Догадки. Аристотель и многие другие

«Лицом к лицу лица не увидать», — сказал поэт.

Человечество же всегда стояло лицом к лицу с тяготением. Оно было слишком близко, обыденно, повседневно. К нему настолько привыкли, что не замечали.

Оказалось легче и проще догадаться, что Земля — шар (кстати, одним из веских доводов против этого в течение двух тысяч лет считался вопрос, почему с Земли тогда не падают люди, живущие на «нижней стороне» такого шара?), чем обнаружить земное притяжение.

Мы восхищаемся гением древних греков, но как странно звучит сегодня предположение вёликого Платона о том, будто твердые тела падают на землю, а вода из облаков вливается в ручьи, реки и моря потому, что «подобное стремится к подобному». И все-таки это великолепная догадка, поскольку Платон сформулировал мысль о взаимном притяжении тел, пусть и видел он это притяжение не там и трактовал его неверно.

Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчет. И уже в конце концов исполнение венчает мысль.

Константин Циолковский

На первый взгляд кажется чрезвычайно огорчительной история взаимоотношений с тяготением величайшего ученого древности Аристотеля. Создастся впечатление, что этот творец двадцати наук — от логики до метеорологии, мудрейший из мудрых, человек, которого обычно включают в список десяти ученых, больше всего сделавших для человечества, тут ошибался чуть ли нс на каждом шагу, словно не мог разобраться в элементарных вещах. Вот, например, одна цитата: «Падение массы золота, или свинца, или какого-нибудь другого тела происходит тем быстрее, чем больше его размер». Это утверждение Аристотеля, как и некоторые другие, принималось потомками на веру две тысячи лет!

Что это — абсолютное отсутствие наблюдательности у гения? Конечно, нет. Не случайно же такое «отсутствие наблюдательности» проявляли ученые на протяжении еще девятнадцати веков. И совсем не только потому, что они находились в рабском подчинении авторитету Аристотеля — подчинении, заведомо отвергавшем всякую проверку утверждений древнего философа. Ведь его выводы проверяли, и кто! — например, сам Леонардо да Винчи. Великий художник и ученый бросал тела разного веса и пришел к тому же итогу: скорость падения зависит от веса тела.

В чем же здесь дело? Тут нужно искать причины прежде всего исторического характера. Древние еще не умели, по-видимому, вкладывать точный количественный смысл в понятия «быстрее» и «медленнее». Тяжелые тела действительно падали быстрее легких, а насколько именно — поди измерь… Число стало главным героем научных сражений лишь с приходом в науку Ньютона. Ведь даже Галилей далеко не всегда придавал численным определениям должное значение.

И все-таки Аристотель, даже допуская одну из самых поразительных своих «ошибок», мимоходом, обосновывая неверный вывод, знакомит нас с одним из своих самых поразительных научных прозрений. Он считал, что разная скорость падения тел объясняется их разной тяжестью и сопротивлением среды, в которой происходит падение. В пустоте все тела — тяжелые и легкие — падали бы одинаково быстро. Для Аристотеля это блестящее обобщение — тот самый прием, который в геометрии называется приведением к абсурду. Ведь пустоты, по мнению философа, в природе не только нет, по и быть не может. Природа боится пустоты. Значит, не могут тела тяжелые и легкие падать с одной и той же скоростью…

Словом, на ошибках ученых прошлого можно изучать не только и даже не столько психологические тонкости индивидуального познания, но и исторические особенности мышления целых эпох.

Одной из важнейших дат в истории физики считается по нраву 365 год до н. э. В этом году девятнадцатилетний Аристотель — впервые в мире — отметил, что свободное падение тел представляет собой ускоренное движение.

Касаясь причины того, почему предметы падают на землю, а пар поднимается к небу, Аристотель с его стремлением к «устроению» строгого и точного миропорядка давал (вслед за Платоном) этому простое объяснение. В мироздании всему отведено свое место. Планетам — круговые орбиты. А тяжелым телам — центр мира. И если что-то даже находится «не на своем месте», то оно во всяком случае стремится его занять.

Аристотель не был первым, кто задумался над тем, почему тяжелые тела падают на землю. Но его фигура олицетворяет для нас науку Древней Греции, его догадки, достижения и ошибки характерны для целой эпохи. Поэтому разговор о том, как началась наука о тяготении, естественно все-таки начать с рассказа об этом ученом.

Аристотель считался прямым потомком бога. Асклепий, бог исцелитель, покровитель медицины и врачей, хранитель здоровья — отличный божественный предок. В длинной линии поименно перечисляемых его потомков — Аристотель. Но вопреки традиции врачом Аристотель не стал, хотя его прадед, дед и отец занимали почетные и доходные должности придворных врачей македонских владык. Он получил признание еще при жизни, более того — в относительно молодые годы, и получил полной мерой. Филипп Македонский, недавний пациент и покровитель отца Аристотеля, пригласил ученого, которому тогда было сорок с небольшим, в учители к своему сыну Александру. И написал, мол, не тем он счастлив, что есть у него сын Александр, а тем, что может этот сын учиться у Аристотеля. Плата за уроки была поистине царской. Восстановил македонский царь Стагиру, родной город Аристотеля, взятый незадолго до того штурмом и разрушенный, и собрал в него прежних жителей, большую часть которых пришлось для этого выкупить из рабства.

Но главным занятием Аристотеля было не обучение царевичей, а создание новых наук. Можно даже сказать: Науки — с большой буквы.

Не мог он не высказаться и о тяготении. И о движении тоже (а мы увидим дальше, как тесно связаны природой эти два понятия), Аристотель полагал, что тело движется, пока на него влияет какая-то сила. Перестанет она действовать — тело остановится. Как просто! Но не надо сразу смеяться. Хорошо нам — после Галилея и Ньютона. Альберт Эйнштейн не осуждал гениального грека. В книге «Эволюция физики», написанной совместно Эйнштейном и Инфельдом, так я говорится, что это положение Аристотеля, по существу, отвечает обычному житейскому опыту.

Закон инерции, кажущийся нам сейчас очевидным, нельзя было, с точки зрения авторов «Эволюции физики», просто и прямо вывести из реальных обыденных событий. Тут требовалась высокая степень абстрактного мышления. Чтобы достигнуть ее, человечеству пришлось дожидаться появления сначала Галилея, а потом Ньютона. А для IV века до н. э. то, что можно назвать «Законом Аристотеля», было, выходит, вполне допустимым обобщением. Неверным? Да нет, верным — по крайней мере на первый взгляд, даже на первый взгляд настоящего ученого — кто посмеет сказать, что Аристотель им не был?

Греки ведь не знали быстродвижущихся тел, если не считать, конечно, стрелы, пущенной из лука, или камня, брошенного пращой. А кроме того, как уже говорилось, у греков не было точного количественного подхода к скорости.

Аристотель видел, что колесница останавливается, когда останавливается впряженный в нее конь. И подталкиваемый камень перестает двигаться, стоит рабу присесть отдохнуть. Он сделал обобщение, вывел закон— и хорошо еще, что этот закон, раз он неправильный, был так «легко» опровергнут через две тысячи лет.

Сперва собирать факты, и только после этого связывать их мыслью.

Аристотель

Аристотель стоял на рубеже двух эпох. Он замыкал цепь великих древнегреческих угадывателей тайн природы. Он открывал блестящий ряд ученых, которые не только делали открытия, по и систематизировали знания, накопленные наукой до них, искали и находили новые пути к истине. Демокрит и Эмпедокл до него, Евклид и Архимед после него — эти имена хорошо характеризуют место Аристотеля в античной науке. Он был первым великим систематизатором в истории науки и тем самым, как бы странно это ни казалось на первый взгляд, положил конец великим догадкам древних греков.

Галилей разрушил аристотелево представление о движении и падении тел. Ньютон окончательно разделался с идеей о стремлении тяжелых тел к «центру Вселенной». Можно было бы перечислять и перечислять имена физиков, биологов, медиков, опровергнувших то или иное утверждение древнего философа, но каков же был вклад в науку человека, для одного лишь исправления ошибок которого потребовались усилия стольких гениев!

Смерть воспитанника Аристотеля — великого завоевателя Александра Македонского обернулась для воспитателя трагедиен. Освободившиеся от страха перед грозным тираном афиняне видели в Аристотеле прежде всего его приближенного. Философу пришлось бежать из Афин, чтобы, по собственному выражению, избавить город от нового прегрешения перед философией — первым прегрешением Афин перед ней было осуждение на смерть Сократа.

А вскоре ученый умер… Возможно, утопился. Возможно, потому, что не смог пережить гонений. Его смерть родила прекрасную легенду.

…Блистательный военный поход Александра Македонского был одновременно самой грандиозной научной экспедицией. По рассказу древнеримского историка Плиния, несколько тысяч людей при армии Македонца специально занимались поиском животных, поскольку учитель Александра Аристотель как раз в это время работал над своей «Историей животных». Жадно встречал Аристотель известия, приносимые возвращавшимися из походов греками, сообщения о странных камнях, растениях, животных, необычных природных явлениях. Много интересного узнавал великий ученый, но самые поразительные новости принесли воины, побывавшие на побережье Индийского океана. Они свидетельствовали, что там дважды в сутки морская вода поднимается на много локтей и идет на сушу, чтобы через несколько часов отступить. Иначе говоря, Аристотелю описали приливы и отливы.

В Средиземном море приливы и отливы настолько незначительны, что греки на них попросту не обращали внимания, не замечали их — может быть, еще и потому, что привыкли. Поэтому индийские новости потрясли Аристотеля. Как и подобало настоящему ученому, Аристотель стал искать причину, по которой происходят приливы и отливы. Не смог найти ее. И от отчаяния якобы бросился в море.

Уж такая-то легенда говорит о характере своего героя больше, чем многие правдивые истории. Счастлив ученый, предполагаемое самоубийство которого современники приписывали не личным несчастьям и не политическим гонениям, а великой страсти к науке.

