Анатолий Томилин - Занимательно о космологии
Работая над вопросами тяготения, Ньютон много внимания уделял теории движения Луны. Это очень сложная математическая задача, потому что на ночное светило действовала не только сила притяжения Земли, но и притяжение Солнца. В математике эта задача известна как знаменитая «проблема трех тел». Имеются три большие массы, обладающие известными начальными скоростями, известным образом расположенные в пространстве, требуется определить их дальнейшее движение.
Несмотря на кажущуюся простоту, полное решение этой задачи получить чрезвычайно трудно.
Для проверки итогов вычислений Ньютону нужны были результаты наблюдений Луны. И он не раз обращался с просьбой к Флемстиду, наблюдавшему ночное светило. Однако упрямый и желчный королевский астроном вовсе не был намерен потакать «причудам мистера Ньютона», как он неоднократно выражался. Это приводило к осложнениям и неприятным ссорам.
Ньютон думал упорно. Отбросив все, он сосредоточил всю свою могучую умственную энергию на вопросе о движении Луны. Как-то Ньютон даже пожаловался Галлею, что от лунной теории у него болит голова и что она так часто заставляет его просыпаться, что он хотел бы никогда о ней не думать. В конце концов Галлей, чтобы помочь своему другу, без ведома Флемстида опубликовал результаты его наблюдений, заслужив небезосновательно прозвище «злонамеренного похитителя», которым наградил его королевский астроном. Зато Ньютон смог закончить работу над «Началами». Именно благодаря таблицам Флемстида Ньютон убедился в том, что величина ускорения движения Луны и ускорение падения тел у поверхности Земли очень хорошо согласуются с законом изменения силы тяготения в зависимости от квадрата расстояния. Это позволило сделать решающий вывод: сила, из-за которой падают тела на Земле, и сила, заставляющая ночное светило стремительно обращаться вокруг нашей планеты, — одна и та же.
Теперь три основных закона механики, равно как и закон всемирного тяготения, стали универсальными для Земли и неба. Год спустя после появления краткого мемуара «о движении» в большой степени благодаря убеждениям и уговорам Галлея появилась сначала рукопись, а затем и первая книга манускрипта, названного Ньютоном «Математические начала натуральной философии».
— Сэр Исаак разработал руду, которую я откопал, — ядовито, хотя и не без горечи, заметил Флемстид.
— Если он откопал руду, то я смастерил из нее золотое кольцо, — отпарировал Ньютон, который, несмотря на нелюбовь к спорам, еще меньше любил, когда о его работе отзывались без должного уважения и последнее слово оставалось за противником.
Ньютоновы «Начала» были удивительной книгой. «По убедительности аргументации, подкрепленной физическими доказательствами, книга эта не имеет себе равных во всей истории науки, — пишет Дж. Бернал. — В математическом отношении ее можно сравнить только с „Элементами“ Эвклида, а по глубине физического анализа и влиянию на идеи того времени — только с „Происхождением видов“ Дарвина».
Одним из важнейших общих философских выводов из ее содержания являлось то, что законы природы универсальны как для земных, так и для небесных объектов. Принципы Ньютона без дополнительных условий, гипотез и допущений объясняли движения тел в космосе и на Земле. Тогда как Декарту для объяснения тех же явлений требовалась гипотеза существования вихрей, а следовательно, и эфира. Физика Ньютона была строже и стройнее физики Декарта.
Вселенная сэра Исаака и был ли Ньютон ньютонианцем
По выходе «Начал» слава Ньютона стала общепризнанной, а авторитет непререкаем. Его труд фактически подвел итог всей науке о простейших формах движения материи за тысячу лет. Противоречивые и путаные гипотезы он заменил строгим и ясным математическим доказательством, давая схему для решения любых задач, будь то астрономия или прикладная механика. Его закон всемирного тяготения обосновал коперниковскую схему строения солнечной системы и позволил вычислять полную орбиту любого тела, обращающегося вокруг Солнца, даже в том случае, когда наблюдатель мог видеть лишь часть точек, отмечающих местонахождение небесного тела. Так Галлей вычислил вытянутую орбиту кометы и период ее обращения вокруг Солнца, пользуясь законами Ньютона. И словно для того чтобы подтвердить славу ученого, небесное тело появилось снова в предсказанный срок через шестнадцать лет после смерти самого Галлея.
