Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская

Допустив существование эфира, Ньютон неизбежно приходит к понятию абсолютного пространства, заполненного эфиром, и абсолютного времени, в котором развиваются все события.

«Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остается всегда одинаковым и неподвижным».

Определить абсолютное прямолинейное перемещение тел, их перемещение относительно абсолютного пространства невозможно. Это вытекает из принципа относительности Галилея, положенного Ньютоном в основу механики. Но можно наблюдать другие движения относительно абсолютного пространства. Ньютон придумал такой опыт.

Следует подвесить на веревке сосуд с водой и, закрутив веревку, предоставить ей возможность раскручиваться. При этом наблюдаются следующие явления: сосуд приходит в движение, вода неподвижна и ее поверхность плоская. По мере раскручивания веревки вода тоже начинает вращаться. Одновременно повышается ее уровень у стенок и понижается в центре — часть воды удаляется от оси вращения. В начальный момент относительное движение сосуда и воды было наибольшим, однако никаких внешних проявлений этого относительного вращения воды не наблюдалось. Затем относительное движение сосуда и воды уменьшилось, вода пришла во вращение и это проявилось в удалении части воды от оси вращения.

Вывод Ньютона: «Таким способом могло бы быть определено количество и направление кругового движения внутри огромного пустого пространства, где не существовало бы никаких внешних доступных чувствам признаков…»

Теперь мы понимаем, как Ньютон пришел к идее о существовании «абсолютного пространства». Ведь опыт с водой во вращающемся сосуде позволил ему определить движение относительно «огромного пустого пространства», а не относительно каких-либо тел. Галилей не додумался до подобного опыта и рассуждал только о движениях относительно других тел.

Допустив существование эфира, заполняющего пространство, и приписав ему определенные свойства — маслянистую или клейкую, вязкую и упругую природу, Ньютон сазу видит необходимость объяснить, почему эфир не влияет на вечное движение планет.

Гипотеза немедленно порождает следующую гипотезу: может быть, несмотря на эти свойства, эфир проникает сквозь тела, не испытывая сопротивления? Тогда и тела, двигаясь относительно эфира, не испытывают трение об эфир и поэтому могут двигаться так, будто его нет.

Ньютон пытается проверить эту гипотезу опытом.

Он возвращается к своим одиннадцатифутовым маятникам и изучает, как влияет на их колебания трение о воздух и трение о воду. Последнее важно для выбора формы корпусов морских судов. В этих случаях трение возникает на наружных поверхностях движущихся предметов.

Иначе должно проявляться трение эфира. Эфир, проникая сквозь вещество, в пустоты между частицами вещества, должен вызывать дополнительное внутреннее трение.

«Поэтому я произвел испытание, чтобы определить сосредоточено ли полностью сопротивление, испытываемое телами при движении, на их наружной поверхности, или же и внутренние части претерпевают заметное сопротивление».

Он заполнил кадочку одного из маятников металлом, а кадочку другого оставил пустой. И наблюдал, как затухают колебания обоих маятников.

Опыт показал, что различие периодов и быстроты затухания колебаний этих кадочек меньше, чем одна пятитысячная. Можно было предположить, что различие, вызванное проникновением эфира сквозь кадочки, гораздо меньше. Оно столь мало, что тысячелетние наблюдения движений планет тоже не обнаруживают их трения об эфир.

Так, впервые, на основе опыта, была установлена противоречивая сущность эфира. Его способность проникать сквозь вещества, сочетаясь с маслянистостью и клейкостью, должна была привести к взаимодействию эфира с частицами, образующими вещество. Но опыты с маятниками и наблюдения планет противоречили этому. Противоречия остались не разрешенными. Но Ньютон иногда продолжал привлекать гипотезу эфира, чтобы проверить, можно ли при его помощи объяснить непонятные свойства вещей и процессов.

Начиналась драматическая страница в великой биографии великого физика — его единоборство с фантомом, призраком.

ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ. «ГИПОТЕЗ Я НЕ ИЗМЫШЛЯЮ»

Все известные Ньютону силы, возникающие в механике, передаются от одного предмета к другим посредством деформации, возникающих в месте соприкосновения предметов. К ним Ньютон относил силу инерции, проявляющую себя, когда один предмет воздействует на другой, вызывая изменение его скорости. Именно сила инерции этого другого предмета вызывает деформацию первого предмета.

Напомним, что Ньютон не знал о существовании сил инерции иного типа, источник которых невозможно указать. Мы знаем, что силы этого «другого» типа возникают и входят в выражение второго закона Ньютона. Возникают и должны входить в него, если наблюдаемые процессы и приборы, необходимые для их наблюдения, одинаково изменяют свою скорость вместе с лабораторией, где проводится опыт. Так вращение Земли приводит к появлению центробежных сил, стремящихся удалить все предметы от оси вращения. Для предметов, движущихся по поверхности Земли, если они перемещаются не поперек меридианов, возникают новые, неизвестные Ньютону, силы инерции — силы Кориолиса.

Есть еще одна сила, природа которой ускользала от понимания Ньютона. Это сила тяготения. Он нашел закон действия этой силы и описал его простой математической формулой. Выяснил, что силы тяготения образуют вокруг всех тел особое состояние. Это состояние выявляется только, если там, кроме рассматриваемого тела, существует еще какой-либо предмет. Мы называем это состояние — поле тяготения.

В важнейшем «Общем поучении», заканчивающем великий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», Ньютон пишет: «До сих пор я объяснял небесные явления и приливы наших морей на основании сил тяготения, но я не указывал причину самого тяготения. Причину (тяготения) я до сих пор не мог выяснить из явлений, гипотез же я не измышляю».

Но таинственной остается не только причина тяготения, но и механизм его действия.

В формулу закона тяготения входят массы взаимодействующих тел и квадрат расстояния между ними, но не входит время. С точки зрения математики это значит, что сила тяготения, поле тяготения мгновенно охватывает весь мир.

Давайте проверим это, применив закон тяготения к трем телам. Пусть первое из них находится на сильно различающихся расстояниях от двух других.

Что произойдет, если первое тело сместится в пространстве?

При этом одновременно изменятся расстояния между ним и остальными двумя телами. Пусть они, изменившись, останутся различными. Пока речь идет лишь о геометрии. Но в соответствии с законом тяготения, также одновременно изменится взаимное притяжение между первым телом и каждым из остальных двух тел. Одновременно, несмотря на то, что расстояния этого тела от двух остальных остались различными!

Вывод о том, что силы тяготения одновременно изменяются на различных расстояниях, следует из того, что сам закон тяготения не содержит времени.

Это значит, что силе тяготения свойственно дальнодействие. Что поле тяготения одновременно охватывает всю Вселенную без помощи какого-нибудь промежуточного агента.

Ньютон интуитивно отстранялся от такого толкования. Ведь все силы, с которыми он имел дело в механике, передаются посредством деформации взаимодействующих тел. Зная механические свойства тел Ньютон мог