لم تكن فكرة أن جاذبية الأرض هي سبب سقوط الأشياء على الأرض جديدة: حتى القدماء ، على سبيل المثال ، أفلاطون ، عرفوها. ولكن كيف تقيس قوة هذا الانجذاب؟ هل هذه القوة هي نفسها في كل مكان على الأرض؟ - هذه الأسئلة حيرت العلماء والفلاسفة على حد سواء وتفكروا فيها وشككتهم منذ نيوتن ، مؤلف القانون العالمي للجاذبية.
عندما اكتشف كبلر قانونه الثالث ، وجد نفسه في مثل هذه الحالة لدرجة أنه بدأ يشك فيما إذا كان على حق. في عام 1619 كبلر نشر في عمله الشهير "تناغم بنية الكون" ، أجاب جزئيًا على هذه الأسئلة واقترب جدًا من اكتشاف قانون مهم. لكنه لم يستطع استخلاص نتيجة عقلانية تمامًا من الاعتبارات التي قدمها. بالإضافة إلى ذلك ، عزا كبلر حركة الكواكب إلى بعض قوى الجاذبية المتبادلة ، وكان مستعدًا لقبول قانون "النسب التربيعية" (أي أن التأثير يتناسب عكسًا مع مربع المسافة). لكنه سرعان ما تخلى عن هذا القانون وخلص بدلاً من ذلك إلى أن قوة الجاذبية تتناسب عكسياً مع المسافة بين الكواكب ، وليس مع مربع المسافة بينهما. لم تتح لكبلر الفرصة لإثبات القوانين التي اكتشفها علميًا ، والتي تتعلق بالأساس الميكانيكي لحركة الكواكب.
كان أسلاف نيوتن المباشرين في هذا الصدد مواطنيه - جيلبرت وخاصة هوك. في عام 1660 ، نشر جيلبرت كتابًا بعنوان "على المغناطيس". في ذلك ، يصف جيلبرت خصائص المغناطيسية بالتشابه مع ظاهرة الجاذبية بين القمر والأرض. يشير عمل آخر نشره جيلبرت بعد وفاته إلى أن القمر والأرض يؤثران على بعضهما البعض مثل مغناطيسين ، وأن هذا التأثير يتناسب مع كتلتهما. ومع ذلك ، كان معاصر نيوتن ومنافسه في النشاط العلمي روبرت هوك ، الذي كان الأقرب إلى الحقيقة العلمية. في 1666 مارس 21 ، أي قبل وقت قصير من خوض نيوتن لأول مرة في ألغاز الميكانيكا السماوية ، نشر روبرت هوك ورقته البحثية "تباين قوة الجاذبية لجسم ساقط بالنسبة لبعده عن مركز الأرض. قدم بحثه في اجتماع للجمعية الملكية في لندن. وإدراكًا منه أن نتائج دراساته الأولية كانت غير مرضية ، قرر هوك تحديد قوة السرقة عن طريق اهتزازات البندول. كانت هذه الفكرة نتاجًا لمستوى عالٍ من الذكاء ، وكان التأثير العلمي أيضًا على هذا النطاق. بعد شهرين ، في خطاب آخر في نفس الاجتماع ، اقترح هوك أن القوة التي تحمل الكواكب في مداراتها يجب أن تكون مماثلة للقوة التي تسبب تأرجح البندول. بعد ذلك بوقت طويل ، عندما كان نيوتن يعد عمله العلمي العظيم للنشر ، توصل هوك بشكل مستقل إلى فكرة أن "القوة التي تتحكم في حركة الكواكب يجب أن تقاس فيما يتعلق بالمسافة" ويصف الصورة العامة لـ "الكواكب". قانون الحركة ". لكن هنا هو الفرق بين الموهبة والعبقرية. ظلت استنتاجات هوك في مهدها ، ولم تتح له الفرصة للعمل بأفكاره وفرضياته حتى النهاية. كان نيوتن مؤلف الاكتشاف العظيم.