Древние называли морские приливы «могилой человеческого любопытства». Кто первый понял, точнее сказать— подметил, что приливы как-то связаны с Луною, точно неизвестно. Для римлян I века до н. э. это была уже настолько тривиальная истина, что Юлий Цезарь мимоходом поминает о ней в своих «Записках о Галльской войне». А понять было нелегко, потому что даже семнадцать веков спустя Галилей считал идею о Луне, управляющей приливами, глупейшим предрассудком. Впрочем, и противник Галилея в этом вопросе, Кеплер, мог ссылаться для объяснения только на особую власть Луны над водой.

Замечательно утверждение историка Плутарха: «Луна упала бы на землю как камень, чуть только уничтожилась бы сила ее полета». Под такой фразой подпишется любой физик нашего времени.

И все-таки преувеличивать значение даже столь блестящих догадок не стоит.

Древняя Греция была богата мыслителями, каждый из которых оставил после себя множество идей.

Среди тысяч противоречащих друг другу формулировок не могут не найтись совпадающие с теми, к которым пришла современная наука. А на те, что не совпадают, мы просто не обращаем внимания — ведь это неинтересно. Было бы чрезвычайно любопытно провести детальный анализ, чтобы более или менее точно определить, какая доля догадок древних греков основывается на том, что можно назвать научным предвидением, а какая представляет собой просто «случайные попадания».

А порою мы вкладываем в отрывочные фразы гениев прошлого смысл, который поразил бы самих авторов этих фраз.

В средние века догадки становятся, в общем, определеннее и точнее.

Шотландец Иоанн Скот Эригена в IX веке полагал, что по мере удаления от Земли тяжелые тела должны становиться легче.

Англичанин Аделяр из старинного города Бата тремя веками позже прямо написал, что если в Земле вырыть колодец огромной глубины и бросить в него камень, то в центре Земли камень остановится и дальше не полетит. Вот для сравнения цитата из «Занимательной физики» Я. И. Перельмана: «…с углублением в землю тела не увеличиваются в весе, а напротив, уменьшаются. Объясняется это тем, что в таком случае притягивающие частицы земли расположены уже не по одну сторону тела, а по разные его стороны… Достигнув центра Земли, тело совсем утратит вес, сделается невесомым, так как окружающие частицы влекут его там во все стороны с одинаковой силой».

Насколько мы можем судить, Аделяр тут исходит из общих представлений древних о шаре как идеальной и исключительной геометрической форме.

Роджер Бэкон, самая, быть может, поразительная личность в истории европейской науки, во всяком случае между античностью и Возрождением, объяснил падение тел силой притяжения, направленной к центру Земли. Как просто и ясно это положение сегодня! Но тогда для такой четкой формулировки понадобился гениальный ум, кроме всего прочего, предвидевший такие открытия будущего, как колесницы, движущиеся без лошадей, корабли, не нуждающиеся в гребцах и парусах, наконец летательные машины.

Итальянский писатель и медик Джироламо Фракасторо заявляет в 1538 году, что все тела притягиваются.

Великий исследователь магнетизма Вильям Гильберт, лейбмедик королевы Елизаветы Английской, считал землю гигантским магнитом, притягивающим все мелкие тела. Это была, пожалуй, первая попытка найти общие корпи магнетизма и гравитации — первая из серии попыток, не прекращающихся и по сей день.

Некоторые востоковеды полагают, что к открытию закона всемирного тяготения в XII веке довольно близко подошел замечательный ученый и поэт Анвари (Энвери). Ему помешал, увы, слишком трезвый расчет, который увел его из науки в поэзию. Оборванный и голодный ученый как-то встретил на городской улице роскошно одетого всадника на прекрасном коне и с удивлением узнал, что это придворный поэт. Анвари тогда оставил науку ради почестей и богатств, которые сулила карьера поэта. Но кончил он свою жизнь все равно в нищете, хотя его стихи издают до сих пор, а песни на его слова и поныне поют в Таджикистане и Иране. Анвари менее известен, чем Фирдоуси и Саади, но вместе с ними его причисляют к «трем пророкам» персидской поэзии. И все-таки этот человек написал: «Враг души моей стихи — я их так лелеял. О, правоверные, горе лелеять врага!»

Догадки о существовании тяготения, родившиеся до конца XVI века, не образуют стройной системы. Нельзя построить, расположив их в хронологическом порядке, лестницы, по ступеням которой познание в этой конкретной области двигалось бы от Аристотеля к Галилею. Чтобы превратить здесь отдельные «провидения» в доказанные законы, человечеству нужно было предварительно получить, так сказать, общее среднее образование: накопить достаточно сведений астрономических и физических, освоить систематические знания по математике, обучиться на новом уровне философии и логике…

Открытия средневековья и Возрождения во многих отраслях науки подготовили тот прорыв физики вперед, который оказался связан прежде всего с исследованием проблем тяготения.

 

Подступы. Галилей и Кеплер

Чтобы появились законы, надо было найти четкие связи между явлениями и выразить их в математических формулах.

Тяготение равно повелевает падением тел, находящихся на Земле, и движением небесных тел. Чтобы найти общий, единый «для неба и земли» закон всемирного тяготения, надо было сначала выяснить — по отдельности— казавшиеся не связанными между собой закономерности падения камня и движения светил.

Выполнение первой из этих задач выпало на долю Галилео Галилея.

Для истории исследования тяготения важны прежде всего не астрономические наблюдения и открытия великого астронома, хотя именно они составили его славу, не горы на Луне, не спутники Юпитера и многое другое, но его умение ставить опыты на Земле, вырывая у природы истину.

Так писал Евгений Евтушенко в стихотворении «Карьера». Поэт, в общем, точен. После Коперника не так уж мало ученых разбиралось в том, что вокруг чего вертится. Галилей был достаточно смел, чтобы вести пропаганду идей Коперника до той самой минуты, когда перед ним замаячил костер. Он отрекся, но после стольких лет борьбы, что само отречение — с точки зрения церкви— уже запоздало. Народная память задним числом оправдала борца, вложив ему в уста знаменитое: «А все-таки она вертится!»

Нисколько не умаляя значения Галилея в истории науки, мы вправе посчитать защиту и пропаганду гелиоцентрической системы при всей важности этого дела только мелкой деталью его биографии. Да и важна ока оказалась постольку, поскольку за популяризатором стоял его авторитет как ученого и талант как писателя. Как Ньютон велик и без анекдота про пресловутое яблоко, так Галилей велик и без преследований со стороны церкви.

Для темы этой книги всего важнее три направления в работах Галилея.

Первое связано с изучением падения тел и движения маятников.

Второе — с развитием принципа относительности (впрочем, о принципе относительности и вкладе в эту идею Галилея лучше поговорить позже, когда речь пойдет о научных событиях, в ходе которых этот принцип стал одной из основ теории тяготения).

На третьем направлении был открыт закон инерции, закон, по которому тело сохраняет состояние покоя или равномерного движения, пока не вмешается внешняя сила. Правда, это формулировка более поздняя, ньютоновская, но предтечей Ньютона был Галилей. Вот как сам великий итальянец изложил этот закон в конце своей жизни: «Степень скорости, обнаруживаемая телом, ненарушимо лежит в самой его природе, в то время как причины ускорения или замедления являются внешними».

Два самых ярких с внешней стороны эпизода научной жизни Галилея (если оставить в стороне его преследования церковью) связаны с двумя зданиями города Пизы. С высоты знаменитой Пизанской башни он бросал «пробные тела» (выражаясь языком современной физики) разного состава и массы и обнаружил, что все они падают с почти одинаковой скоростью; небольшая же разница зависит от сопротивления воздуха, которое, как мы знаем, сам Аристотель советовал принимать во внимание. Результат этих опытов известен нам всем по школьным урокам физики: все тела падают равномерно-ускоренно, с одним и тем же (если исключить влияние среды) ускорением.

С законами, управляющими движением маятника, мы все тоже познакомились в школе; кроме того, впереди у нас специальная глава об определении силы тяжести с помощью маятников.

Поэтому здесь уместно ограничиться цитатой из рассказа Вивиани, ученика и первого биографа Галилея.

«В 1583 г., имея около двадцати лет от роду, Галилей находился в Пизе, где, следуя совету отца, изучал философию и медицину. Однажды, находясь в соборе этого города, он, со свойственной ему любознательностью и смекалкой, решил наблюдать за движением люстры, подвешенной к самому верху, не окажется ли продолжительность ее размахов, как вдоль больших дуг, так и вдоль средних и малых, одинаковой; ибо ему казалось, что продолжительность прохождения большой дуги может сократиться за счет большей скорости… И пока люстра размеренно двигалась, он сделал грубую прикидку— его обычное выражение — того, как происходит ее движение взад и вперед, с помощью биений собственного пульса…»

Эта «грубая прикидка» дала ученым один из самых совершенных приборов для определения времени, силы тяжести и многого другого.

Наблюдательность юноши была поразительна: все, что попадало в поле его зрения, подлежало исследованию, все равно, находилось оно на земле или на небе.

Важнейшей из своих заслуг перед наукой Галилей считал создание учения о падении тел. Об этом говорит он сам устами героев своей написанной в форме диалогов книги «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки»: «Я твердо верю, что как немногие свойства круга, установленные в третьей книге „Элементов“ Евклида (говоря для примера), послужили исходным пунктом для обнаружения множества других, более скрытых соотношений, так и то, что изложено и доказано в настоящем кратком трактате, попав в руки других пытливых исследователей, укажет им путь ко многим удивительным открытиям; мне думается, что так оно и будет, так как этот предмет своей значительностью превосходит все другие явления природы».

С одной стороны, Галилей здесь сам себя сравнивает с Евклидом, с другой — возлагает надежды на будущих пытливых исследователей; все это с уверенным достоинством. Но обратим внимание: он уверенно объявляет падение тел самым значительным из явлений природы. Однако оговаривает в этой книге, что полагает неуместным или невозможным вдаваться в исследование проблемы, какая причина вызывает падение.

В поисках причины тяготения Галилей не пошел намного дальше Аристотеля. Только-только рождавшаяся опытная наука часто брала на веру то, чего проверить еще не могла.

«Небесную часть» работы по созданию фундамента будущего великого закона выполнил прежде всего Иоганн Кеплер.

