Die Idee, dass die Schwerkraft der Erde die Ursache dafür ist, dass Gegenstände zu Boden fallen, war nicht neu: Schon die Alten, zum Beispiel Platon, wussten es. Aber wie misst man die Stärke dieser Anziehungskraft? Ist diese Kraft überall auf der Erde gleich? – Diese Fragen haben Wissenschaftler und Philosophen seit Newton, dem Autor des universellen Gravitationsgesetzes, gleichermaßen verwirrt, erwogen und angezweifelt.
Als Kepler sein drittes Gesetz entdeckte, befand er sich in einer solchen Situation, dass er anfing zu zweifeln, ob er recht hatte. 1619 Kepler veröffentlicht in seinem berühmten Werk "Die Harmonie der Struktur des Universums", beantwortete diese Fragen teilweise und kam der Entdeckung eines wichtigen Gesetzes sehr nahe. Aber er konnte aus den Überlegungen, die er anstellte, keine völlig rationale Schlussfolgerung ziehen. Außerdem schrieb Kepler die Bewegung der Planeten einigen gegenseitigen Gravitationskräften zu und war bereit, das Gesetz der "quadratischen Proportionen" zu akzeptieren (das heißt, die Wirkung ist umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung). Aber er gab dieses Gesetz bald auf und kam stattdessen zu dem Schluss, dass die Schwerkraft umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Planeten ist und nicht zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen. Kepler hatte keine Gelegenheit, die von ihm entdeckten Gesetze, die sich auf die mechanischen Grundlagen der Planetenbewegung beziehen, wissenschaftlich zu untermauern.
Newtons direkte Vorgänger in dieser Hinsicht waren seine Landsleute – Gilbert und insbesondere Hooke. 1660 veröffentlichte Gilbert ein Buch mit dem Titel „On the Magnet“. Darin beschreibt Gilbert die Eigenschaften des Magnetismus in Analogie zu den Gravitationsphänomenen zwischen Mond und Erde. Eine andere posthum von Gilbert veröffentlichte Arbeit stellt fest, dass der Mond und die Erde wie zwei Magnete aufeinander einwirken und dass dieser Einfluss proportional zu ihrer Masse ist. Newtons Zeitgenosse und Rivale in wissenschaftlicher Tätigkeit war jedoch Robert Hooke, der der wissenschaftlichen Wahrheit am nächsten kam. Am 1666. März 21, also kurz bevor Newton sich zum ersten Mal mit den Geheimnissen der Himmelsmechanik befasste, veröffentlichte Robert Hooke seine Arbeit „Die Variation der Schwerkraft eines fallenden Körpers in Bezug auf seine Entfernung vom Mittelpunkt der Erde. „Er stellte seine Forschung bei einem Treffen der Royal Society in London vor. Als Hooke erkannte, dass die Ergebnisse seiner Vorstudien unbefriedigend waren, beschloss er, die Kraft des Diebstahls anhand von Pendelschwingungen zu bestimmen. Diese Idee war das Produkt einer hohen Intelligenz, und der wissenschaftliche Effekt war auch in dieser Größenordnung. Zwei Monate später schlug Hooke in einer weiteren Rede bei demselben Treffen vor, dass die Kraft, die die Planeten in ihren Umlaufbahnen hält, ähnlich der Kraft sein muss, die ein Pendel zum Schwingen bringt. Viel später, als Newton sein großes wissenschaftliches Werk zur Veröffentlichung vorbereitete, kam Hooke unabhängig davon auf die Idee, dass „die Kraft, die die Bewegung der Planeten bestimmt, in einem gewissen Verhältnis zur Entfernung gemessen werden muss“ und beschreibt das Gesamtbild des „Universal Gesetz der Bewegung". . Aber hier ist der Unterschied zwischen Talent und Genie. Hookes Schlussfolgerungen blieben im Keim, und er hatte keine Gelegenheit, seine Ideen und Hypothesen bis zum Ende zu bearbeiten. Newton war der Autor der großen Entdeckung.
