Так как же Ньютон открыл свой закон?
В одном из популярных интернет - изданий прочел статью некоего Джеймса Э. Миллера о том, как был открыт закон всемирного тяготения Ньютона. Вот выдержка из этой статьи.
Была осень. В садах многих добрых граждан, живших по соседству со скромным домиком Ньютона, деревья ломились под тяжестью спелых яблок. Все было готово к сбору урожая. Ньютон увидел, как на землю упало очень аппетитное яблоко. Немедленной реакцией Ньютона на это событие – типичной для человеческой стороны великого гения – было перелезть через садовую изгородь и сунуть яблоко в карман. Отойдя на приличное расстояние от сада, он с наслаждением надкусил сочный плод.
Вот тут его и осенило. Вез обдумывания, без предварительных логических рассуждений в мозгу его блеснула мысль, что падение яблока и движение планет по своим орбитам должны подчиняться одному и тому же универсальному закону. Не успел он доесть яблоко и выбросить огрызок, как формулировка гипотезы о законе всемирного тяготения была уже готова. До полуночи оставалось три минуты, и Ньютон поспешил на заседание Комиссии по Борьбе с Курением Опиума Среди Студентов Неблагородного Происхождения.
Нет, то, что Исаак Ньютон гений, думаю, ни я, ни вы не сомневаетесь. Но. обратите внимание на выделенные мною цитаты. Объясните мне, как можно было связать падение яблока и движение по орбитам планет вокруг Солнца?
Когда я прочел эту статью (а истинную историю я знал еще из института), то мне стало интересно почитать об этом в Интернете. Каково же было моё удивление, когда я стал натыкаться на разработки уроков учителей физики, в которых также сказано про яблоко, на курсовые работы студентов, описывающих великие физические открытия, где открытие представляло некий счастливый случай и великолепную прозорливость и наблюдательность гения. И везде фигурировало это яблоко!
Не бывает в физике таких историй. Даже случайное прозрение и наблюдение любой физик, будь он даже гений, затем ещё долго исследует, дабы уверовать в то, что он открыл истину.
Так было и с открытием закона всемирного тяготения.
Вернёмся к истокам. Жил да был датский алхимик Тихо Браге (1546-1601). Он известен тем, что был учителем Иоганна Кеплера и первый, кто смог составить таблицу планет. Необходимо отметить, что эти таблицы представляли всего лишь координаты планет на небе. Тихо завещал их Иоганну Кеплеру, своему ученику, который после внимательного изучения этих таблиц понял, что движение планет подчинено некой закономерности. Я не буду формулировать в этой статье законы Кеплера, но суть их в том, что главную (и, кстати, неизвестную для Кеплера) роль в этих законах играет Солнце. В своих законах Ньютон утверждал, что для изменения вектора скорости тела (а значит для появления ускорения) нужна некая сила. Ускорение тела прямо пропорционально силе и обратно пропорционально массе:
a=F/m
В бытность Ньютона, дети забавлялись игрой с мячом, к которому была привязана нить, они вертели его у себя над головой. Исаак представил планету в виде движущегося по окружности мяча, а нить отождествил с силой, которая действует на планету со стороны Солнца. Соединив формулы для центростремительного ускорения и собственный закон получил соотношение:
Затем, используя третий закон Кеплера (квадраты сидерических периодов относятся как кубы больших полуосей) он пришел к зависимости силы, действующей на планету от её массы:
Тем самым, Ньютон определил, что данная сила пропорциональна массе планеты и обратно пропорциональна квадрату расстояния до неё. Поскольку, все планеты вращаются вокруг Солнца, он предположил что масса Солнца должна войти в константу:
Как видите, ни о каком прозрении после падения яблока, речи не идет. Тем более, сам Ньютон опубликовал свой закон спустя 22 года после его открытия. Почему? Об этом, и о книге Маркуса Чауна «Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна», где максимально доступно и подробно рассказывается о том, что такое гравитация и как ее стали изучать поговорим в моей следующей статье.
Спасибо, что дочитали до конца!