Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

это была расширенная трактовка магнитной философии Гильберта и Кеплера. Она сохранилась и активно использовалась в течение довольно долгого времени в Англии, где ее жизнеспособность поддерживалась благодаря главным образом дискуссионным группам, сосредоточенным в первую очередь в Грешем-колледже в Лондоне, а позже – в Королевском обществе. И Джон Уилкинс, и Кристофер Рен были выразителями идей Гильберта. В 1640 г. Уилкинс опубликовал две общедоступные и вместе с тем информативные книги, в которых рассматривалась возможность путешествия на Луну; обе они в той или иной степени пропагандировали воззрения Гильберта и Кеплера и назывались «Рассуждение о новой планете» и «Открытие лунного мира». В 1654 г. последователь Уилкинса Уолтер Чарльтон опубликовал эти идеи, объединив их с атомизмом Гассенди. Несмотря на это, было бы сложно представить, чтобы без участия таких специалистов, как Рен, Эдмонд Галлей и Роберт Гук, английские дискуссии продолжали бы фокусироваться на законах, задающих точную форму орбит и их связь с законами механики – такими, как закон инерции и одна из разновидностей закона центральной силы тяготения (в направлении Солнца).

Дискуссию стимулировало появление кометы 1664 г. В это время Рен являлся савилианским профессором астрономии в Оксфорде, а Джон Уоллис – савилианским профессором геометрии. Уоллис развивал кометную теорию Хоррокса, который анализировал движение кометы 1577 г., считая его прямолинейным, но видоизмененным магнитным воздействием Солнца. Теперь Рен пытался вывести новую кометную орбиту, основываясь на четырех измерениях, полагая вслед за Кеплером, что она движется по прямой линии с постоянной скоростью.

Не прошло и месяца, как появилась вторая комета, послужившая дополнительной встряской для начавшего было угасать интереса к этой проблеме, решить которую оказалось не под силу ни одной из заинтересованных сторон. Гук опробовал гипотезу кругового движения, но предпочел иметь дело с линейной альтернативой с учетом солнечного притяжения того или иного вида. Он высказал предположение, что оно должно быть либо всепроникающим, либо осциллирующим с колебаниями, затухающими по мере увеличения расстояния от Солнца. Этот механизм содержал некоторые заимствования из декартовской идеи вихревого эфира, но имел гораздо больше общего с законом центральной силы притяжения, обсуждавшимся Гуком со своими друзьями в Королевском обществе.

Гук, будучи куратором экспериментов общества, как раз начал в это время долгую серию экспериментов с гравитацией. Прошло десять лет, и если сравнивать с появившимися вскоре теориями Ньютона, ему так и не удалось добиться заметного теоретического прогресса; тем не менее мы можем использовать его как пример, иллюстрирующий изменение отношений к старой аристотелевской Вселенной. С точки зрения Гука, оглашенной им во время лекции 1670 г. (впервые опубликована в 1674 г.), все небесные тела обладают притяжением или гравитационной силой, направленной к их центрам, удерживающей вместе отдельные их части, а также воздействующей на другие небесные тела, которые попадают «в пределы сферы их действия». Эта последняя оговорка предполагает, что он считал возможным уменьшение указанной силы до нуля на некотором конечном расстоянии и признавался: он еще не сумел установить закон этой силы, и ничего не сказал о ее сущности.

В 1677 г. или около того Ньютон обсуждал эти вопросы с Реном, полагая, что Рен имел представление о законе, согласно которому сила убывает обратно пропорционально квадрату расстояния между притягивающимися телами. Его собственное сообщение о законе обратных квадратов было впервые опубликовано в «Principia mathematica philosophiae naturalis» («Математические начала натуральной философии», обычно называемые просто «Principia»; 1687). Скорее всего, он окончательно убедился в его истинности лишь за три года до этого, но указанный закон был только одной частью сложной головоломки, и для того, чтобы собрать остальные, нам нужно принять во внимание более ранние этапы его карьеры.