Isaac Newton (1642-1726) wurde in Woolsthorpe, Lincolnshire, geboren. Sein Vater starb, bevor Newton geboren wurde. Quellen sagen, dass ihre Mutter, die durch den Tod ihres Mannes traumatisiert war, vorzeitig Wehen bekam und Newton vorzeitig zur Welt brachte. Als Frühchen geboren, war Newton als Baby extrem klein und schwach. Trotzdem lebte Newton ein langes, gesundes Leben mit nur gelegentlichen kurzfristigen Erkrankungen. Die Familie Newton gehörte ihrem wirtschaftlichen Status nach der Mittelschicht an und war in der Landwirtschaft tätig. Als Isaac seine Teenagerjahre erreicht, wird er auf die Grundschule geschickt. Im Alter von 12 Jahren besuchte Newton eine öffentliche Schule in Ganteme. Während seines Studiums lebte er 6 Jahre im Haushalt von Clark, einem örtlichen Drogisten, und dort begann Newtons Interesse an Chemie. Am 1660. Juni 5, als Newton noch keine 18 Jahre alt war, wurde er am Trinity College aufgenommen. Zu dieser Zeit war die Cambridge University eines der renommiertesten Wissenschaftszentren in Europa, wo der Unterricht in Philologie und Mathematik gleichermaßen hoch entwickelt war. Newton konzentrierte sich auf Mathematik. Gleichzeitig erhielt er 1665 einen Bachelor-Abschluss in Bildender Kunst (Linguistik).
Seine erste wissenschaftliche Forschung bezieht sich auf das Studium des Lichts. Der Wissenschaftler bewies, dass es möglich ist, die weiße Farbe mit Hilfe eines Prismas darzustellen. Als er das Phänomen der Lichtbrechung in dünnen Filmen beobachtete, beobachtete er ein Beugungsmuster namens "Newtons Ring".
1666 brach in Cambridge eine Epidemie aus. Die Epidemie galt weithin als Seuche, soziale Unruhen und Panik breiteten sich unter den Menschen aus, und Newton war gezwungen, vorübergehend nach Woolsthorpe, seinem Heimatdorf, zurückzukehren. Er lebte in ländlichen Verhältnissen, ohne jegliche Literatur und Werkzeuge, und in fast säkularen Verhältnissen. Der 24-jährige Newton war zu dieser Zeit vollständig in den Ozean des philosophischen und logischen Denkens eingetaucht. Er verbrachte viel Zeit mit philosophischen Betrachtungen über die Mysterien des Universums, des Universums, der Erde, der Zeit und der Psyche. Das größte Ergebnis dieses Denkens und Nachdenkens – seine größte Entdeckung – war die Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes.
Es war ein Sommertag. Newton saß gerne draußen im Garten und dachte nach. Damals kam es zu dem berühmten und bekannten Vorfall aus dem Schulphysikkurs – ein reifer Apfel fiel vom Band und fiel auf Isaac Newtons Kopf. Der Apfelbaum, der dieser Idee Flügel verlieh, wird seit vielen Jahren als Symbol des Stolzes der Familie Newton von Generation zu Generation weitergegeben und als Wert bewahrt. Als die Uhr ihre Zeit erreichte und versiegte, wurde sie abgeholzt und aus ihrem Holz wurde ein historisches Denkmal in Form eines Stuhls gefertigt.
Newton hatte lange über die Gesetzmäßigkeiten des Herunterfallens von Objekten nachgedacht, und der Apfel, der auf seinen Kopf fiel, veranlasste ihn, tiefer über diese Idee nachzudenken. Aufgrund dieses Phänomens stellte er sich eine neue Frage: Fallen Gegenstände auf den Boden überall auf der Welt gleich? Das heißt, ist es möglich zu bestätigen, dass der Körper im Hochgebirge mit der gleichen Geschwindigkeit zu Boden fällt wie in tiefen Minen?
Aber auf welche Weise entdeckte Newton dieses fundamentale Gesetz, angeregt durch den Fall des Apfels?
In einem viele Jahre später geschriebenen Gedanken Newtons leitete er aus Keplers berühmten Gesetzen die Formel für den mathematischen Ausdruck des Gravitationsgesetzes ab. Auch in dieser Hinsicht gewann die Wirksamkeit von Newtons wissenschaftlicher Forschung, seiner persönlich durchgeführten Forschung auf dem Gebiet der Optik in den Richtungen "Lichtstärke" oder "Beleuchtungsstärke" an Bedeutung. Die mathematische Formel des physikalischen Gesetzes, die „Leuchtkraft“ oder „Beleuchtungsstärke“ ausdrückt, ist der Formel des Gravitationsgesetzes sehr ähnlich. Einfache geometrische Konzepte und direkte Erfahrungen zeigen, dass, wenn wir zum Beispiel ein Blatt Papier, das dem Licht einer Kerze ausgesetzt ist, um die doppelte Entfernung bewegt wird, die Beleuchtungsstärke der Papieroberfläche nicht verdoppelt wird, sondern vollständig rt nimmt um den Faktor drei ab, wenn wir uns dreimal entfernen, nimmt die Beleuchtung um den Faktor neun ab, und die Abnahme setzt sich in dieser Reihenfolge fort. Newton nannte dies das Gesetz der „quadratischen Proportionen“, das einfach besagt, dass die Lichtleistung umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist. Newton unterstützt dieses Gesetz für die Theorie der universellen Gravitation, die sich noch in einem hypothetischen Zustand befindet. Er stellte die Hypothese auf, dass, wenn die Anziehungskraft des Mondes auf die Erde dazu führt, dass sich der natürliche Satellit um die Erde dreht, die Bewegung der Planeten um die Sonne durch eine ähnliche Kraft verursacht werden sollte. Aber er beschränkte sich nicht auf Hypothesen, sondern begann, ein Buch über ihre mathematischen Ausdrücke und physikalischen Gesetze zu machen. Es dauerte Jahrzehnte, bis die Berechnungen zum berühmten „Gesetz der universellen Gravitation“ gelangten. Es ist erwähnenswert, dass dieser Kalkül dieses wichtige physikalische Gesetz ohne Newtons mächtige mathematische Methode, die für seine Zeit neu war und jetzt Differential- und Integralrechnung genannt wird, nicht hätte perfektionieren können und für ihn vielleicht in Form einer Hypothese geblieben wäre Weg. Fairerweise ist es zulässig, die Dienste von Robert Hooke anzuerkennen. Das heißt, der akribische Hook, der mit Newtons wissenschaftlichen Schlussfolgerungen vertraut war, erklärte ihm, dass der fallende Körper nicht nur nach Osten, sondern auch nach Südosten abweichen sollte. Praktische Erfahrungen bestätigten Hookes Meinung. Hooke korrigierte auch einen weiteren von Newtons Fehlern: Newton dachte, dass die Flugbahn eines fallenden Objekts aufgrund der Rotationsbewegung um den Erdkern eine Schraubenlinie zeichnen würde. Hook hingegen sagt, dass die Spirallinie nur entsteht, wenn der Luftwiderstand berücksichtigt wird, und im Weltraum ist sie elliptisch, das heißt, wenn dieser Fall in Richtung der tatsächlichen Bewegung erfolgt, von der aus wir sie beobachten können außerhalb der Erde sagte, dass es erlaubt ist.
Newton überprüfte die Empfehlungen von Hooke und stellte fest, dass Objekte, die mit ausreichender Geschwindigkeit geworfen wurden, gleichzeitig eine elliptische Flugbahn unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft bilden. Verwirrt von dieser Argumentation entdeckte Newton den berühmten Satz: Ein Körper unter dem Einfluss einer der Erdanziehungskraft ähnlichen Kraft zeichnet immer einen von einigen Kegelschnitten (Ellipse, Hyperbel, Parabel und in besonderen Fällen einen Kreis und eine gerade Linie). . Außerdem stellte Newton fest, dass der Schwerpunkt der auf einen bewegten Körper wirkenden Gravitationskräfte, also der Konzentrationspunkt aller Gravitationskräfte, im Brennpunkt der betrachteten Kurve liegt. Das heißt, der Mittelpunkt der Sonne befindet sich im gemeinsamen Brennpunkt der Ellipsen, der Kurve, die durch die Umlaufbahnen der Planeten gezeichnet wird.
Nachdem er solche Ergebnisse erzielt hatte, erkannte Newton, dass Kepler theoretisch eines von Keplers Gesetzen nachgebildet hatte, das besagt, dass die Umlaufbahnen der Planeten eine Ellipse im Raum zeichnen und der Mittelpunkt der Sonne im Brennpunkt dieser Ellipse liegt. Aber allein diese Übereinstimmung von Theorie und Beobachtung stellte Newton zufrieden. Er wollte sicher sein, ob es nach dieser Theorie möglich wäre, die Elemente der Planetenbahnen zu berechnen, dh ob es möglich wäre, alle Details der Bewegungen der Planeten zu bestimmen. Anfangs hatte er kein Glück.
John Conduitt schreibt: „1666 reiste er erneut von Cambridge nach Lincolnshire, um seine Mutter zu besuchen … und als er wieder in diesem Garten saß und meditierte, kam ihm in den Sinn, dass die Kraft, die einen Apfel auf den Boden fallen lässt, nicht auf eine bestimmte Entfernung begrenzt ist den Boden, aber die Idee, dass es auch in viel größeren Entfernungen als gedacht seine Wirkung behält, ist gekommen. Warum sollte die Wirkung dieser Kraft (die den Apfel zum Fallen bringt) nicht zum Beispiel den Mond erreichen? fragte sich Newton. Wenn ja, muss es die Kraft sein, die die Bewegung des Mondes beeinflussen und ihn auf seiner Umlaufbahn halten muss. Basierend auf dieser Idee begann er, den Wert eines solchen Einflusses zu berechnen. Ihm fehlte die für seine Berechnungen notwendige Literatur, die eine klare Vorstellung von den Dimensionen der Erde vermittelte. Aus diesem Grund arbeitete Afkor auf der Grundlage der geodätischen Werte von Norwood, die allgemein als 60 Meilen pro Breitengrad auf der Erdoberfläche angesehen wurden. Die Berechnungsergebnisse stimmten nicht mit den theoretischen Ansichten überein und mussten sich mit der Annahme begnügen, dass neben der Kraft des Diebstahls noch eine andere kumulative Kraft auf den Mond einwirkt ...»
