общем, эллиптические, как и пути планет в нашей солнечной систехме, и, стало быть, движение по таким орбитам совершается по закону Ньютона, т. е. и там сила, движущая звезду-спутницу, обратно пропорциональна квадрату расстояния. Словом, в мире двойных (и вообще «сложных» — так называемых кратных) звезд происходит то же, что и при движении Луны вокруг Земли или Земли вокруг Солнца: тяготение удерживает одну из звезд около другой!

В связи с этим особенно замечательна история открытия невидимых спутников Сириуса и Проциона. Астроном Бессель, заметив в 1844 г. неправильности в движении звезд Сириуса и Проциона, которые видны в телескоп как одиночные звезды, понял, что эти неправильности представляют собой «возмущения», вызванные притяжением движущихся вокруг этих звезд невидимых спутников, так что эти звезды в действительности являются двойными. Вскоре после этого астрономы, основываясь на законе всемирного тяготения, вычислили периоды обращений этих невидимых спутников, их положения, массы и т. д. И что же? Прошли десятки лет, и эти «невидимые» спутники были открыты при помощи более мощных телескопов, так что предположения Бесселя оправдались самым блестящим образом (см. главу XXVIII).

Открытие планеты Нептун и спутников Сириуса и Проциона начало собою новую и весьма замечательную главу в истории науки о вселенной — «астрономию невидимого». Тем самым было доказано, что закон Ньютона есть универсальный, закон природы, иначе говоря, — всеобщий закон для всей вселенной, и что, стало быть, его совершенно правильно назвали законом всемирного тяготения.

Тяготение действует всюду, где только есть какое-нибудь тело, какое-нибудь вещество, и, стало быть, является важнейшей «силой природы»⁴. Поэтому закон всемирного тяготения является основным законом астрономии: он сразу охватывает бесконечную область фактов одной простой формулой.

Сущность, природа тяготения до сих пор остается неизвестной — Ньютон только показал, как это свойство вещества проявляется, но не дал его объяснения.

Как возникает сила притяжения, посредством каких физических агентов осуществляется ее действие, с какой скоростью она распространяется?

Дать ответ на эти вопросы Ньютон предоставил будущим поколениям. «Довольно того, — писал он в заключительных страницах «Математических начал», — что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам, "и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря». Поэтому Энгельс, говоря о ньютоновском тяготении, отметил: «Лучшее, что можно сказать о нем, это — что оно не объясняет, а представляет наглядно современное состояние движения планет»⁵.

Попытки объяснить тяготение делались неоднократно (наиболее интересная и смелая из них сделана в 1915—1917 гг. современным физиком Эйнштейном), но пока нет такой, которая увенчалась бы окончательным успехом. Найти такое объяснение — одна из насущных задач современной науки (физики и астрономии).

Благодаря закону всемирного тяготения не только была доказана и обоснована гелиоцентрическая система мира, но и исчезло все таинственное в небесных движениях. Если Коперник как бы соединил Землю с небом, показав, что Земля является небесным телом, то Ньютон, наоборот, как бы соединил небо с Землей, показав, что небесные светила движутся подобно земным телам. Перед взором человека открылось материальное единство мира, общность различных его частей. Стало окончательно ясно, что нет различия между «земным» и «небесным»,—пришлось признать, что мир един и единство его — именно в его материальности.

Более того: пришлось притти к мысли, что вселенная существует сама по себе и «управляется» сама собой, — все в ней находится в «самодвижении» и, следовательно, должно быть понято из ее собственных закономерностей.

Неудивительно, что некоторые богословы обрушились на Ньютона за то, что он «лишил бога непосредственного воздействия на его творение, неизменно приписываемого ему священным писанием, а божье провидение заменил силой притяжений». Даже известный философ Лейбниц нападал на закон всемирного тяготения за то, что он «подрывает основы религии, а следовательно, и откровения».

Однако сам Ньютон не делал атеистического вывода из своих исследований движения небесных тел, потому что в те времена движение считалось чем-то внешним по отношению к веществу.

Он думал, что хотя движение планет и их спутников происходит совершенно естественно, строго закономерно, но возникновение этого движения нестественно. Ему казалось. что небесные тела получили движение, свой «первый толчок» извне, под влиянием какого-то неизвестного «духовного начала», т. е., по его мнению, здесь без «руки божией» дело не обошлось. К тому же, Ньютону казалось, что вследствие взаимно вызываемых «возмущений» солнечная система должна потерять свое равновесие, свою устойчивость. В связи с этим допускалось, что солнечная система не только «пущена в ход» богом, но что она также время от времени должна «приводиться в порядок» ее «творцом».

Этот неправильный взгляд вытекает из метафизического, недиалектического представления о движении материи. Не мог удовлетворить этот взгляд и религиозных людей, так как представление о вмешательстве бога для «восстановления порядка» в солнечной системе противоречит вере в «премудрость и всемогущество творца». Например, Лейбниц указывал: «Ньютон и его приверженцы имеют крайне забавное представление о божественном творении. С их точки зрения бог должен от времени до времени заводить свои «мировые часы», — в противном случае они перестанут действовать. У бога нет достаточно могущества, чтобы создать вечное движение».

Идеалисты, богословы и прочие защитники поповщины усиленно спекулируют этим взглядом Ньютона. При этом они, конечно, старательно скрывают тот факт, что в то время открытое высказывание атеистических идей было далеко не безопасно и что самому Ньютону приходилось выслушивать немало обвинений в зловредном безбожии, в сокрушении религии. Ньютон еще не знал, что движение — извечное, неотъемлемое качество (атрибут) всех вещей, — способ существования материи. Так что нет и быть не может материи без движения (как нет и быть не может движения без материи). Понятие неподвижной, неизменяющейся материи—голая, пустая отвлеченность, которой не соответствует ничто реальное; "Энгельс говорит, что представление о неподвижном состоянии является «одним из самых пустых и вздорных представлений, простым и горячечным бредом».