Исаак Ньютон родился на Рождество 1642 г. в Вулсторпе (графство Линкольншир). Его отец умер до его рождения, и свои молодые годы он провел вместе с бабушкой, так как его мать вышла замуж за священника, который, по всей видимости, не питал особой любви к Исааку. В 1661 г., после окончания школы в Грэнтеме, он поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета, а спустя четыре года вернулся домой, поскольку университет закрылся из‐за вспышки эпидемии чумы. Уже тогда он начал проявлять интерес к текущим математическим и научным вопросам. Он много читал (математику он изучал по работам Декарта и Уоллиса), и перерыв, возникший из‐за чумы, дал ему время на то, чтобы совершить определенное количество собственных оригинальных открытий. К 1669 г. он уже обладал квалификацией, которая позволила ему унаследовать от Исаака Барроу должность Лукасовского профессора математики в Кембридже. Он часто посещал собрания Королевского общества, но окончательно покинул Кембридж только в 1696 г., когда его сделали смотрителем Монетного двора. Он умер в 1727 г., будучи видным национальным деятелем и человеком с непревзойденной международной научной репутацией. Он много писал о религии и о других самых разных предметах, не имеющих прямого отношения к областям, в которых он оставил по себе наибольшую память, а именно – в математике, физике (особенно в оптике) и теоретической механике. Именно эти предметы позволили ему оказать наиболее существенное влияние на ход развития астрономии.

Одна из студенческих записных книжек Ньютона, начатая в 1661 г., содержит свидетельства его осведомленности о третьем законе Кеплера и о некоторых результатах наблюдений Хоррокса, и изучения им методов определения положений планет, приведенных в «Astronomia Carolina» Томаса Стрита. К 1664 г. он подправил работу Декарта, посвященную «сохранению движения» (необходимо, смекнул он, принимать во внимание направления «движений»), и разработал теорию центробежной силы, независимо предложенную Гюйгенсом в 1673 г. Объединив ее с третьим законом Кеплера, он применил ее к случаю Луны, расстояние до которой он оценил в шестьдесят земных радиусов, и к объекту, находившемуся на земной поверхности (предположим, речь идет о знаменитом упавшем яблоке). Проделав эту работу, он подкрепил свою раннюю догадку о том, что сила, действующая на эти тела, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.

Но его данные отличались неполнотой и не подтверждали эту идею столь основательно, как ему хотелось бы, и, скорее всего, именно это было причиной того, что он откладывал окончательное решение вопроса в течение двадцати лет (на деле, до 1685 г., когда он взялся за написание своих «Principia»). В этот период, как известно, он изучал Борелли, писавшего в 1666 г., что изогнутые траектории планет предполагают существование центробежной силы, которую можно рассматривать как равную и противоположную силе притяжения со стороны центрального тела. Этот отрывок очень хорошо сочетался с его собственными догадками, но остается невыясненным, содержал ли он в себе что-то новое для Ньютона или нет.

Ньютон познакомился с Кеплеровым законом площадей в самом конце 1670‐х гг. или даже после 1680 г., когда уже в полной мере освоился со своими недавно разработанными динамическими законами. Это обстоятельство в сочетании с обменом корреспонденцией с Гуком натолкнуло его на мысль, давшую затем крайне результативные последствия. Гук хотел найти закон центральной силы, которая превращает прямолинейное движение планеты в движение по эллипсу, и в этом он был похож на Кеплера, тоже говорившего о движении планет по эллипсу. Ньютон располагал всеми необходимыми инструментами (а именно – методами разработанного им исчисления бесконечно малых и своими динамическими идеями) для демонстрации следующего: закон площадей предполагает то, что сила и в самом деле направлена к единому центру и она обратно пропорциональна квадрату расстояния. Обязательным шагом на этом пути было доказательство того, что однородная материальная сфера вызывает в точности такую же силу гравитации, как если бы вся ее масса располагалась в центре.

В декабре 1684 г. Ньютон попросил Флемстида предоставить ему данные о расстояниях и периодах спутников Юпитера, и Флемстид ответил, что, на самом деле, они полностью согласуются с третьим законом Кеплера – законом,