Das Studium der Gesetze der elliptischen Bewegung diente als Faktor für den Fortschritt von Newtons Forschung. Dennoch ging Newton ständig davon aus, dass es einen Faktor oder eine Fehlerquelle gab, die in der Theorie übersehen wurde. Newtons innerer Zweifel blieb bestehen, bis die Berechnungen mit den Beobachtungsergebnissen in Einklang gebracht wurden. Erst 1682 konnte Newton die genaueren Werte der Länge des Erdmeridians verwenden, die vom französischen Wissenschaftler Picard aufgezeichnet wurden. Der Wissenschaftler kannte die Länge des Meridians, berechnete den Durchmesser der Erde und erzielte neue Ergebnisse in seinen Berechnungen. Der Wissenschaftler war überglücklich, dass alle seine bisherigen wissenschaftlichen Ansichten eindeutig bestätigt wurden. Die Kraft, die den Apfel zu Boden fallen ließ, war die gleiche wie die Kraft, die die Bewegung des Mondes kontrollierte.
Dieses Ergebnis feierte für Newton die Entdeckung eines großen physikalischen Grundgesetzes als Ergebnis seiner langjährigen tiefgehenden wissenschaftlichen Hypothesen und Berechnungen. Die Rechnungsbücher des Wissenschaftlers erwiesen sich als korrekt. Vermutungen wurden bestätigt. Schließlich war er nun fest davon überzeugt, dass seine wissenschaftlichen Beobachtungen über den Aufbau des Universums wahr waren. Die Bewegungsgesetze von Mond und Planeten und sogar Kometen, die als im All umherwandernd gelten, wurden ihm vollkommen klar. Es wurde möglich, die Bewegungen aller Himmelskörper im Sonnensystem, der Sonne selbst und sogar von Sternen und Sternensystemen wissenschaftlich zu analysieren und vorherzusagen.
Ende 1683 legte Newton der Royal Society seine Lehre von den universellen Bewegungsgesetzen in Form einer Reihe von Sätzen über die Bewegung der Planeten vor.
Die Idee war so genial, dass es keine Menschen gab, die den damit verbundenen Ruhm und das Prestige teilen wollten, die versuchten, es sich anzueignen, oder die neidisch waren. Denn nur sehr wenige verstanden die Essenz dieser Lehre. Zweifellos kamen vor Newton mehrere englische Wissenschaftler der Lösung dieses Problems nahe. Aber die Schwierigkeit einer Frage zu verstehen bedeutet nicht zu wissen, wie man sie löst. Machen wir uns mit den Schlussfolgerungen einiger von ihnen vertraut:
Der berühmte Architekt Christopher Wren erklärt die Bewegung der Planeten durch den Prozess ihres Strebens nach der Sonne (oder ihres Einfallens in sie) und bewertet sie als Ergebnis einer anfänglichen Bewegung. Der Astronom Halley glaubte, dass die Kraft in Keplers Gesetzen umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung ist, aber er konnte dies nicht beweisen. Hooke versicherte den Mitgliedern der Royal Society, dass ihnen alle in den "Foundations" vorgestellten Ideen hundertmal vorgeschlagen worden seien und dass es ein großer Fehler sei, dass sie nicht früher anerkannt worden seien. Huygens hingegen lehnte die Idee der gegenseitigen Anziehung von Teilchen und Körpern im Allgemeinen vollständig und entschieden ab und stellte fest, dass nur die konstituierenden Teilchen von Körpern sich gegenseitig anziehen können. Leibniz dachte jedoch, dass die Kraft, die Reisende von der geradlinigen Bewegung ablenkte und sie in eine kreisförmige Richtung bewegte, nur die Wirkung einer ätherischen, klumpigen Flüssigkeit sein könnte, die das Universum erfüllte. Bernoulli und Cassini stimmten dieser Idee ausdrücklich zu.
Aber langsam verstummte der ganze Lärm. Die große Entdeckung wurde in allen wissenschaftlichen Kreisen praktisch bestätigt. Die Verdienste des Wissenschaftlers um die Wissenschaft wurden gewürdigt. Newton - Als großes Genie, das die Geheimnisse der universellen Bewegung enthüllte, hinterließ er einen unauslöschlichen Eindruck in der Geschichte der Menschheit...
