Карл Саган - Космос

• Название: Космос
• Автор: Карл Саган
• Жанр: Физика

---

* В оригинале: «Mensus eram coelos nune terrae metior umbras; Mens coelestis erat, corporis umbra jacet». — Пер.

114

Уже в ранней молодости Ньютона беспокоили бесполезные вопросы, как, например, является свет «субстанцией либо акциденцией»* или каким образом гравитация может оказывать воздействие через пустое пространство. Он рано решил, что традиционное для христианства учение о Святой Троице — это ошибочное толкование Священного Писания. Его биограф, Джон Мейнард Кейнс, утверждает:

По своим убеждениям он был ближе к иудаистскому монотеизму школы Маймонида**. Он пришел к этому итогу не путем так называемых рациональных или скептических аргументов, но только через интерпретацию древних авторитетов. Он был убежден, что тексты откровений не дают никакой почвы для доктрины о Троице, которая, по его мнению, возникла в результате позднейших фальсификаций. Бог откровений был единствен-

* Акциденция (лат. accidens — случайность) — временное, преходящее, несущественное свойство вещи, в отличие от существенного, субстанционального. В данном случае вопрос следует понимать так: является ли свет некой формой материи, веществом, частицами, или он лишь свойство, состояние, внешнее проявление материи. Позднее Ньютон все-таки склонился к субстанциональному представлению о свете (корпускулярной модели) и полемизировал с Гюйгенсом, настаивавшем на волновой природе света. Спор этот удалось разрешить только в ХХ в., когда теория относительности и квантовая механика позволили построить теоретическую модель света, которая описывала и корпускулярные, и волновые его свойства, проявляющиеся в зависимости от условий наблюдения. Такое представление о природе света получило название корпускулярно-волнового дуализма. — Пер.

** Маймонид (1135-1204) — еврейский философ-талмудист, врач, систематизатор еврейского Закона. Осуществляя синтез откровения и умозрения, Библии и Аристотеля, в своем рационализме и «очищении» веры от элемента чуда перешел пределы ортодоксии, чем навлек на себя вражду ревнителей религиозной традиции. Оказал влияние на развитие схоластики XIII-XV вв. (прежде всего на средневековый аристотелизм в лице Альберта Великого и Фомы Аквинского). — Пер.

115

ным Богом. Но это оставалось страшной тайной, которую Ньютон вынужден был всю свою жизнь скрывать неимоверными усилиями.

Как и Кеплер, он не был свободен от суеверий своего времени и неоднократно обращался к мистицизму. И действительно, большинство интеллектуальных достижений Ньютона можно связать с метаниями между рационализмом и мистицизмом. В 1663 году, в возрасте двадцати лет, он купил на ярмарке в Сторбридже книгу по астрологии, «из любопытства, посмотреть, что в ней такое». Он листал ее, пока не добрался до иллюстрации, которую не мог понять, поскольку не был знаком с тригонометрией. Он приобрел книгу по тригонометрии, но тут же обнаружил, что не может разобраться в геометрических рассуждениях. Тогда он отыскал Евклидовы «Начала геометрии» и стал читать. Спустя два года он изобрел дифференциальное исчисление.

В студенческие годы Ньютон был зачарован загадкой солнечного света. У него возникла опасная привычка смотреть на отражение Солнца в зеркале:

За несколько часов я довел свои глаза до такого состояния, что, даже не глядя на яркие предметы, видел перед собой Солнце; я не мог ни писать, ни читать и, чтобы восстановить зрение, на три дня заперся в темной комнате и всеми силами старался отвлечь свое воображение от Солнца. Ибо стоило мне подумать о нем, как я немедленно видел его изображение, хотя находился в темноте. В 1666 году, в возрасте двадцати трех лет, когда Ньютон учился в Кембриджском университете, эпидемия чумы заставила его провести год в праздном уединении в деревушке Вулсторп, где он родился. В это время он занимал свой досуг тем, что разрабатывал дифференциальное и интегральное исчисления, доискивался до первооснов природы света и закладывал фундамент теории

116

всемирного тяготения. В истории физики был еще только один такой год — 1905-й, «удивительный год» Эйнштейна. Когда Ньютона спрашивали, как ему удалось сделать свои выдающиеся открытия, он затруднялся с ответом: «Я размышлял над ними». Его работы были столь значительны, что учитель по Кембриджу, Исаак Барроу, уступил ему кафедру математики, когда спустя пять лет молодой человек вернулся в колледж.