Причем в данном случае на примере Галилея отлично видна правота пословицы «На всякого мудреца довольно простоты». Галилей и Кеплер были большими друзьями и высоко пенили, как правило, научные достижения друг друга. Переписка этих двух предтеч Ньютона— один из важнейших документальных источников об их эпохе. Но вот Кеплер делает самое великое из своих открытий: приходит к выводу, что планеты движутся вокруг Солнца не по кругам, а по эллипсам, и формулирует три закона такого движения планет, три закона, которые получили имя Кеплера и обессмертили его.

Эти законы были проявлением в конечном счете закона всемирного тяготения; до сих пор законы Кеплера в обобщенной и уточненной форме применяются в небесной механике, когда исследуются орбиты двух гравитационно связанных небесных тел. Словом, это было действительно экстраординарное открытие; даже сама формулировка законов Кеплера оказала в дальнейшем влияние на формулировку Ньютоном его законов.

Кеплеровское открытие отнюдь не осталось незамеченным. Одни ученые восхищались, другие оспаривали. И только один крупный астроном молчал. Это был сам Галилей. Между тем Кеплер сделал свои выводы и предал их гласности как раз в то время, когда именно астрономия была главным занятием Галилея. Он не мог не знать законов Кеплера. Но ни в одном его напечатанном произведении, ни в одной рукописи, оставшейся неопубликованной, ни в одном письме великий итальянец словом не обмолвился об эпохальном открытии своего современника, коллеги и друга. Он был слишком предан кругу как идеальной форме; обращение круга в эллипс было для Галилея тем же, чем для его собственных идейных противников обращение Земли из центра мира в обыкновенную планету. Он не мог принять это. Но от идейных противников Галилея самого его отличала внутренняя честность. Принять не мог и не мог опровергнуть, а потому молчал. Не считал себя вправе с высоты общих правил обрушиваться на конкретные исследования. Будто и не было для него величайшего астрономического события эпохи — из тех, что не связаны с работами самого Галилея.

Галилей и Кеплер — два этих имени навечно остались стоять рядом в истории науки. Их письма доносят до нас тепло дружеских отношений людей, протягивающих друг другу руки через страны, измученные войнами и эпидемиями, религиозной враждой и преследованиями. Какие же это разные люди!

Галилей — рационалист до мозга костей, человек трезвого ума, здравомыслящий в лучшем и высшем смысле этого слова.

Кеплер — человек увлекающийся, для него астрология не была просто отхожим промыслом, как для многих астрономов его времени, вечно нуждавшихся в деньгах. Он брался предсказывать по положению планет не только судьбы людей, но и погоду, то и дело попадал тут впросак и потом долго и нудно оправдывался с помощью новых астрологических соображений. Оправдывался, пожалуй, не столько перед невольно обманутыми им поклонниками, сколько перед самим собой. А точнее, пожалуй, оправдывал астрологию.

Он сопоставлял орбиты планет вокруг Солнца с правильными многогранниками (интересующихся подробностями отсылаю к книге К. Левитина «Геометрическая рапсодия», вышедшей в издательстве «Знание» в 1976 году). А позднее пытался объяснить закономерности расстояний между орбитами планет, исходя из интервалов музыкальных тональностей. Работу, посвященную этой теме, он назвал «Гармония мира». Он мог использовать в качестве тяговой силы для планет, вращающихся вокруг пашей дневной звезды, не более и не менее как ангелов.

Для Кеплера все планеты были существами одушевленными, он полагал, что планета «имеет ощущение величины углов». Солнце для него — движущая душа Солнечной системы; именно Солнце (когда была отброшена гипотеза об ангелах) стало, по Кеплеру, двигать планеты вокруг себя. При этом, опираясь на открытие англичанина Вильяма Гильберта, обнаружившего, что Земля — большой магнит, Кеплер создает гипотезу о том, что и Солнце и все планеты — шарообразные магниты. Магнитное взаимодействие, однако, объясняет не движение планет вокруг Солнца — тут решающая роль самого светила для Кеплера аксиома, — а изменения расстояния от планеты до Солнца на разных участках орбиты.

Надо сказать, уже сама мысль о том, что движение планет совершается под воздействием какой-то внешней силы, была глубоко новаторской, в той же или почти той же мере, как превращение круговых орбит в эллиптические. И в каком бы фантастическом обличии эта сила ни выступала, само появление представления о ней было важным подступом к будущему закону всемирного тяготения.

Кеплер говорит и о существовании собственно тяготения. Но находит, что оно действует только между покоящимися телами.

Зато иногда он дает формулировки, куда более четкие, чем Галилей. Вот, например: «Тяжелые тела (в особенности, если мы помещаем Землю в центре мира) не устремляются к центру мира так таковому, по как центру сродственного шарообразного тела, именно Земли. Поэтому где бы ни находилась Земля, или куда бы она ни переместилась… всегда к ней устремляются тяжелые тела. Если бы два камня были помещены вблизи друг от друга в каком-либо месте мира, вне круга действия третьего сродственного тела, то эти камни сошлись бы в промежуточной точке, причем каждый из них приблизился бы к другому на такое расстояние, каким является громада второго камня сравнительно с первой. Если бы Земля и Луна не удерживались своей естественной силон или любой ей равнозначной каждая на своей орбите, то Земля приблизилась бы к Луне на 1/54 часть расстояния, а Луна опустилась бы к Земле на остальные 53 части его, и здесь бы они соединились; все это, однако, в предположении, что плотность той и другой равны и одинаковы. Если бы Земля перестала притягивать свои воды, то все воды морей поднялись бы и втекли в тело Луны».

По поводу таких мыслей Кеплера покойный советский астроном Н. И. Идельсон писал: «Кто станет отрицать теперь, что в этих тезисах заложены положения, которые вошли затем в стройную архитектонику ньютоновской динамики? Но самое существенное здесь то, что у Кеплера все эти положения создаются почти вне всякого контакта с опытом, они налагаются на природу как некоторые умозрительные выводы, как предпосылки будущих опытов вообще».

Это суровый, но справедливый вывод. Впрочем, нельзя недооценивать ту эвристическую, как сейчас говорят, роль, которую играли для Кеплера его неверные посылки. «Шесть аксиом» планетного движения, одна из которых была приведена, по меньшей мере наполовину носят мистический характер, но они помогли ему создать три бесспорно верных и бесспорно материалистических закона.

Не в первый и не в последний раз в истории науки ученый ухитряется делать верный вывод, опираясь, кроме верных посылок, и на явно неверные. Известно, что спустя триста лет для Эйнштейна в его работе над теорией относительности важнейшую эвристическую роль играл «принцип Маха», утверждавший, что все природные явления — результат взаимодействия тел. Прошли десятилетня, и сам Эйнштейн увидел неполноту этого принципа, неприменимость его в новой физике, опирающейся на понятие поля, а все-таки в свое время «принцип Маха» ему помог.

Вот так многие явно ошибочные взгляды Кеплера, даже астрологические его убеждения кое в чем способствовали его астрономическим открытиям. Из этого не следует, конечно, что астрология всегда полезна — тут скорее применим тот шахматный принцип, который гласит, что игроку в партии лучше руководствоваться плохим планом, чем не иметь никакого.

Многое в особенностях мышления Кеплера можно объяснить влиянием эпохи.

Мистицизм был присущ средневековому мышлению, астрономы, как правило, были по совместительству и астрологами, а алхимики часто одушевляли в своих рассуждениях химические элементы и соединения, с которыми работали, — не то что далекие планеты и Солнце, как Кеплер. В этом смысле великий астроном был ученым средневековья (увы, не последним), в то время как Галилей— первым ученым нового времени. Можно даже, пожалуй, сказать, что отдельные характерные черты рас-суждений Кеплера восходят к еще более древнему, чем средневековье, мифологическому мышлению.

Древнегреческие мыслители отбросили мифы, в которые они перестали верить, а Кеплер два с лишним тысячелетия спустя вернулся к антропоморфизации, очеловечиванию сил природы. Это один из многих исторических парадоксов: эпоха, наконец-то создающая новую науку, берет порою на вооружение тот подход к природе, который, казалось бы, устарел много веков назад и был отброшен учеными, знавшими несравненно меньше своих коллег конца XVI — начала XVII веков.

Но, может быть, в том и заключается объяснение парадокса, что общий запас знаний человечества о явлениях природы многократно вырос, между тем, с одной стороны, обрушилось мироздание, построенное античными философами и, с другой — исследователи только еще учились формулировать законы по-новому, с должным вниманием к математической стороне дела. Так не было ли для Кеплера одушевление природы, по сути, чем-то вроде строительных лесов или, как говорят сегодня, эвристическим приемом? Только сам-то он считал эти леса неотъемлемой частью возводимого им здания повой астрономии.

Леса мифологизации в физике отработали свое и были окончательно отставлены и сожжены не одними только преемниками, по частью и современниками Кеплера, в том числе Галилеем.

Вот что утверждает Галилей (на триста лет раньше, чем это стало тривиальной истиной): «Философия написана в той величественной книге, которая постоянно лежит открытой у нас перед глазами (я имею в виду Вселенную), но которую невозможно понять, если не научиться предварительно ее языку и не узнать те письмена, которыми она написана. Ее язык — язык математики, и эти письмена суть треугольники и другие геометрические фигуры, без помощи которых невозможно понять в ней по-человечески хотя бы одно слово; без них мы можем только кружиться впустую по темному лабиринту».

…Без «человеческих эмоций» никогда не бывало, нет и быть не может человеческого искания истины.

В. И. Ленин

И вот тут мы подошли к еще одному поразительному парадоксу. Галилей, издевающийся равно над схоластикой, астрологией и «учеными», которые отказываются заглянуть в телескоп, гневно возражающий (до своего судебного процесса) против требований, чтобы о гелиоцентрической системе Коперника говорили не как о реальности, а как об удобной для астрономических расчетов абстракции, — этот самый Галилей, как мы видели, не смог принять превращения круга в эллипс. В результате не принял и кеплеровских законов. Для него этот собрат был слишком свободомыслящ, разумеется, в науке.

Он то пишет одному из коллег, что Кеплер зашел «что называется, слишком далеко», что его «фантазии» подорвут авторитет системы Коперника. То прямо говорит (в другом письме, написанном через четыре года после смерти Кеплера): «Я всегда считал Кеплера человеком свободного (пожалуй, даже слишком) и острого мышления, но мой метод рассуждения решительно отличен от его метода; разумеется, может оказаться, что в наших работах об одних и тех же предметах, однако только в отношении движений небесных тел, мы могли встретиться в некоторых, хотя и немногих построениях… по этого не будет обнаружено и в одной сотой части моих мыслей».