ولد إسحاق نيوتن (1642-1726) في وولشتورب ، لينكولنشاير. مات والده قبل ولادة نيوتن. تقول المصادر إن والدتها ، التي أصيبت بصدمة نتيجة وفاة زوجها ، دخلت في المخاض قبل الأوان وأنجبت نيوتن قبل الأوان. ولد نيوتن قبل الأوان ، وكان صغيرًا جدًا وضعيفًا عندما كان رضيعًا. على الرغم من ذلك ، عاش نيوتن حياة طويلة وصحية مع أمراض عرضية قصيرة الأمد فقط. وفقًا لوضعهم الاقتصادي ، كانت عائلة نيوتن تنتمي إلى الطبقة الوسطى وكانت تعمل في الزراعة. عندما يبلغ إسحاق سن المراهقة ، يتم إرساله إلى المدرسة الابتدائية. في سن الثانية عشرة ، بدأ نيوتن في الالتحاق بمدرسة عامة في غانتيم. خلال دراسته ، عاش في منزل كلارك ، وهو صيدلي محلي ، لمدة 12 سنوات ، وهناك بدأ اهتمام نيوتن بالكيمياء. في 6 يونيو 1660 ، عندما لم يكن نيوتن يبلغ من العمر 5 عامًا ، تم قبوله في كلية ترينيتي. في ذلك الوقت ، كانت جامعة كامبريدج واحدة من أعرق مراكز العلوم في أوروبا ، حيث كان تدريس فقه اللغة والرياضيات متطورًا بشكل كبير. ركز نيوتن على الرياضيات. لكن في الوقت نفسه ، في عام 18 ، حصل على درجة البكالوريوس في الفنون الجميلة (علم اللغة).
يتعلق بحثه العلمي الأول بدراسة الضوء. أثبت العالم أنه من الممكن إظهار اللون الأبيض بمساعدة المنشور. من خلال ملاحظة ظاهرة انكسار الضوء في الأغشية الرقيقة ، لاحظ نمط حيود يسمى "حلقة نيوتن".
في عام 1666 ، انتشر وباء في كامبريدج. كان يُعتقد على نطاق واسع أن الوباء هو طاعون ، وانتشر الاضطراب الاجتماعي والذعر بين الناس ، واضطر نيوتن للعودة مؤقتًا إلى وولشتورب ، قريته الأصلية. عاش في ظروف ريفية ، دون أي أدب أو أدوات ، وفي ظروف شبه علمانية. كان نيوتن البالغ من العمر 24 عامًا في ذلك الوقت مغمورًا تمامًا في محيط التفكير الفلسفي والمنطقي. قضى الكثير من الوقت مع الملاحظات الفلسفية حول ألغاز الكون والكون والأرض والوقت والنفسية. كان أعظم نتاج لهذا الفكر والتفكير - أعظم اكتشافاته - اكتشاف القانون العالمي للجاذبية.
كان يوم صيفي. أحب نيوتن الجلوس في الحديقة وفي الهواء الطلق والتفكير. في ذلك الوقت ، وقع حدث معروف ومشهور ، معروف لنا جميعًا من دورة الفيزياء المدرسية ، على رأس إسحاق نيوتن عندما انفصلت تفاحة ناضجة عن الفرقة. لقد تم تناقل شجرة التفاح التي أعطت أجنحة لهذه الفكرة من جيل إلى جيل كرمز لفخر عائلة نيوتن لسنوات عديدة وتم الحفاظ عليها كقيمة. وعندما وصلت الساعة إلى وقتها وجفت ، قُطعت وصُنع من خشبها نصب تاريخي على شكل كرسي.
كان نيوتن يفكر في قوانين عملية سقوط الأشياء على الأرض لفترة طويلة ، والتفاحة التي سقطت على رأسه دفعته إلى التفكير بشكل أعمق في هذه الفكرة. بسبب هذه الظاهرة ، طرح على نفسه سؤالاً جديدًا: هل سقوط الأشياء على الأرض هو نفسه في كل مكان على الكرة الأرضية؟ أي ، هل من الممكن تأكيد سقوط الجثة على الأرض بنفس السرعة في الجبال العالية كما في المناجم العميقة؟
ولكن بأي طريقة اكتشف نيوتن هذا القانون الأساسي ، الذي حفزه سقوط التفاحة؟