Вот как описывал Ньютона, которому перевалило за сорок, его слуга:

Я никогда не видел, чтобы он отдыхал или развлекался — ездил верхом, гулял, играл в мяч или занимался другими подобными упражнениями. Он считал потерянным всякий час, не потраченный на исследования, к которым он был прикован столь неотлучно, что редко покидал свой кабинет, кроме как в часы занятий [для чтения лекций]... на которые приходили послушать его лишь немногие, а понимали и вовсе единицы, а потому нередко за неимением слушателей он, как говорится, читал лекции стенам.

Студенты Ньютона, как и слушатели Кеплера, так никогда и не узнали, чего лишились.

Ньютон открыл закон инерции, в соответствии с которым движущийся объект стремится продолжать движение по прямой линии до тех пор, пока какое-нибудь внешнее воздействие не собьет его с этого пути. Луна, по мнению Ньютона, улетела бы по прямой линии, касательной к орбите, если бы не особая сила, тянущая ее к Земле и заставляющая постоянно сворачивать с прямого пути на окружность. Эту силу Ньютон называл гравитацией и считал, что она действует на расстоянии. Между Землей и Луной нет видимой связи. И тем не менее Земля постоянно притягивает Луну к себе. Пользуясь третьим законом Кеплера, Ньютон математически

117

выявил природу гравитационной силы*. Он продемонстрировал, что та же сила, которая заставляет яблоко падать на Землю, удерживает Луну на орбите вокруг Земли и отвечает за обращение по орбитам спутников Юпитера, в то время еще только открытых.

Испокон веков вещам свойственно падать вниз. В том, что Луна движется вокруг Земли, человечество было уверено на протяжении всей своей истории. Ньютон был первым, кто понял: за оба эти явления ответственна одна и та же сила. Именно поэтому открытое Ньютоном тяготение называют «всемирным». Во всей Вселенной действует один и тот же закон тяготения.

Этот закон подчиняется правилу обратных квадратов. Сила уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Если дистанция между двумя объектами возрастает вдвое, то сила гравитационного притяжения между ними уменьшается вчетверо. При десятикратном росте расстояния гравитация станет в 102 = 100 раз слабее. Очевидно, что сила должна находиться в обратной зависимости от расстояния, то есть убывать с его ростом. Если бы сила с расстоянием увеличивалась, то наибольшие силы действовали бы между наиболее далекими объектами, и тогда, я думаю, все вещество Вселенной оказалось бы стянутым в одну громадную космическую кучу. Ничего подобного не происходит, а значит, тяготение должно убывать с расстоянием. Вот почему движение планет и комет замедляется вдали от Солнца и ускоряется вблизи него — действующее на них притяжение тем слабее, чем дальше от Солнца они находятся.

* К сожалению, в своем выдающемся труде «Начала» Ньютон не воздал должного Кеплеру. Однако в 1686 г. в письме Эдмунду Галлею он говорит о своем законе тяготения: «Я подтверждаю, что вывел его из теоремы Кеплера около двадцати лет назад». — Авт.

118

Из Ньютоновых принципов можно вывести все три кеплеровских закона движения планет. Законы Кеплера были эмпирическими, основанными на кропотливых наблюдениях Тихо Браге. Законы Ньютона — теория, довольно простые математические абстракции, из которых, в конечном счете, можно вывести все измерения Браге. Это позволило Ньютону, не скрывая гордости, написать в своих «Началах»: «Теперь я продемонстрирую основание Системы Мира».

Впоследствии Ньютон председательствовал в Королевском обществе, был смотрителем, а затем директором Монетного двора, где отдавал всю свою энергию борьбе с фальшивомонетчиками. Его природная угрюмость и замкнутость росли; он решил прекратить занятия наукой, из-за которых втянулся в жесткие споры с другими учеными (в основном по вопросам приоритета открытий); кое-кто даже распространял слухи, будто с ним приключилось что-то вроде «нервного расстройства». Тем не менее Ньютон до самого конца жизни продолжал эксперименты на грани химии и алхимии, а недавние исследования позволяют предположить, что его недуг был не столько психического свойства, сколько связан с отравлением тяжелыми металлами, вызванным систематическим приемом внутрь небольших количеств мышьяка и ртути. Для химиков того времени проба на вкус была довольно распространенным методом анализа.

Несмотря на это поразительный интеллект Ньютона оставался в полном порядке. В 1696 году швейцарский математик Иоганн Бернулли обратился к коллегам с предложением разобраться в неразрешенной задаче о брахистохроне — найти кривую, соединяющую две точки, вдоль которой тело, движущееся под действием силы тяжести, быстрее всего пройдет путь от одной точки до другой. Первоначально Бернулли установил шести-