Мир Софии - Юстейн Гордер

— Как бы ты описала движение шарика? — осведомился Альберто.

— Он катился по кривой… его след напоминает часть круга.

— Умница! И все же это не совсем круг, — добавил Альберто, подняв на Софию вопросительный взгляд. — Такая фигура называется параболой.

— Пусть будет парабола.

— Но почему шарик движется именно так?

София задумалась. Наконец она сказала:

— Поскольку плоскость наклонная, шарик подтаскивала к земле сила тяжести.

— Ага! Мы стали свидетелями по меньшей мере сенсации. Стоит мне пригласить к себе девочку, как она с первой попытки додумывается до выводов Галилея.

И он захлопал в ладоши. София на мгновение даже испугалась, не сошел ли Альберто с ума. Он продолжал:

— Ты наблюдала одновременное воздействие на предмет двух сил. Галилей обнаружил, что по той же траектории движется, например, пушечное ядро. После выстрела оно поднимается в воздух и летит над землей, однако его постепенно тоже притягивает вниз. Фактически оно повторяет путь, описанный шариком на наклонной плоскости. Это во времена Галилея было откровением. Аристотель считал, что наклонно пущенный артиллерийский снаряд сначала описывает плавную дугу, а затем резко падает на землю. Такое представление было неверным, однако никто не знал, что Аристотель ошибся, пока это не было продемонстрировано на опыте.

— Согласна. Но неужели это очень важно?

— Еще бы не важно! Это имеет вселенское значение, дитя мое, поскольку входит в число величайших научных открытий в истории человечества.

— В таком случае хорошо бы ты объяснил почему.

— Следом за Галилеем пришел английский физик Исаак Ньютон, живший с 1642-го по 1727 год[34]. Именно он дал окончательное представление о Солнечной системе и движении планет. Он не только описал вращение планет вокруг Солнца, но сумел досконально объяснить, как они движутся, — в частности, прибегнув к так называемой Галилеевой динамике.

— Значит, планеты — шарики на наклонной плоскости;

— Нечто в этом роде. Не торопись, София, подожди.

— У меня нет выбора.

— Уже Кеплер предположил существование силы, которая притягивает все небесные тела друг к другу. Например, планеты удерживаются на орбитах благодаря силе Солнца. Из-за нее же по мере удаления от Солнца движение планет замедляется. Кеплер также утверждал, что приливы и отливы (то есть подъем и спад воды в морях и океанах) происходят под воздействием силы Луны.

— Так оно и есть.

— Да, но Галилей это отрицал. Он поднял на смех Кеплера, который поддерживал идею о том, «что Луна имеет особую власть над водой». А все потому, что Галилей отвергал мысль о распространении сил притяжения на большие расстояния и об их действии между различными небесными телами.

— Тут он был не прав.

— Да, в этом отношении он ошибся, что едва ли не смешно, поскольку он много занимался именно силой земного притяжения и падением предметов на Землю. Помимо всего прочего, он показал, как воздействуют на предмет разные силы.

— Но ты начал про Ньютона…

— И вот появился Ньютон и сформулировал закон всемирного тяготения. Этот закон гласит, что каждый предмет притягивает любой другой предмет с силой, которая растет с размером предмета и уменьшается с увеличением расстояния между предметами.

— Понимаю. Например, два слона притягиваются друг к другу сильнее, чем две мыши. И два слона, живущие в одном зоопарке, притягиваются сильнее, чем индийский слон, который живет в Индии, и африканский слон, который живет в Африке.

— Ты действительно все поняла. А теперь переходим к самому главному. Ньютон подчеркивал, что такое тяготение (или гравитация) универсально, иными словами, оно существует везде, в том числе и в космическом пространстве, между небесными телами. Рассказывают, что эта идея пришла ему в голову, когда он сидел под яблоней. Увидев падающее с дерева яблоко, он спросил себя, не та ли самая сила притягивает Луну к Земле и не потому ли Луна продолжает из века в век вертеться вокруг Земли.

— Умно, хотя и не совсем.

— Почему, София?

— Если Луна притягивается к Земле той же силой, которая заставляет падать яблоко, значит, в конце концов Луна перестанет играть с нами в кошки-мышки, а возьмет и свалится на Землю…

— Мы подходим к Ньютоновым законам движения планет. Что касается силы тяготения, которой Земля давит на Луну, тут ты наполовину права, а наполовину ошибаешься. Почему Луна не падает на Землю, хотя Земля с неимоверной силой притягивает Луну? Представь себе, София, какая сила нужна, чтобы во время прилива на несколько метров поднимать уровень воды в морях.

— Не понимаю, к чему ты клонишь.

— Вспомни про Галилееву наклонную плоскость. Что случилось, когда я попытался прокатить шарик вверх по ней?

— Ты хочешь сказать, что на Луну действуют две разные силы?

— Именно так. В свое время, при возникновении Солнечной системы, Луна была с огромной силой отброшена в сторону, то есть прочь от Земли. И она сохранит эту силу навсегда, потому что движется в безвоздушном пространстве, не встречая сопротивления…

— Но одновременно она притягивается к Земле силой тяготения?

— Совершенно верно. Эти две силы постоянны и действуют одновременно, вот почему Луна продолжает вращаться вокруг Земли.

— Неужели это в самом деле так просто?

— Да, так просто, и Ньютон делал упор именно на эту «простоту». Он доказывал, что существует лишь несколько физических законов, которые применимы ко всей Вселенной. Для объяснения планетарных орбит он ссылался всего на два закона природы, открытые еще Галилеем. Один из них, закон инерции, сам Ньютон формулировал следующим образом: «Каждое тело пребывает в своем состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения, если действующие на него силы не принуждают его изменить это состояние». Второй закон Галилей иллюстрировал движением шарика на наклонной плоскости: когда на тело действуют одновременно две силы, оно будет двигаться по эллипсоиду.

— Что и позволило Ньютону объяснить вращение всех планет вокруг Солнца.

— Точно. Планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсоидным орбитам в результате двух движений: во-первых, прямолинейного движения, которое было придано им при образовании Солнечной системы, а во-вторых, движения к Солнцу под действием силы тяжести, или тяготения.

— Хитро.

— Можно сказать и так. Доказав применимость законов о движении предметов ко всей Вселенной, Ньютон отмел средневековые представления о существовании разных законов для Земли и для неба. Гелиоцентрическая картина мира получила свое окончательное подтверждение и объяснение.