في إحدى أفكار نيوتن المكتوبة بعد سنوات عديدة ، اشتق صيغة التعبير الرياضي لقانون الجاذبية من قوانين كبلر الشهيرة. أيضًا ، في هذا الصدد ، اكتسبت أهمية فعالية البحث العلمي لنيوتن ، وأبحاثه التي أجراها شخصيًا في مجال البصريات في اتجاهات "قوة الضوء" أو "مستوى الإضاءة". الصيغة الرياضية للقانون الفيزيائي التي تعبر عن "اللمعان" أو "مستوى الإضاءة" تشبه إلى حد بعيد صيغة قانون الجاذبية. تظهر المفاهيم الهندسية البسيطة والتجربة المباشرة أنه ، على سبيل المثال ، إذا قمنا بتحريك قطعة من الورق مكشوفة لضوء شمعة بمقدار ضعف المسافة ، فلن يتضاعف مستوى إضاءة سطح قطعة الورق ، ولكن بشكل كامل . rt ينقص بمعامل مقداره ثلاثة ، إذا ابتعدنا ثلاث مرات ، تقل الإضاءة بمعامل تسعة ، ويستمر الانخفاض بهذا الترتيب. هذا ما أطلق عليه نيوتن قانون "التناسب التربيعي" ، والذي ينص ببساطة على أن قوة الضوء تتناسب عكسًا مع مربع المسافة. يدعم نيوتن هذا القانون لنظرية الجاذبية العامة ، والتي لا تزال في حالة افتراضية. لقد افترض أنه إذا تسبب انجذاب القمر للأرض في دوران القمر الصناعي الطبيعي حول الأرض ، فإن حركة الكواكب حول الشمس يجب أن تكون ناتجة عن قوة مماثلة. لكنه لم يقتصر على الفرضيات ، بل بدأ في تأليف كتاب عن تعابيرها الرياضية وقوانينها الفيزيائية. لقد استغرق الأمر عقودًا قبل أن تصل الحسابات إلى "قانون الجاذبية الكونية" الشهير. من الجدير بالذكر أن هذا الحساب لم يكن ليتقن هذا القانون الفيزيائي المهم بدون طريقة نيوتن الرياضية القوية ، والتي كانت جديدة في عصره وتسمى الآن حساب التفاضل والتكامل ، وربما بقيت في شكل فرضية بالنسبة له. ذهب. في الإنصاف ، يجوز الاعتراف بخدمات روبرت هوك. وهذا يعني أن هوك الدقيق ، المطلع على استنتاجات نيوتن العلمية ، أوضح له أن الجسم الساقط يجب أن ينحرف ليس فقط إلى الشرق ، ولكن أيضًا إلى الجنوب الشرقي. أكدت التجربة العملية رأي هوك. قام هوك أيضًا بتصحيح خطأ آخر لنيوتن: اعتقد نيوتن أن مسار الجسم الساقط سيرسم خطًا حلزونيًا بسبب الحركة الدورانية حول قلب الأرض. من ناحية أخرى ، يقول الخطاف إن الخط اللولبي يتشكل فقط إذا تم أخذ مقاومة الهواء في الاعتبار ، وفي الفضاء يكون بيضاوي الشكل ، أي إذا كان هذا السقوط في اتجاه الحركة الفعلية عندما يمكننا ملاحظته من خارج الأرض ، قال: جائز.
من خلال التحقق من توصيات هوك ، وجد نيوتن أن الأجسام التي يتم رميها بسرعة كافية تشكل في الوقت نفسه مسارًا بيضاويًا تحت تأثير جاذبية الأرض. في حيرة من هذا المنطق ، اكتشف نيوتن النظرية الشهيرة: الجسم تحت تأثير قوة مماثلة لجاذبية الأرض يرسم دائمًا أحد المقاطع المخروطية (القطع الناقص ، القطع الزائد ، القطع المكافئ ، وفي حالات خاصة دائرة وخط مستقيم). . بالإضافة إلى ذلك ، قرر نيوتن أن مركز قوى الجاذبية التي تعمل على جسم متحرك ، أي مركز تركيز جميع قوى الجاذبية ، يقع في بؤرة المنحنى المدروس. أي أن مركز الشمس يقع عند التركيز المشترك للقطوع الناقصة ، وهو المنحنى الذي ترسمه مدارات الكواكب.
بعد تحقيق هذه النتائج ، أدرك نيوتن أن كبلر قد أعاد نظريًا صياغة أحد قوانين كبلر ، والذي ينص على أن مدارات الكواكب ترسم شكلًا بيضاويًا في الفضاء ، وأن مركز الشمس هو محور هذا القطع الناقص. لكن هذه المطابقة بين النظرية والملاحظة وحدها أرضت نيوتن. لقد أراد التأكد مما إذا كان من الممكن ، وفقًا لهذه النظرية ، حساب عناصر مدارات الكواكب ، أي ما إذا كان من الممكن تحديد جميع تفاصيل تحركات الكواكب. في البداية لم يكن محظوظا.