…Какова сила истины: в то время, как вы пытаетесь ее опровергнуть, сами ваши нападки возвышают ее и придают ей большую ценность.

Галилео Галилей

Галилея, наверно, страшно раздражала мистическая и метафизическая мешанина, сопровождавшая в роли неизбежной шутовской свиты подлинно королевские идеи его великого современника. При этом он порою выплескивал вместе с водой и ребенка. Как возмущала гениального итальянца мысль Кеплера, что приливы и отливы вызываются Луной! Он видел в этом отрыжку астрологии, хотя Кеплер опирался тут на точные наблюдения, даже если к самой идее пришел под влиянием своей любимой лженауки.

Кеплер не считал, что мышление может быть слишком свободным. Вот высший комплимент, которым он удостоил память Коперника: он был человеком «высшего гения и, что в этих (астрономических) вопросах особенно важно, свободного мышления».

Высшим гением, выходит, обладать мало…

Именно за свободу мышления, наверное, Маркс назвал Кеплера (вместе со Спартаком) одним из своих любимых героев.

Кеплер сохранил куда больше лженаучных и даже донаучных предрассудков, чем Галилей, зато умел лучше справляться со своеобразными научными предрассудками. Как ни странно, отвергнуть идею круга как идеальной и единственно возможной планетной орбиты было труднее, чем поменять в системе мира местами Солнце и Землю. В последнем случае ведь можно было сослаться и опереться на какую-никакую, но все же достаточно древнюю традицию, напоминать другим (и, главное, себе), что такие-то и такие-то древние греки тоже так думали.

Спор между кругом и эллипсом начал Кеплер и решал его в пользу эллипса вопреки «авторитету всех философов».

Галилей так полагался на свой рассудок, что оказался не только великим ученым, но и первым в ряду борцов против «безумных идей», которые противопоставляли этим идеям не догму, как враги самого Галилея, а здравый смысл. Вот как он возражает против связи приливов и Луны: «Признать, что тут действуют Луна и Солнце и что они вызывают подобные явления — все это совершенно претит моему рассудку». Конечно, он говорит о рассудке, но не случайно здесь употреблено столь эмоциональное слово «претит».

И новый парадокс!

В жизни и даже пропаганде коперниковского учения Галилей был гораздо смелее Кеплера, выступал (до своего процесса) решительнее, а когда он однажды «договорился» до идеи о множественности миров, Кеплер счел нужным осторожненько, экивоками напомнить в письме коллеге об участи Джордано Бруно.

Пожалуй, эти два титана были предшественниками Ньютона не только в научном плане. Он соединил в фундаменте своей теории всемирного тяготения достижения их мысли, а в себе некоторые разноречивые черты их характеров. Блестящий математик, еще более великий, чем Кеплер, он опирался на опыт в еще большей степени, чем Галилей. Суровый рационалист, как тот же Галилей, Ньютон время от времени словно сбрасывал с себя груз логики, и тогда в худшем случае допускал… чуть ли нс божественное происхождение тяготения, зато в лучшем— передачу силы притяжения от тела к телу без посредников. Идею, которой возмущались многие его современники (а иногда и он сам), которую Галилей объявил бы тяжелейшим научным грехом, но без нее не мог быть сформулирован закон всемирного тяготения.

Нередко укоряют великих людей прошлого: мол, они открыли не все, что, как кажется на современный взгляд, могли открыть. Еще бы один шажок вперед, бросок мысли, дополнительный расчет, добавочное обобщение— и новый важный закон появился бы на пятьдесят — сто лет раньше.

Не будем забывать: каждый раз между двумя научными законами, отделенными друг от друга временем, лежит не только конкретный путь «от мысли к мысли», но и кропотливая работа многих исследователей.

Это очень хорошо видно на примере Галилея. Он делает гигантский прорыв на фронте борьбы с незнанием — прорыв на широком участке. Если продолжать дальше сравнение, то прежде чем развить прорыв, наука должна закрепиться на занятом плацдарме, подтянуть тылы, пополнить боеприпасы, заменить устаревшее вооружение. Галилей— великий борец против многих положений Аристотеля. Однако причиной падения тел для него остается стремление всех тел собраться в одни центр — почти по Аристотелю. Справедливости ради нужно сказать, однако, что Галилей говорил и о множественности центров тяготения.

Луна, полагал Галилей, остановись она, упала бы на Землю с тем же ускорением, что и камень, брошенный с Пизанской башни. Он не думал, что расстояние от центра Земли может сказаться на ускорении падения. Чтобы это увидеть, надо было признать за законом тяготения некоторый набор свойств, характерный и для законов изменения других явлений.

Знали же, например, что действие магнита с расстоянием быстро ослабевает.

Роберт Гук, английский физик и химик, старший современник Ньютона, сумел сделать этот шаг. Он пришел к выводу, что тяготение с расстоянием ослабевает. Увы, он пытался проверять свою совершенно справедливую мысль, проводя опыты с маятниками разной длины на башнях Вестминстерского аббатства, а вышина башен была — при тогдашних приборах — слишком мала для обнаружения разницы в силе тяжести. Он же категорически утверждал, что все небесные тела обладают тяготением, иначе они разлетелись бы по прямым линиям во все стороны, а не были бы «привязаны» к своим орбитам. Он пришел в конце концов и к выводу о том, что тяготение ослабевает пропорционально квадрату расстояния, а потом весь остаток жизни доказывал, что именно ему, Роберту Гуку, принадлежит приоритет в создании закона всемирного тяготения.

Мы точно знаем, что о таком ослаблении тяготения говорилось и до Ньютона и до Гука. Итальянец Альфонсо Борелли утверждал это в печати еще в 1665 году, когда Ньютон только еще размышлял над своим законом. И все же одно дело в науке — сказать, а другое — доказать. Борелли опирался лишь на наблюдения за движением спутников Юпитера. Роберт Гук выдвинул общую идею, которую не смог доказать математически по той простой причине, что он не умел составлять требовавшиеся в данном случае уравнения. С Вселенной— Галилей прав — надо говорить на ее языке. Иначе ты, может быть, и поймешь общий смысл ее речений, но «переводчиком» стать не сможешь.

 

Закон открыт!

«И в том же году я начал думать о тяготении, простирающемся до орбиты Луны… Все это было в 1665 и 1666 гг. — в годы чумы, ибо в те дни я был на заре своей поры изобретений и математика и философия волновали меня более, чем когда-либо после…» — писал уже постаревший Исаак Ньютон.

Всю науку о природе тогда называли натуральной философией. Но, видно, не случайно Ньютон здесь опустил определение к слову «философия». Потому что для установления связи между падением на землю пресловутого яблока и движением Луны вокруг Земли требовалось и чрезвычайно широкое, именно философское, а не только физическое обобщение.

Один из друзей Ньютона, человек по имени Стекли, остался в истории, поскольку оставил нам историю ньютоновского яблока: «После обеда погода была жаркая; мы перешли в сад и пили чай под тенью нескольких яблонь. Были только мы вдвоем. Между прочим, сэр Исаак сказал мне, что точно в такой же обстановке он находился, когда впервые ему пришла в голову мысль о тяготении. Она была вызвана падением яблока, когда он сидел, погрузившись в думы. Почему яблоко всегда падает отвесно, подумал он про себя, почему не в сторону, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность ее количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля — яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, подобная той, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей Вселенной».

Мысль, которая создала первую подлинно научную систему мира. Стоит сказать, что для Ньютона тяготение было не просто одним из свойств материи, а главным ее свойством, ключом к решению загадок Вселенной. Потому что «такие свойства тел, которые не могут быть ни усиляемы, ни ослабляемы, которые оказываются присущими всем телам, над которыми возможно проводить испытания, должны быть почитаемы за свойства всех тел вообще». Главный труд своей жизни великий ученый назвал «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон, опираясь на соединение открытых им законов механики и закона всемирного тяготения, провозгласил, что задача науки объяснить мир в целом, исходя из начал механики. Вот отрывок из авторского предисловия к первому изданию «Начал».

«Вся трудность… как будет видно, и состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам изъяснить остальные явления. Для этой цели предназначены общие предложения, изложенные в книгах первой и второй. В третьей же книге мы даем пример вышеупомянутого приложения, объясняя систему мира, ибо здесь из небесных явлений, при помощи предположений, доказанных в предыдущих книгах, математически выводятся силы тяготения тел к Солнцу и отдельным планетам. Затем по этим силам, также при помощи математических предложений, выводятся движения планет, комет, Луны и моря. Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом, но многое заставляет меня предполагать, что все эти явления обусловливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел, вследствие причин покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга».

Обратим внимание на то, как настаивает Ньютон на желательности вывести «из начал механики» все явления природы.

Всеобщность тяготения так же поражала воображение человека, открывшего эту всеобщность, как поражает она воображение человечества до сих пор. В этом свойстве, присущем всему без исключения, Ньютону виделся корень многих других явлений, более того, в определенном смысле корень всех основных свойств материн. Великий англичанин положил начало поискам в этом направлении — поискам, которые продолжаются по сей день.

Тысячи астрономов изучали звездное небо, пути планет и Луны. Миллиарды людей каждый день сталкивались с тем, что все могущее упасть — падает. Ньютон первый объявил, что то и другое происходит по одному и тому же закону.

Сначала он «просто» хотел узнать, Земля ли — единственное место, где действует сила тяжести. И в пару к самому прославленному в мире яблоку он взял ближайшее к нашей планете небесное тело — Луну. И предположил, что сила, удерживающая Луну на ее орбите вокруг Земли, — та же самая, что притягивает тела, находящиеся на поверхности Земли и вблизи от нее.

