Ньютон и яблоко

Старые популярные книги рассказывают, а романтические рисунки даже изображают, как Ньютон пришел к своему знаменитому закону тяготения. Белокурый молодой человек с задумчивым взглядом сидит в саду под яблоней, а над ним на ветке раскачивается, очевидно, уже перезревший плод. Наконец, яблоко срывается и падает на землю-именно в этот момент Ньютон получил тот решающий толчок, который привел его к теории тяготения. По словам племянницы знаменитого английского естествоиспытателя этот анекдот распространил Вольтер (1694-1778), и с тех пор дерево, под которым в свое время сидел Ньютон, стало своего рода ре ликвией. (Однако позднее новый владелец сада изготовил из этого дерева стол.) Легенда о яблоке, разумеется, не возникла из ничего: сам Ньютон рассказал ее своему современнику Стьюкли. Наблюдая падение яблока, он невольно задался вопросом, почему оно-а равным образом и все другие тела - падает всегда отвесно, т. е. по направлению к центру Земли, и пришел к убеждению, что должна существовать какая-то сила притяжения, "концентрирующаяся" в недрах Земли. Конечно, вздор, что именно упавшее яблоко мгновенно вдохновило физика на решение труднейшей научной проблемы, над которой многие тщетно ломали головы.

Исаак Ньютон

Не было ничего необычного в том, что английский физик, математик и астроном Исаак Ньютон (1643-1727) интенсивно занимался вопросами тяготения. Как мы уже говорили, в то время данная проблема стояла на повестке дня науки. Логичность постановки подобного вопроса нигде так отчетливо не была показана, как в работах Кеплера, который, исходя непосредственно из открытых им законов, и сформулировал вопрос о причине наблюдаемой закономерности движения небесных тел.

Из письма, которое Ньютон в 1686 г. написал своему знаменитому современнику, математику и астроному Эдмунду Галлею (1656-1742), мы знаем, что он еще в возрасте 22-23 лет занимался проблемой изменения силы тяжести с расстоянием, следствием которого должен быть третий закон Кеплера. Тогда же Ньютон установил (иным путем, чем Кеплер), что сила притяжения между Солнцем и планетами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

В оставленных Ньютоном набросках было найдено еще более обстоятельное разъяснение, относящееся к 1666 г.: "В том же году я начал задумываться над тяготением, которое простирается до лунной орбиты, и нашел, как оценить силу, с которой шар, вращающийся внутри сферы, давит на ее поверхность. Из правила Кеплера, утверждающего, что квадраты периодов обращения планет пропорциональны кубам больших полуосей их орбит, я сделал вывод, что силы, удерживающие планеты на их орбитах, должны быть обратно пропорциональны квадратам их расстояний от центров, вокруг которых они вращаются. Исходя из этого, я сравнил далее силу, которая необходима, чтобы удерживать Луну на орбите, с силой тяжести на поверхности Земли и нашел, что они почти точно равны. Все это происходило в течение двух страшных лет эпидемии чумы (1665-1667), поскольку я тогда был в расцвете творческих сил и более, чем когда-либо позже, задумью алея над проблемами механики и философии".

Ньютон уже тогда понимал универсальность силы тяжести. В его словах отчетливо выражена мысль, что ту же силу, которая удерживает Луну и планеты на их орбитах, следует считать ответственной и за существование ускорения свободного падения на Земле. Но тогда Ньютон еще не довел свою идею до конца. Почти полтора десятилетия он по неопределенной причине совершенно не касался этой чрезвычайно важной проблемы. Возможно, его не удовлетворяло несоответствие между силой тяжести на земной поверхности и силой тяжести, которая действует в далеком космосе на Луну? Действительно, из-за незнания точного диаметра Земли расстояние до Луны было тогда известно недостаточно точно. Поскольку эта величина играла решающую роль в вычислении гравитационного действия Земли на Луну, Ньютон не мог получить удовлетворительного соответствия результатов. Однако, как мы уже упоминали, к этому времени известный английский естествоиспытатель Роберт Гук сообщил Ньютону о результатах новых измерений.

В ответе Гуку Ньютон ничего не говорит о своих соображениях. Прошло 6 лет, прежде чем он начал письменно излагать результаты собственного изучения проблемы гравитации. Об этом сообщал его секретарь, нанятый Ньютоном по рекомендации Грантемской школы и работавший у него с 1685 по 1689 г. В это время Ньютон создал одно из самых значительных произведений в истории естествознания, а именно "Математические начала натуральной философии" (Philosophiae naturalis principia mathematica). Оно было завершено в 1684 г. и опубликовано в 1687 г. В этой работе даны определения понятий массы, веса, силы и другие, а также изложены законы механики Ньютона.