كتب جون كوندويت: "في عام 1666 ، ذهب مرة أخرى من كامبريدج إلى لينكولنشاير لزيارة والدته ... وبينما جلس يتأمل في تلك الحديقة مرة أخرى ، خطر له أن القوة التي تسبب سقوط التفاحة على الأرض لا تقتصر على مسافة من الأرض ، ولكن الفكرة القائلة بأنها ستحتفظ بتأثيرها حتى على مسافات أكبر بكثير مما كان يعتقد. لماذا لا يصل تأثير هذه القوة (التي تجبر التفاحة على السقوط على الأرض) ، على سبيل المثال ، إلى القمر؟ سأل نيوتن نفسه. إذا كان الأمر كذلك ، يجب أن تكون القوة التي يجب أن تؤثر على حركة القمر وتثبيته في مداره. بناءً على هذه الفكرة ، بدأ في حساب قيمة مثل هذا التأثير. لم يكن لديه المؤلفات اللازمة لحساباته ، والتي أعطت فكرة واضحة عن أبعاد الأرض. لهذا السبب ، عمل أفكور على أساس قيم نوروود الجيوديسية ، والتي كانت تعتبر على نطاق واسع 60 ميلًا لكل درجة من خط العرض على سطح الأرض. لم تتفق نتائج الحساب مع الآراء النظرية وكان لا بد من الاكتفاء بافتراض وجود قوة تراكمية أخرى تعمل على القمر بالإضافة إلى قوة السرقة ... »
عملت دراسة قوانين الحركة الإهليلجية كعامل في تقدم أبحاث نيوتن. لكن مع ذلك ، افترض نيوتن باستمرار أن هناك عاملًا أو مصدرًا للخطأ تم تجاهله في النظرية. ظل شك نيوتن الداخلي حتى تم التوفيق بين الحسابات ونتائج الملاحظة. بحلول عام 1682 فقط ، تمكن نيوتن من استخدام القيم الأكثر دقة لطول خط الزوال للأرض ، التي سجلها العالم الفرنسي بيكار. بمعرفة طول خط الزوال ، قام العالم بحساب قطر الأرض وحقق نتائج جديدة في حساباته. شعر العالم بسعادة غامرة لتأكيد جميع آرائه العلمية السابقة بوضوح. القوة التي جعلت التفاحة تسقط على الأرض هي نفس القوة التي تتحكم في حركة القمر.
هذه النتيجة احتفلت لنيوتن باكتشاف قانون فيزيائي أساسي عظيم نتيجة سنواته العديدة من الفرضيات والحسابات العلمية العميقة. تبين أن دفاتر حسابات العالم دقيقة. تم تأكيد الافتراضات. أخيرًا ، أصبح الآن مقتنعًا تمامًا بأن ملاحظاته العلمية حول بنية الكون كانت صحيحة. أصبحت قوانين حركة القمر والكواكب وحتى المذنبات ، التي تعتبر تائهًا في الفضاء ، واضحة تمامًا له. أصبح من الممكن علميًا التحليل والتنبؤ بحركات جميع الأجرام السماوية في النظام الشمسي والشمس نفسها وحتى النجوم والأنظمة النجمية.
في نهاية عام 1683 ، قدم نيوتن إلى الجمعية الملكية مذهبه الخاص بالقوانين العالمية للحركة في شكل سلسلة من النظريات حول حركة الكواكب.
كانت الفكرة بارعة للغاية لدرجة أنه لم يكن هناك من يريد مشاركة الشهرة والهيبة التي جاءت معها ، أو حاول الاستيلاء عليها ، أو الذين شعروا بالغيرة. لأن أولئك الذين فهموا جوهر هذا التعليم كانوا قليلين جدًا. مما لا شك فيه ، قبل نيوتن ، اقترب العديد من العلماء الإنجليز من حل هذه المشكلة. لكن فهم صعوبة السؤال لا يعني معرفة كيفية حلها. دعنا نتعرف على استنتاجات بعضها:
يشرح المهندس المعماري الشهير كريستوفر رين حركة الكواكب من خلال عملية سعيهم وراء الشمس (أو السقوط فيها) ويقيمها كنتيجة لبعض الحركة الأولية. يعتقد الفلكي هالي أن القوة في قوانين كبلر تتناسب عكسياً مع مربع المسافة ، لكنه لم يستطع إثبات ذلك. وأكد هوك لأعضاء الجمعية الملكية أن جميع الأفكار المقدمة في "المؤسسات" قد تم اقتراحها عليهم مائة مرة ، وأنه كان خطأً فادحًا أنهم لم يتم التعرف عليهم من قبل. من ناحية أخرى ، رفض Huygens تمامًا وحزم فكرة التجاذب المتبادل للجسيمات والأجسام بشكل عام ، وذكر أن الجسيمات المكونة للأجسام فقط هي التي يمكنها جذب بعضها البعض. ومع ذلك ، اعتقد لايبنيز أن القوة التي حولت المسافرين عن الحركة المستقيمة وتحركهم في اتجاه دائري يمكن أن تكون فقط نتيجة لبعض السوائل المتكتلة الأثيرية التي ملأت الكون. وافق برنولي وكاسيني بشدة على هذه الفكرة.
ولكن ببطء تلاشت كل الضوضاء. تم تأكيد الاكتشاف العظيم عمليا في جميع الأوساط العلمية. تم الاعتراف بخدمات العالم للعلم. نيوتن - بصفته عبقريًا عظيمًا كشف أسرار الحركة العالمية ، فقد ترك بصمة لا تمحى في تاريخ البشرية ...