Известен был (уже немало тысяч лет) период обращения Луны — 27,3 суток. Ускорение свободного падения на Земле тоже было известно — 9,8 метра на секунду в квадрате — знаменитая цифра, с которой мы довольно рано встречаемся на школьных уроках физики. Теперь оставалось вычислить центростремительное ускорение нашего спутника, направленное к центру Земли. Оно оказалось равно 0,0027 метра на секунду в квадрате. То есть примерно в три тысячи шестьсот раз меньше ускорения свободного падения. А расстояние до Луны от центра Земли как раз в шестьдесят раз (602 = 3600) больше, чем от центра Земли до поверхности самой планеты. Изменение силы тяжести ослабевало пропорционально квадрату расстояния между притягивающимися телами.

«Итак, — торжествовал Ньютон, — сила, которою Луна удерживается на своей орбите, если ее опустить до поверхности Земли, становится равной силе тяжести у нас, поэтому она и есть та сила, которую мы называем тяжестью, или тяготением».

Впервые мысль об единой природе тяжести на Земле и тяготения в космосе была доказана строгим математическим расчетом.

Это и было зафиксировано в законе всемирного тяготения. Очень серьезным аргументом в пользу именно такого воздействия расстояния на силу тяготения была аналогия с освещенностью. Исаак Ньютон много занимался исследованием света и знал, что освещенность поверхности лучами от какого-либо источника света обратно пропорциональна квадрату расстояния от этого источника.

Формой развития естествознания, поскольку оно мыслит, является гипотеза.

Фридрих Энгельс

Сам Ньютон считал величайшим достоинством своих теорий строгую опору на опыт (на самом деле далеко не всегда она была такой строгой, как казалось ученому). Вот его задиристое заявление: «Все, что не выводится из наблюдений, следует называть гипотезой; гипотезам же, либо метафизическим, либо физическим, либо скрытых свойств, либо механическим, нет места в экспериментальной философии».

Приглядимся поближе к этой фразе. Во-первых, сразу ясно, что сегодня мы понимаем термин «гипотеза» иначе, чем Ньютон, поэтому его знаменитое «гипотез не строю» (или «не измышляю» — в зависимости от перевода) не должно служить заветом или упреком для современных физиков. Сам Ньютон, безусловно, тем и занимался, что строил гипотезы и проверял их. Во-вторых, что гораздо важнее, здесь Ньютон кидает камешки, а вернее — целые глыбы, в огороды своих предшественников. Это Кеплер объяснял орбиты в Солнечной системе скрытыми свойствами Солнца и планет; это Галилей любил выдвигать «механические гипотезы»… В науке последователь разрушает часть наследства, полученного от тех, по чьему пути он идет, — это неизбежно.

Главное, значит, для Ньютона наблюдения. Что же, верно. Но чего бы стоили наблюдения сами по себе, если бы он не нашел для их обработки соответствующего математического метода. Больше того, он фактически и заявляет время от времени, что подменяет физику математикой. Категорически утверждает, что «исследует не виды сил и свойств их, а лишь их величины и математические соотношения между ними». (Между прочим, схожие фразы встречаются и в научных трудах, выходящих в наши дни первым изданием. Только относятся эти труды к лингвистике, антропологии, истории, куда математика лишь начинает проникать).

Переход на язык математики позволял строго доказывать свою правоту оппонентам. Но дело было не только в этом. В физике накопилось столько определений понятия «сила», столько предполагаемых разновидностей сил, что отказ от разбирательства, какие силы что собой представляют, переход к исследованию одних лишь величин да соотношений их позволяли Ньютону сделать свое учение единообразным, стройным. Он выполнил, наконец, тот завет Галилея о правилах чтения книги по имени Вселенная, которому сам Галилей был лишь частично верен.

Ньютон сменил непрочный фундамент под законами Кеплера, очистил их от мистической шелухи, отпугивавшей Галилея (хотя, подчеркнем еще раз, сами законы, вероятно, отпугивали Галилея еще больше, чем их обоснование), показал связь между законами Кеплера и Галилеевой силой тяжести, сделал три закона Кеплера следствиями одного закона всемирного тяготения, оправдал кеплеровскую теорию приливов.

Дмитрий Иванович Менделеев особенно ценил в законе всемирного тяготения то, что его созданием Ньютон показал возможность «с единой точки зрения охватить весь механизм мировых явлений». Нельзя недооценивать силу этого закона и как примера, поданного Ньютоном будущим ученым, включая, конечно, и Менделеева.

Итак, союз математики, философии и физики, опирающихся на факты, привел к рождению нового закона.

Вот он:

Здесь в числителе произведение m 1 •m 2 масс взаимодействующих тел, в знаменателе квадрат расстояния между ними; G — коэффициент в этой формуле, так называемая гравитационная константа, она же постоянная тяготения.

Не все было, правда, в порядке и с Луной. Но ученые понимали, что та слишком близко к Земле, а взаимосвязи между соседями, живущими почти рядом, гораздо, как известно, богаче и сложнее, чем между теми, кто разделен большими расстояниями.

Тут следует заметить, что закон Ньютона не был теоретическим в современном смысле этого слова. Формула Ньютона «просто» представляла собой математическое описание опытного факта. Так что Ньютон имел право — во всяком случае по поводу закона всемирного тяготения — сказать о себе, что он в науке строит достоверности (а не какие-то там гипотезы!).

В конце предыдущей главы рассказывалось о том, как некоторые физики с разных сторон подбирались к закону всемирного тяготения, как Гук пришел к закону «обратных квадратов» и т. п. Казалось бы, идея носилась в воздухе, наука созрела для того, чтобы ее освоить. Между тем дальнейшая история закона всемирного тяготения, сформулированного Ньютоном, ясно показывает, что дело обстояло совсем не так. Единодушного восторга ученые отнюдь не выразили. Одни не признавали закон из-за его чрезмерной простоты, другие — из-за чрезмерной сложности пути, по которому Ньютон пришел к своему великому закону.

Во времена Ньютона его современники немало помучались, пытаясь постигнуть вновь провозглашенный закон природы.

Только один пример. Прошло уже много времени с «годов чумы», Ньютон уже опубликовал свое открытие (а для того, чтобы он на это решился, понадобилось целых восемнадцать лет! Нет, не любил спешить с выводами и публикациями человек, которым гордится человечество), и вот его любимый ученик Котс, опора и надежда ученого, сам уже профессор, впоследствии, кстати, автор предисловия ко второму изданию «Математических начал натуральной философии», пишет учителю, что еще способен понять, как это Земля притягивается к Солнцу, но вот что и Солнце притягивается к Земле — это выше его разумения. Право же, обидно и грустно, наверное, было Ньютону читать такое письмо. Правда, позже Котс не только понял, наконец, в чем тут дело, но и дал в своем предисловии ко второму изданию «Начал» такое изящное разъяснение вопроса: «Что тяготение между Землею и телами есть действие взаимное и соответственно равное, обнаруживается следующим рассуждением. Вообразим, что весь объем Земли подразделен на две каких бы то ни было части, равные или неравные между собою, тогда, если бы их тяготения друг к другу не были бы между собою равны, то меньшее уступило бы большему и по соединении частей они стали бы двигаться по прямой линии, уходя в бесконечность, в ту сторону, куда направлено большее усилие, что совершенно противоречит опыту». Великолепный образчик мысленного эксперимента, как принято сегодня называть такие рассуждения!

На свете есть вещи поважнее самых прекрасных открытий, — это знание метода, которым они были сделаны.

Готфрид Лейбниц

Здесь, пожалуй, самое место небольшому отступлению, которое можно назвать, например, так:

 

Время признания

Как скоро оказалось общепризнанным в ученом мире открытие Исаака Ньютона? Ответ должен быть таким: последнее конкретное возражение против закона всемирного тяготения, принадлежащее крупному ученому, было опубликовано в 1745 году. Французский математик и астроном Алексис-Клод Клеро (между прочим, со своим первым научным докладом в Парижской академии наук он выступил, когда ему было всего двенадцать лет) утверждал, что некоторые детали вычисленной им орбиты Луны требуют исправления закона всемирного тяготения. Впрочем, потом он перепроверил свой результат и обнаружил ошибку, на этот раз собственную.

Христиан Гюйгенс, которого сам Ньютон называл великим ученым, изобретатель часов с маятником, сделавший чрезвычайно много и для уяснения того, по каким законам происходит падение тел и для прояснения роли центробежной силы вращения Земли, — этот самый Гюйгенс сначала называл закон всемирного тяготения абсурдным, а чуть позже — маловероятным. Спустя почти шестьдесят лет после того, как Ньютон опубликовал свой закон, величайший математик эпохи Леонард Эйлер выражал сомнения в универсальности и даже точности этого закона.

Журнал «Земля и Вселенная» как-то перепечатал из английского астрономического журнала «Отчет о заседании, которого на самом деле никогда не было».

Некий молодой астроном, репутация которого была далеко не прочной, сделал на этом вымышленном заседании доклад о выведенном им новом законе. Сам доклад не приводится. Мы знакомимся только с выступлениями ученых, обсуждавших идеи юного коллеги, — обсуждавших и осуждавших.

Астронома бьют фактами, которых его теория не может объяснить. Между прочим, все факты — подлинные, и хотя некоторые из них не имеют никакого отношения к данной теории, но большинство астрономических наблюдений, на которые ссылаются оппоненты, справедливы. Правда, почти все эти наблюдения были сделаны спустя десятки и сотни лет после разработки «доложенной» теории. Потому что перед нами типичный образчик научного юмора, а в роли осмеянного докладчика выступает молодой Ньютон — в ту пору даже еще не сэр Исаак (титул он получил много позже, и, по-видимому, прежде всего в связи со своей деятельностью по руководству лондонским монетным двором).

Вероятно, по-настоящему оценить этот юмористический отчет могут только астрономы. Однако есть среди заданных оппонентами вопросов по крайней мере один, который снова и снова задается авторам новых теорий: «Я хотел бы спросить докладчика, откуда он знает, когда пишет свои уравнения, что здесь не играют роли какие-либо другие так называемые „силы“, кроме тех, которые представлены написанными им членами? Не может ли проблема зависеть от других эффектов, пока что неизвестных науке? До тех пор, пока этот вопрос не разрешен, совершенно ясно, что любое предполагаемое согласие с наблюдениями является чисто случайным, — если применить самое мягкое возражение».

