В поисках "мирового закона"

Было бы слишком упрощенно считать, что открытые Кеплером законы движения планет легко как нечто само собой разумеющееся стали основой небесной механики. Труды Кеплера, как и произведения Коперника, прошли долгий и трудный путь, прежде чем их признали в ученом мире. О бурных аплодисментах не могло быть и речи. Даже Галилей, благодаря своим исследованиям в механике внесший существенный вклад в развитие небесной динамики и столь энергично боровшийся за всеобщее признание коперниковой системы, полностью игнорировал законы Кеплера, хотя уж он-то должен был оценить их значение. Что это значит? Может быть, недоверие? Но Галилей никогда даже не пытался проверить их правильность собственными наблюдениями. Кометы, с которых собственно началось крушение аристотелевой теории сфер, были для него только "обезьяньими планетами Тихо". Галилей оставался приверженцем старой теории комет, утверждавшей, что "хвостатые" звезды не являются небесными телами.

Большой телескоп Яна Гевелия перед воротами Данцига (примерно 1650 г.)

Другой ученый, чья биография началась, когда Кеплер закончил свой жизненный путь,-француз Исмаэль Буйо-без обиняков заявил, что законы Кеплера-это всего лишь гипотезы. Он, правда, признавал, что они лучше других теории отражают наблюдаемые движения планет, но это не исключает их гипотетического характера. Буйо, как и Галилей, был убежденным коперниканцем, но в отличие от Кеплера он шел иным путем. В своей объемистой книге "Язык астрономии" (Astronomia Philolaica), вышедшей в Париже в 1645 г., он говорил, что наука нуждается в новой гипотезе о движении планет, причем она должна базироваться не на кеплеровых законах, а исходить из принципа равномерного движения планет вокруг одного из фокусов эллипса.

Проблемы движения небесных тел не давали покоя и итальянскому врачу и астроному Джованни Альфонсо Борелли (1608-1679). Движение планет и обращение спутников Юпитера и Сатурна вокруг центральных планет натолкнуло его на мысль о некоем естественном "стремлении" тел объединиться с центральным телом. Но этого не происходит, поскольку при движении любого тела по кривой возникает сила, направленная вовне (результат ее действия мы, в частности, можем видеть, наблюдая, как летит камень при отпускании пращи). Очевидно, планета может двигаться вокруг Солнца или сопровождающее планету малое тело-вокруг нее, только когда они находятся на некотором определенном расстоянии друг от друга, при котором силы, действующие на оба тела, равны-заключал Борелли.

Он пошел и дальше: рассмотрел случай, когда в какой-либо точке траектории "сила убегания" оказывается меньше "объединяющего стремления" и задался вопросом: "Что же тогда произойдет?" Очевидно, большая "объединяющая" сила начнет стягивать планеты к Солнцу, и это будет продолжаться до тех пор, пока обе силы вновь не сравняются. Скорость, с которой планета приближается к Солнцу, согласно закону инерции Галилея, должна оставаться постоянной. Итак, планета все ближе подходит к Солнцу, пока "сила убегания" не превысит силу притяжения. Тогда обязательно начинается обратный процесс: "сила убегания" постепенно выводит планету на большую орбиту, и после полного оборота планета снова попадает в исходную точку, где начинается предполагаемый процесс стягивания. Борелли тем самым попытался объяснить эллиптические орбиты планет с помощью двух противодействующих друг другу сил, одна из которых создается Солнцем, а другая-орбитальным движением планет.

Зарисовка лунной поверхности по Гевелию, который считается основоположником селенографии. Гевелий создал первую карту поверхности Луны

Сила тяжести и движение планет взаимосвязаны - это убеждение в конце концов восторжествовало.

Ряд опытов, призванных объяснить поступательное движение планет, предпринял также английский исследователь Роберт Гук (1635-1703). Он полагал, что причиной движения тел является магнетизм или электричество. А если так - рассуждал Гук,- то с увеличением высоты тела над поверхностью Земли сила должна уменьшаться. Позднее Гук попытался установить закон притяжения, исходя из наблюдаемого движения планет. Он полагал, что природу криволинейного движения нельзя объяснить начальным толчком, здесь должна постоянно действовать какая-то сила, которая, собственно, и порождает это криволинейное движение. Если бы такая сила исходила из центра движения, то движение тела можно было бы вычислить на основании законов механики.

В 1674 г. Гук, наконец, опубликовал работу, где попытался объяснить годичное движение Земли вокруг Солнца. В заключение этого довольно объемистого сочинения он снова остановился на причинах движения планет. Он изложил свои мысли в трех четко сформулированных, поражающих своей глубиной и необычностью положениях.

1. Все небесные тела обладают своим собственным центром притяжения, или гравитации, и, вообще говоря, они притягивают не только свои собственные части... Не только Солнце и Луна оказывают влияние на тела, в том числе и на вращение Земли (а они в свою очередь на них), но и Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн своим притяжением заметно воздействует на движение Земли; точно также соответствующее притяжение со стороны Земли влияет на каждую из них.

2. Все тела, начав однажды двигаться равномерно и прямолинейно, продолжают двигаться прямолинейно, пока действие другой силы не заставит их отклониться от своего пути, и тогда они будут вынуждены описывать окружность, эллипс или какую-либо другую кривую.

3. Силы притяжения действуют тем активнее, чем ближе находится к центру притяжения тело, на которое они действуют. Правда, что касается степени этого увеличения, то пока еще не удалось определить ее экспериментально; однако, безусловно, этот обнаруженный факт, если его хорошо изучить, окажется чрезвычайно полезен астрономам, ибо позволит свести все небесные движения к одному закону, что вряд ли возможно при его игнорировании.

Сатурн с кольцом (в представлении Гевелия)

Определенной заслугой Гука следует также считать то, что не без его влияния сформировался ученый, который, наконец, решил поставленную проблему. Это был Исаак Ньютон (1643-1727)-одна из величайших фигур в естествознании.

В 1677 г. Гук был избран секретарем Королевского общества и одной из его обязанностей являлось издание научного журнала Philosophical Transactions. Среди прочих он обратился и к Ньютону с просьбой поддержать журнал публикацией своих научных трудов. Особенно интересовало Гука мнение Ньютона о его гипотезе движения небесных тел. Вместе с тем Гук информировал Ньютона о новой попытке определить размеры Земли, предпринятой Ж. Пикаром, Дж. Д. Кассини, О. Рёмером и де ля Гиром. Именно это сообщение, возможно, побудило Ньютона активно заинтересоваться вопросами гравитации.