Для своего труда Ньютон сохранил классическое название Декарта: «Начала философии», скромно сузив его до «Математических начал…». Однако в самой работе он подверг суровой критике господствовавшую в его время расплывчатую картезианскую «философию гипотез». Ньютон не раз говорил о своем желании построить физику по образу и подобию геометрии. То есть на основе точно сформулированных и не нуждающихся в доказательстве аксиом-принципов вывести математическим путем все необходимые теоремы и леммы. О том, что в самих принципах кроются элементы гипотез, сэр Исаак умалчивал.
Этот могучий метод построения теории куда более несокрушимый, нежели метод построения теории на гипотезах. Гипотезы рождаются и умирают, заменяются новыми. Принципы же могут лишь дополняться и совершенствоваться.
Эти идеи, подхваченные ньютонианцами, едва не возвели творца закона всемирного притяжения в аристотелевский ранг, породив стремление к аксиоматичности. Мы еще встретимся с такой тенденцией и в космологии.
С самого момента выхода «Начал» между сторонниками нового метода и картезианцами возникли ожесточенные споры. Вот что писал об этой битве идей Вольтер, немало сделавший в области популяризации идей Ньютона на континенте.
«Если француз приедет в Лондон, он найдет здесь большое различие в философии, а также во многих других вопросах. В Париже он оставил мир полный вещества, здесь он находит его пустым. В Париже Вселенная заполнена эфирными вихрями, тогда как тут, в том же пространстве, действуют невидимые силы. У картезианцев все достигается давлением, что, по правде говоря, не вполне ясно, у ньютонианцев все достигается притяжением, что, однако, не намного яснее».
Ньютон применил свой закон к мириадам звезд, совершающих свой ежесуточный круговорот на ночном небе. И родилось требование равномерного распределения звезд в пространстве. Любое местное скопление в соответствии с законом притяжения оказывалось бы неустойчивым. Силы притяжения обязаны собрать звезды такого скопления в одну кучу… Затем условие равномерного распределения звезд требует и их бесконечного количества. Представим себе на минутку, что число звезд ограничено. Тогда внешние, самые дальние звезды будут испытывать силу притяжения только со стороны небесных тел, расположенных внутри скопления. А это значит, что уже не какие-то местные группировки, а все звезды вселенной должны собраться воедино… Допущение же бесконечного количества звезд требовало и бесконечного пространства, вмещающего их.
Как же представлял себе устройство мира Ньютон? Об этом пишет он в своих «Началах», заключая раздел «Определения» «Поучением», ставшим с тех пор едва ли не одним из самых знаменитых разделов книги. Начинает он с понятий о пространстве и времени.
«I. Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год.
II. Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным».
Сложная концепция, породившая в будущем немало споров. С одной стороны, это материализм — Ньютон полностью признает объективное существование пространства и времени. С другой — абсолютный характер обеих категорий, не связанный с реальными явлениями и материей, отдает дань метафизике.
Третья книга «Начал» посвящена изложению учения о системе мира. Она подводит последнюю черту под новым мировоззрением, установленным Коперником. Ньютон облекает свои доказательства и утверждения в строгую математическую форму, доступную лишь немногим истинным ученым, чтобы избежать пересудов тех, «кто, недостаточно поняв начальные положения… и не отбросив привычных им в продолжение многих лет предрассудков, не вовлек бы дело в пререкания».
Однако в предпосланных изложению девяти гипотезах Ньютон четко ставит точки над «и».
«…ГИПОТЕЗА IV. Центр системы мира находится в покое, это признается всеми, между тем как одни полагают, что Солнце находится в центре, другие — что Земля.