Примерно такие вопросы задавали и самому Ньютону. Ему напоминали о том, например, что нельзя даже приступать к попыткам создать теорию притяжения Луны к Земле, пока ничего не известно о внутреннем строении нашей планеты. Предположим, однако, что внутреннее строение было бы в ту пору известно. Тогда от великого англичанина наверняка потребовали бы предварительных сведений о внутреннем строении Луны. А уж допустить, что верное для Луны и Земли верно для Вселенной, — это казалось совсем немыслимым. И кому казалось! В том же юмористическом отчете о заседании вполне точно, разве что с некоторой модернизацией языка, излагается точка зрения одного из современников Ньютона, притом — великого современника.

«Я недавно получил, — говорит оппонент, — приватное сообщение от профессора Гюйгенса, в котором он информирует меня, что для него принцип взаимного притяжения частиц материи является совершенно непонятным и неприемлемым… Как все мы хорошо знаем, профессор Гюйгенс — ученый с общеевропейской репутацией, мнением которого нельзя легкомысленно пренебрегать. Я думаю, что докладчик поступает неблагоразумно, отказываясь следовать его советам… Есть множество людей, кроме докладчика, с оригинальными идеями о причинах орбитального движения планет. Действительно, сам профессор Гюйгенс предложил вполне удовлетворительное объяснение тех эффектов, которые пытается объяснить докладчик. Я могу сейчас лишь самым кратким образом напомнить общую сущность его теории. В ней показывается, что имеется некая весьма разреженная среда, движущаяся вокруг Земли с большой скоростью и толкающая к Земле всякое встречаемое ею тело. По-моему, эта теория вдвойне привлекательна не только вследствие ее крайней простоты и изящества, но и потому, что она одним ударом устраняет потребность в идее о действии на расстоянии — идее, которая всегда останется отвратительнейшей чертой любой теории, подобной представленной сегодня».

Последний аргумент тоже действительно приводился, мало того, сам Ньютон тяжело переживал это самое дальнодействие, от которого ему было некуда деться.

А каково было Ньютону слышать тот вопрос, который он, судя по всему, и сам себе отчаянно задавал, хоть пытался отбиться от него своим «гипотез не строю».

«…Совершенно очевидно, что то, как два куска вещества притягивают друг друга, — если они это делают, — должно зависеть от первичной структуры самого вещества и ни от чего более. Однако это вопрос, о котором мы практически ничего не знаем и которому, насколько я понимаю, не уделено никакого внимания в обсуждаемой теории. Но ведь докладчик утверждает, что он каким-то образом „открыл“ закон, управляющий взаимодействием, и это делается без какого-либо рассмотрения природы или причин этого взаимодействия! Как он может объяснить этот вопиющий абсурд? Разве не следовало поискать доказательства самого закона, прежде чем пускаться в изучение его довольно очевидных следствий?» — так в юмористическом отчете несколько по-современному излагается «проклятый» вопрос, мучивший и самого Ньютона.

Нет, не зря Ньютон столько лет ждал с публикацией своего закона. Он вдвое перекрыл девятилетий срок, назначенный Горацием «для выдерживания в столе» литературных публикаций. И не помогло. Ньютон мог бы ждать еще двадцать лет — современная ему наука не созрела для быстрого признания закона всемирного тяготения. Даже когда опубликованный закон стал действовать на ученых самим фактом своего существования, он был скорее признан в Англии, чем в Европе, и легче принят учеными второго ранга, чем научными звездами первой величины.

А поскольку закон Ньютона, как мы с вами повторяем вслед за Фейнманом, своего рода эталон законов природы, то и история его признания имеет тоже, так сказать, эталонный характер и вполне годится для моделирования истории открытий — после того как они сделаны.

Истина рождается в споре — гласит древняя пословица. Точнее сказать, она признается в спорах. И каких спорах!

Великий французский писатель Вольтер оставил нам картину разногласий между учеными в 1727 году — в год смерти Ньютона: «Если француз приедет в Лондон, он найдет здесь большое различие в философии, а также во многих других вопросах. В Париже он оставил мир полным вещества, здесь он находит его пустым… В Париже давление Луны на море вызывает прилив и отлив, в Англии же, наоборот, море тяготеет к Луне. У картезианцев все достигается давлением, что, по правде говоря, не вполне ясно, у ньютонианцев все объясняется притяжением, что, однако, немногим яснее».

Вскоре, однако, великий остроумец стал не подтрунивать над ньютонианством, а проповедовать его. В научном споре он принял сторону Лондона, а. не Парижа. Мы знаем Вольтера прежде всего как автора глубоких, грустных и смешных повестей, полуиронических поэм, трагических пьес. Но он занимает почетное место в истории и как один из крупнейших популяризаторов науки. Ему принадлежат «Послание к маркизе дю Шатле о философии Ньютона», «Истолкование основ Ньютоновой философии».

Историки полагают, что научно-популярные работы Вольтера положили начало тому движению во французских литературе и искусстве, которое породило революционную по своей сути «Энциклопедию», созданную группой французских просветителей. Энциклопедию, ставшую звеном в цепи явлений, подготовивших Великую французскую революцию.

 

Эпоха триумфа и трагедия дальнодействия

Иногда любят противопоставлять простоту и ясность Ньютонова закона тяготения сложности нынешней эйнштейновской теории относительности.

Но закон стали понимать, когда привыкли к нему…

Очень похожая история произошла с теорией Максвелла, раскрывшего главные законы электромагнетизма.

Через сорок лет после того, как она была сформулирована автором, его соотечественник, крупнейший английский физик Уильям Томсон, получивший за научные заслуги титул лорда Кельвина, много занимавшийся исследованием электричества, писал, что так называемая электромагнитная теория света «пока ничего нам не дала… Мне кажется, что это скорее шаг назад…» Это было сказано в 1904 году. Тогда теорию Максвелла преподавали едва ли в половине университетов Европы. С действительно широчайшим признанием ей пришлось подождать до 1920 года.

Эйнштейновой общей теории относительности повезло больше. На то были свои причины, о которых пойдет речь в своем месте. А сейчас мы заглянем в эпоху, разделяющую Ньютона и Эйнштейна.

Большая часть XVIII века и весь XIX век были для закона всемирного тяготения временем величайшего торжества, какое только может прийтись на долю научной теории.

Когда в 1759 году к Земле подошла комета, примерная дата появления которой была предсказана англичанином Галлеем, а затем уточнена французом Клеро, это событие стало всемирным торжеством науки. К тому, что можно вычислять сроки лунных и солнечных затмений, все давно привыкли — ученые, пожалуй, еще с древневавилонских времен. Но предсказать появление кометы, которую и позже, в XIX веке, называли еще «беззаконной» (Пушкин), — о, это была победа!

А в 1798 году знаменитый английский физик и химик Генри Кэвендиш проверил закон всемирного тяготения уже не «на небе», а на Земле, проверил его соблюдение на притяжении обычных земных предметов не к нашей планете, а друг к другу.

На кварцевой нити он подвесил коромысло с двумя маленькими шариками. Заранее промерил, какие усилия нужны, чтобы на тот или иной угол закрутить нить. Потом поднес к шарикам два больших свинцовых шара — так, чтобы один из них оказался у одного конца и по одну сторону от коромысла, а другой — у другого и по другую сторону. Нить закрутилась — насколько именно, было уже вовсе легко измерить благодаря чрезвычайно остроумной идее Кэвендиша. Посередине коромысла было укреплено легкое зеркальце. На него падал луч света, отражался и приходил на «подставленную» измерительную шкалу. Поворот коромысла определял, на какое именно деление шкалы упадет отраженный луч. Дальше совсем просто оказалось составить пропорцию между силой воздействия на шарики массы свинцовых шаров и массы планеты.

Этот эксперимент был по меньшей мере втройне историческим. Во-первых, как уже было сказано, закон Ньютона наконец-то довольно точно был проверен на поверхности Земли, а не «на небе», не на наблюдениях за далекими планетами. Во-вторых, были определены средняя плотность и вес нашей планеты. А в-третьих, Кэвендиш попутно, «между делом», определил численное значение коэффициента в формуле закона всемирного тяготения, гравитационной постоянной.

Ученые считали, считали, считали, опираясь на закон всемирного тяготения, и наша Земля обзавелась новыми сестрами, дальними спутницами Солнца, планетами Уран и Нептун, был предсказан Плутон, открытый только в 1930 году. Сотни работ были посвящены тому, как проявляется закон всемирного тяготения в движении Луны, Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера, Урана и спутников трех планет, названных здесь последними.

В 1842 году астроном Бессель, наблюдая за самой яркой звездой нашего неба Сириусом, заметил странные колебания в положении ее на небе.

Опираясь на закон всемирного тяготения, Бессель предсказал, что у Сириуса есть невидимый спутник большой массы. Так теоретически открыли двойные звезды: спустя двадцать лет астрономы увидели спутник Сириуса, а сейчас мы знаем, что двойных звезд во Вселенной — большинство.

Гениальный математик и астроном Лаплас преклонялся перед Ньютоном, а закон всемирного тяготения называл совсем коротко: «закон природы». На основе закона Ньютона, одного-единственного — Лаплас верил — будут раскрыты все детали, даже самые сложные, движений планет в Солнечной системе.

Собственные работы Лапласа в астрономии впервые, по мнению специалистов, привели в стройную систему небесную механику. Вряд ли здесь стоит рассказывать об его открытиях, касавшихся закономерностей движения спутников Юпитера, самого Юпитера и Сатурна, Луны, наконец. Лаплас же разработал первую полную теорию приливов и отливов. Особое внимание он обращал на связи между телами Солнечной системы.

А еще до открытия и двойных звезд и новых планет Лаплас после ряда исследований, касавшихся так называемых неравенств в движении Луны, гордо провозгласил, что астроном может, наблюдая одну лишь Луну, «не выходя из своей обсерватории», выяснить, как велика Солнечная система и насколько сильно сжата Земля у полюсов. И все это он говорил, подчеркивая роль во Вселенной своего любимого «закона природы».

Всю жизнь Лаплас словно стремился ограничить себя ролью ученика, применяющего закон, открытый учителем. Между тем на самом деле он во многом пошел дальше Ньютона. А случались у Лапласа озарения, когда он словно прорывался в будущее науки на сотню-полторы лет. По Ньютону, например, тяготение не должно влиять на свет. Лаплас же писал: «Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в двести пятьдесят раз превосходил диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас, следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми».

Ученые видят сейчас в этом предсказание существования «черных дыр» — любимых детищ современных астрофизики и космологии. Подробно о них будет рассказано во второй части книги.

Тем не менее закон всемирного тяготения был для Лапласа эталоном в куда более узком смысле, чем для Ричарда Фейнмана в наши дни: Лаплас, по-видимому, считал, что все или почти все физические законы должны с некоторыми видоизменениями повторять формулу закона Ньютона. В великую «Небесную механику» Лапласа входит глава «О капиллярном действии». Он полагает, что в этом физическом явлении играют решающую роль силы притяжения между молекулами, а отличие этих сил от Ньютоновых сил гравитации в основном то, что они становятся исчезающе малыми при увеличении расстояний между молекулами.

Все области физики должны были строиться по образу и подобию созданной Ньютоном теории тяготения.

И только ли в физике дело обстояло именно таким образом!

Современный английский ученый и историк науки Джон Бернал специально отметил в своей книге «Наука в истории общества»: «Как ото ни парадоксально… наиболее непосредственное влияние идеи Ньютона оказали в области экономики и политики. Найдя свое применение в философии друга Ньютона — Локка и его последователя Юма, они создали общее чувство скептицизма по отношению к авторитету. Через Вольтера, который первым ознакомил французов с работой Ньютона, они должны были способствовать „просвещению“ и тем самым — идеям французской революции. Они и поныне продолжают оставаться философской базой буржуазного либерализма».

Бернал начинает приведенное рассуждение со слов «как это ни парадоксально». Сегодня в устах физика — да и не только физика — слово «парадокс» и производные от него звучат как комплименты.

Первый научный закон, распространенный на Вселенную и подтвержденный экспериментально, придал особую ценность связанным с ним философским идеям. Ньютон нашел «точку опоры», позицию для создания всеобъемлющей физической картины мироздания. Ученые, занимавшиеся общественными науками, не знали таких твердых законов, с точки зрения которых они могли бы исследовать общество и его историю — эти законы предстояло открыть Марксу и Энгельсу в середине XIX века. А пока что закон всемирного тяготения стал для всех областей знания, в. том числе гуманитарных, идеалом, которому следовало подражать. И порою не только идеалом. Этот закон пытались ввести в качестве основы в науки, к которым он и не мог иметь никакого отношения, — в физиологию, социологию, химию, например.

Франц Антон Месмер, человек трагической судьбы, первый исследователь гипноза (названного им животным магнетизмом), пытался объяснять наблюдавшиеся им факты (и явления, которые, как ему казалось, он наблюдал) законом всемирного тяготения.

Великий французский утопист Фурье называл важнейшую, по его мнению, часть своего учения теорией всеобщего притяжения страстей и считал, что в ее фундаменте лежит теория Ньютона. Другой знаменитый утопист, Сен-Симон, полагал, что следует основать культ Ньютона. Человек, создавший закон всемирного тяготения, становился в глазах своих последователей чуть ли не богом.

Это трудно понять с позиций наших дней, когда учебники переполнены законами, носящими имена великих и менее великих ученых. Но Ньютон принес первые строгие и проверенные опытом законы в мир, где физика явлений представлялась расплывчатой и шаткой. Он дал своей эпохе почувствовать прелесть точного знания, доказал своим последователям самую возможность его достижения.

И все-таки, несмотря на все победы, на законе всемирного тяготения лежала мрачная тень — с самого момента его рождения. Этой тенью, даже проклятием, висевшим над новым законом, было вытекающее из закона мгновенное дальнодействие. Сила тяготения мгновенно, с бесконечной скоростью передавалась на любые расстояния; при этом было совершенно неясно, как она преодолевает пространство. Сила передается телу воздействием на него другого тела — это положение было аксиомой для Галилея, на него опираются законы механики самого Ньютона, а вот закон всемирного тяготения Ньютона выкидывает прочь эту аксиому!

Для самого Ньютона это было драмой, которую можно назвать «трагедией дальнодействия».

В первом издании «Математических начал» он был настолько осторожен, что заявлял: все происходит так, как будто все тела взаимно притягиваются строго по формуле его закона. Такая осторожность, наверное, прежде всего диктовалась тем, что Ньютон делал фантастических масштабов обобщения, подчинял одним и тем же закономерностям явления на Земле и в космосе. Но немалую роль в обращении к сослагательному наклонению должно было сыграть и отсутствие представления о механизме тяготения.

Ко второму изданию, благо его отделяли от первого двадцать семь лет, взгляды Ньютона окончательно сложились, и «как будто» в применении к закону всемирного тяготения исчезло из его труда. Что касается «причины тяготения», механизма его, то Котс, редактор этого издания, писал в своем предисловии: «Причины идут неразрывною цепью от сложнейших к простейшим, и когда достигли до причины самой простой, то далее идти некуда. Поэтому простейшей причине нельзя дать механического объяснения, ибо если бы такое существовало, то эта причина не была бы простейшей».

Убедительное разъяснение. С точки зрения самого Котса, во всяком случае. Было ли оно убедительным для Ньютона? Вот что писал великий физик в 1693 году, через шесть лет после первого издания «Начал» и за два десятилетия до появления нового издания книги с предисловием Котса: «Мнение, что тяготение есть основное свойство, присущее материи, что любое тело может действовать на другие тела на расстоянии через пустое пространство без посредства чего-либо, что могло бы перенести действие и силу от одного тела к другому, — такое мнение мне кажется полным абсурдом, и я уверен, что ни один человек, способный рассуждать о философских вопросах, не может прийти к нему. Тяжесть есть следствие какой-то причины, действующей непрестанно по известному закону…»

Переменил ли ученый свое мнение за следующие два десятилетия?

До сих пор биографы Ньютона по-разному отвечают на вопрос, почему он согласился с публикацией предисловия Котса. Иногда считают возможным, например, что Ньютон, увлекавшийся метафизикой, на протяжении какого-то времени склонялся к ответу, совсем странному, на взгляд нынешнего (да и тогдашнего уже) физика. Приведенная выше цитата (из письма к Бентли, филологу, директору того Тринити-колледжа в Кембриджском университете, где сам Ньютон был профессором) может быть продолжена: «…решение вопроса о том, материальна ли эта причина (тяготения) или не материальна, я оставляю моим читателям».

Известно увлечение Ньютона во второй половине жизни богословскими проблемами. Таким неожиданным отклонениям можно огорчаться, удивляться же им, наверное, нельзя. Естественно, что каждый создатель нового физического учения принадлежит к более ранней эпохе, чем люди, воспитанные на его учении. Ученикам Ньютона бог, во всяком случае бог, деятельно участвующий в формировании мира, не требовался. Когда Наполеон спросил Лапласа о роли бога в разработанной им системе мироздания, великий математик и астроном ответил: «Ваше величество, у меня не было нужды в этой гипотезе».

Впрочем, и для Ньютона «личное вмешательство» высших сил в механизм тяготения тоже не могло быть в конечном счете обязательным и серьезным. Еще до первого издания «Начал» он искал решения проблемы и, как ему на время показалось, нашел. В 1679 году в письме Роберту Бойлю, тогдашнему президенту Лондонского Королевского общества, было впервые выдвинуто предположение об эфире, некоем вездесущем тонком веществе, имеющем разную плотность. Чем ближе то или иное тело к центру тяготения, тем более «тонкие» частицы эфира заполняют поры тела, вытесняя частицы более грубые. Насыщение частицами эфира и есть механизм, заставляющий тело падать на Землю.

В первое издание «Начал» эти предположения не попали. Но они появились во втором издании другой работы Ньютона — «Оптики».

А последний абзац «Начал» в их окончательной форме гласит: «Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем во все сплошные тела и в них содержащемся, коего силою и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются, наэлектризованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, передаваясь именно колебаниями этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам. Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного запаса опытов, коими действия этого эфира были бы точно определены и показаны».

Массу вещей объясняет здесь Ньютон «силою и действиями» эфира. Но в этом списке нет… тяготения! Для тяготения Ньютон теперь отказался искать причину в действиях эфира.

Несколькими строчками раньше он просто констатировал, что «эта сила происходит от некоторой причины, которая проникает до центра Солнца и планет без уменьшения своей способности…»; далее, напомнив свойства силы тяготения, написал свое знаменитое: «Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю». И… тут же, в приведенном выше последнем абзаце «Начал», изложил самую настоящую гипотезу о роли эфира в веществе и живых организмах. Словом, придумав эфир для объяснения гравитации, Ньютон затем использовал эту идею для чего угодно — только не для первоначальной своей цели.

Последователи Ньютона, в отличие от него, не делали при придумывании гипотез исключения для силы тяготения. Тем более, что идея дальнодействия противоречила самой материалистической сути физики, и мучительные сомнения Ньютона составили только первый акт «трагедии дальнодействия».

Заблуждение становится заблуждением, когда оно рождается как истина.

Станислав Ежи Лец

В XVIII–XIX веках появляются, как грибы после дождя, все новые и новые предположения ученых разных стран, долженствовавшие объяснить причину тяготения.

Пожалуй, можно выделить тут гипотезы двух сортов: вихревые и корпускулярные — от слова «корпускула», то есть «частица».

Если оставить в стороне атомистику, то, пожалуй, можно сказать, что ни с одним вопросом физики не было связано столько спекуляций, сколько с вопросом о причинах силы тяжести. Тем, что мы действительно об этом знаем, мы обязаны людям, которые ограничивались вопросом: как она действует?

Макс Лауэ

По мнению швейцарского математика Иоганна Бернулли, некое бесконечно тонкое вещество выбрасывается во все стороны из центров вихрей космических (где, между прочим, образуются солнца), затем оно сгущается в капли и возвращается обратно к центрам вихрей. По пути это «тонкое вещество» проникает — опять-таки — в поры всех обычных тел и увлекает эти тела в своем центростремительном движении.

Французский физик XVIII века Лесаж тоже прибег к помощи «сверхтонкой материи», ультрамалых частиц, которые носятся в пространстве во всех направлениях, «толкая» встречающиеся на их путл обычные тела. Два тела притягиваются друг к другу постольку, поскольку они защищают друг друга от части этих толчков; каждое тело получает меньше ударов с той стороны, которой оно обращено к другому, вот так и возникает сила тяготения.

Есть немало способов опровергнуть эту гипотезу. Вот только один из них. Любая планета, в том числе и Земля, должна бомбардироваться со всех сторон корпускулами Лесажа. Поскольку она движется в пространстве вокруг центрального светила, то количество встреч с гипотетическими частицами больше у той части планеты, что обращена в сторону движения. Поэтому столкновений, которые тормозят планету, больше, чем таких, которые ее подгоняют. Должно происходить постоянное замедление движения планет. Земля, к примеру, давно должна была, как показывают расчеты, остановиться и, следовательно, упасть на Солнце. Но этого нет и как будто не предвидится. И тем не менее в разных вариантах и модификациях идея Лесажа умирала и воскресала на протяжении и XIX и даже XX века. Таился в ней некий соблазн, связанный с тем, очевидно, что такая модель тяготения была наглядна, ее легко себе представить. Но не всегда, увы, верно то, что легче понять. Почти все гении физики — от Ломоносова до Эйнштейна, и очень многие «просто» талантливые ученые любили говорить о простоте природы, понимая эту простоту по-своему. Не случайно многие современные физики полагают, что теория относительности проще Ньютоновой теории тяготения потому, в частности, что она не нуждается ни в дальнодействии, ни в эфире.

С учением Ньютона кое в чем повторилось, пусть в других временных масштабах, то же, что когда-то произошло с учением Аристотеля. Ньютонова физика стала претендовать (примеры этого приводились выше) на объяснение явлений, которые не имели к ней никакого отношения. А ее философские основы, к середине XIX века уже абсолютно устаревшие, сдерживали развитие физического знания далеко за пределами механики и теории тяготения. Завет Ньютона свести всю физику к механике, прогрессивный в XVII веке, уже при исследовании электромагнитных явлений в XVIII веке стал препятствием, которое надо было преодолевать.

Мои последователи должны опережать меня, противоречить мне, даже разрушать мой труд, в то же время продолжая его. Только из такой последовательно разрушаемой работы и создается прогресс.

Иван Мичурин

Джон Бернал писал: «Успехи Ньютона таили в себе и соответствующие опасности для будущего. Его дарование было так велико, система его казалась столь совершенной, что все это положительно обескуражило научный прогресс в следующем веке или допустило его только в тех областях, которых Ньютон не затронул… Влияние Ньютона пережило даже его систему, и весь тот тон, который он задал науке, принимался как нечто до такой степени само собой разумеющееся, что вызванные им жесткие ограничения, вытекавшие в значительной степени из его теологических предубеждений, не были осознаны до эпохи Эйнштейна, да даже и сейчас осознаны еще неполностью».

Двести пятьдесят лет физики, как они ни восхищались Ньютоном, только «сжав зубы», терпели дальнодействие. Даже не терпели, а боролись с ним — и отступали. Мешали им и оставленное в наследство Ньютоном представление об абсолютном времени, противоречившее галилей-ньютоновскому принципу относительности, и эфир, и многое другое. Слишком сильно все это противостояло тем принципам экспериментальной физики, которые завещал сам же Ньютон продолжателям своего дела.

А развитие физики все решительнее требовало пересмотра положений мировой механики Ньютона. Теория Максвелла для электромагнетизма уже по-новому рассматривала пространство, в котором происходят описываемые ею явления. Эфир для нее был не нужен, зато здесь детально разработано физическое понятие поля. Представление о поле стало самым большим достижением физики со времен Ньютона. Эйнштейн и Инфельд в книге «Эволюция физики» подчеркивают важность понятия поля для возникновения теории относительности. И не просто важность: «Теория относительности возникает из проблемы поля. Противоречие и непоследовательность старых теорий вынуждают нас принимать новые свойства пространства и времени».

Английский физик Г. Бонди задает «риторический вопрос»: «Как же случилось, что столь хорошо обоснованная теория была отброшена и заменена другой (общей теорией относительности Эйнштейна. — Р. П.), самая большая заслуга которой заключается в том, что она дала те же результаты, что и прежняя? Немногочисленные и незначительные пункты, в которых эти теории расходились, были даже не особенно твердо установлены экспериментально».

Однако: «Нас приводит к новой теории принцип единства физики, который требует, чтобы гравитация, с одной стороны, и электромагнетизм и оптика, с другой, не принадлежали к разным типам пространства-времени».

Вот мы встретились в этой книге впервые с принципом единства физики. Естественное обоснование такого принципа — то, что любые сложные процессы в природе содержат явления, относящиеся к разным областям физики и подчиняющиеся их законам. Он находит свое выражение и подтверждение на многих «стыках» теории гравитации с другими областями физического знания. Лишним подтверждением такого единства стало практически одновременное действительно широкое признание ученым миром теории Максвелла и теории Эйнштейна.

(Никак нельзя недооценивать роль, которую сыграли для Эйнштейна его размышления над Максвелловой теорией электромагнетизма. И не случайно ведь первая работа сотрудника Бернского бюро патентов по специальной теории относительности называлась «К электродинамике движущихся тел». К электродинамике!)

Долго не признавали даже крупные физики теорию Максвелла. Но когда, наконец, она была принята, это стало победой нового подхода к физике в целом и проложило дорогу теории относительности.

Несмотря на всю категоричность утверждений Бонди о незначительности расхождений в теориях Ньютона и Эйнштейна, один факт безусловно сыграл особую роль в возникновении общей теории относительности.

Физики — не революционеры, скорее они консервативны, и только вынуждающие обстоятельства побуждают их жертвовать хорошо обоснованными представлениями.

Макс Борн

В 1859 году французский ученый Урбен Леверье прославленный тем, что по движению планеты Уран предсказал существование неизвестного тогда Нептуна, обратил внимание на еще один непорядок в Солнечной системе. Самая отдаленная от Солнца точка орбиты Меркурия — его перигелий — смещалась чуть-чуть больше, чем следовало из формул небесной механики, основанной на законе всемирного тяготения. Смещение (позже уточненное англичанином Ньюкомом) составляло всего сорок три угловые секунды за столетие, меньше, чем полсекунды в год.

Мелочь? Но в астрономии, как и вообще в науке, мелочей не бывает, и факт, не соответствующий теории, не более и не менее как мина, подложенная под эту теорию.

Сам Леверье пошел по уже проложенной им торной дороге, предположив существование еще одной планеты, теперь уже между Солнцем и Меркурием, планеты, сбивающей Меркурий с его пути. Гипотетическому спутнику Солнца дали имя Вулкана, вычислили его орбиту, а найти не смогли.

Попытки объяснить «неувязочку» вызвали к жизни не только мифическую планету, расположенную якобы еще ближе к Солнцу, чем Меркурий, но и кольцо комет, летящих вокруг Солнца внутри орбиты Меркурия, и спутник Меркурия, и кольцо малых планет между орбитами Меркурия и Венеры.

Солнце полагали сплющенным, а также — в другом варианте — окруженным большим количеством диффузной материи. Каждая из этих гипотез опровергалась. Спутник Меркурия увидели бы, Солнце не может быть сплющенным в нужной для смещения перигелия Меркурия степени и т. п. и т. д.

Смещение перигелия Меркурия было, по существу, единственным наблюдаемым уклонением во Вселенной от правил небесной механики Ньютона. Но астрономы были уязвлены в самое сердце. Они — и вдруг чего-то не могут объяснить!

После открытий Ньютона наука, развивавшая их, знала о небе гораздо больше, чем о Земле. Парадоксально, но это положение кое в чем сохранилось до наших дней. Кто не слышал, скажем, что элемент гелий был открыт сначала на Солнце, потом на Земле. Однако гораздо реже вспоминают, что нам лучше известен химический состав звезд, чем собственной планеты. Астрономия в течение столетий не без оснований была и остается самой уверенной в себе изо всех наук.

Великие события порой возникают по малому поводу. Принц Гамлет в трагедии Шекспира поначалу как будто осуждает норвежского принца Фортинбраса, ведущего армию воевать за «невзрачный кус, в котором барыша — лишь званье, что земля». Однако потом говорит: «…дело не стоит выеденного яйца. Но тот-то и велик, кто без причины не ступит шага, если ж в деле честь, подымет драку за пучок соломы».

Честь ученых — в стремлении сделать так, чтобы выводы теории совпадали с данными наблюдений и экспериментов. И до тех пор, пока тут нет полного совпадения, а есть расхождение хоть на волос, они не могут, не имеют права успокоиться. Затронута честь ее величества Науки! Всякий факт, не отвечающий «хорошей» теории, есть оскорбление, вызов, брошенный науке. Наука в лице своих представителей примет этот вызов, каким бы мелким ни был повод для него.

И незначительность факта, в котором следовало разобраться, часто оказывалась мнимой.

Общая теория относительности уже при рождении своем разрядила «мину Меркурия». Она указала, что перигелий Меркурия за столетие должен смещаться как раз на сорок три и одну десятую секунды за столетие. Разница с наблюдениями, как видите, составляла уже доли секунды не в год, а в век. Даже астрономия с се повышенными требованиями к точности могла позволить себе признать такой результат вполне удовлетворительным.

Французский ученый А. Арзелье, приступая к подробному разбору этой ситуации, был вправе заявить: «Мол цель — показать, из каких джунглей нас вывел Эйнштейн…»

В XVI веке Коперник вывел астрономию из «джунглей» Птолемеевой системы, данные которой не соответствовали множеству наблюдаемых фактов. В XX веке хватило одного «необъяснимого факта» в небесной механике, чтобы ради его понимания понадобилось перестроить картину мира. Конечно, дело было не только в нем, но…

Г. Бонди — физик, а не астроном, может быть, поэтому ему эта история представляется незначительной, а на первый план выходят общие принципы единства физики. Что же, они, принципы, это место заслуживают. Но конкретные факты тоже никак нельзя недооценивать.

Одно к другому — и появилась общая теория относительности, она же теория гравитации. Именно она определяет сегодняшнее состояние проблемы гравитации. Ее справедливо называют революционной, однако не будем забывать и о том, что новое учение о гравитации прочно стояло на фундаменте классической физики, корни этого учения глубоко уходят в историческую «подпочву науки».