Идея о том, что земное тяготение является причиной падения предметов на землю, не была новой: ее знали еще древние, например, Платон. Но как измерить силу этого притяжения? Эта сила одинакова везде на Земле? — эти вопросы озадачивали, размышляли и сомневались как ученых, так и философов со времен Ньютона, автора Всемирного Закона Тяготения.
Когда Кеплер открыл свой третий закон, он оказался в таком положении, что начал сомневаться в своей правоте. В 1619 г. Кеплер опубликовал в своей знаменитой работе «Гармония строения Вселенной», частично ответил на эти вопросы и вплотную подошел к открытию важного закона. Но он не мог сделать вполне рационального вывода из сделанных им соображений. Кроме того, Кеплер приписывал движение планет неким взаимным силам тяготения и был готов принять закон «квадратичной пропорции» (то есть действие обратно пропорционально квадрату расстояния). Но вскоре он отказался от этого закона и вместо этого пришел к выводу, что сила гравитации обратно пропорциональна расстоянию между планетами, а не квадрату расстояния между ними. Кеплер не имел возможности научно обосновать открытые им законы, касающиеся механической основы движения планет.
Непосредственными предшественниками Ньютона в этом отношении были его соотечественники — Гильберт и особенно Гук. В 1660 году Гилберт опубликовал книгу под названием «О магните». В ней Гилберт описывает свойства магнетизма по аналогии с гравитационными явлениями между Луной и Землей. В другой работе, опубликованной посмертно Гилбертом, отмечается, что Луна и Земля оказывают влияние друг на друга, как два магнита, и что это влияние пропорционально их массам. Однако современником и соперником Ньютона в научной деятельности был Роберт Гук, который ближе всех подошел к научной истине. 1666 марта 21 года, то есть незадолго до того, как Ньютон впервые погрузился в тайны небесной механики, Роберт Гук опубликовал свою работу «Изменение силы тяжести падающего тела в зависимости от его расстояния от центра Земли. Он представил свое исследование на заседании Королевского общества в Лондоне. понимая, что результаты его предварительных исследований неудовлетворительны, Гук решил определить силу кражи с помощью колебаний маятника. Эта идея была продуктом высокого уровня интеллекта, и научный эффект был такого же масштаба. Двумя месяцами позже в другой речи на том же собрании Гук предположил, что сила, удерживающая планеты на их орбитах, должна быть подобна силе, заставляющей маятник качаться. Значительно позже, когда Ньютон готовил к печати свой великий научный труд, Гук независимо пришел к мысли, что «сила, управляющая движением планет, должна быть измерена в каком-то отношении к расстоянию», и описывает общую картину «Всеобщего Закон движения». Но вот в чем разница между талантом и гениальностью. Выводы Гука остались в зародыше, и он не имел возможности доработать свои идеи и гипотезы до конца. Ньютон был автором великого открытия.
Исаак Ньютон (1642-1726) родился в Вулсторпе, Линкольншир. Его отец умер до рождения Ньютона. Источники сообщают, что ее мать, которая была травмирована смертью мужа, преждевременно начала роды и преждевременно родила Ньютона. Рожденный недоношенным, Ньютон был очень маленьким и слабым ребенком. Несмотря на это, Ньютон прожил долгую и здоровую жизнь, лишь изредка болея кратковременными болезнями. По своему экономическому положению семья Ньютонов принадлежала к среднему классу и занималась земледелием. Когда Исаак достигает подросткового возраста, его отправляют в начальную школу. В возрасте 12 лет Ньютон начал посещать государственную школу в Гантеме. Во время учебы он 6 лет жил в доме Кларка, местного аптекаря, и именно там зародился интерес Ньютона к химии. 1660 июня 5 года, когда Ньютону еще не было 18 лет, его приняли в Тринити-колледж. В то время Кембриджский университет был одним из самых престижных научных центров Европы, где преподавание филологии и математики было одинаково высоко развито. Ньютон сосредоточился на математике. Но в то же время в 1665 году он получил степень бакалавра изящных искусств (лингвистики).
Его первые научные исследования связаны с изучением света. Ученый доказал, что с помощью призмы можно показать белый цвет. Наблюдая явление преломления света в тонких пленках, он обнаружил дифракционную картину, названную «кольцом Ньютона».
В 1666 году в Кембридже вспыхнула эпидемия. Вспышка была широко распространена как чума, среди людей распространились социальные волнения и паника, и Ньютон был вынужден временно вернуться в родную деревню Вулсторп. Жил он в деревенских условиях, без всякой литературы и инструментов, в почти светских условиях. 24-летний Ньютон в это время был полностью погружен в океан философско-логического мышления. Он проводил много времени с философскими наблюдениями над тайнами мироздания, мироздания, земли, времени и психики. Величайшим продуктом его размышлений и размышлений — его величайшим открытием — было открытие Всемирного Закона Тяготения.
Это был летний день. Ньютону нравилось сидеть в саду на свежем воздухе и думать. Именно тогда на голову Исаака Ньютона свалилось известное и известное всем нам из школьного курса физики событие, когда от перевязи оторвалось спелое яблоко. Яблоня, давшая крылья этой идее, долгие годы передавалась из поколения в поколение как символ гордости семьи Ньютонов и сохранялась как ценность. Когда часы подошли к сроку и высохли, их спилили и из их дерева сделали исторический памятник в виде стула.
Ньютон давно размышлял над закономерностями процесса падения предметов на землю, и яблоко, упавшее ему на голову, натолкнуло его на более глубокие размышления над этой идеей. Из-за этого явления он задал себе новый вопрос: одинаково ли падение предметов на землю повсюду на земном шаре? То есть можно ли подтвердить, что в высоких горах тело падает на землю с той же скоростью, что и в глубоких шахтах?
Но каким образом Ньютон открыл этот фундаментальный закон, вызванный падением яблока?
В одной из мыслей Ньютона, написанной много лет спустя, он вывел формулу математического выражения закона тяготения из знаменитых законов Кеплера. Также в связи с этим приобрела значение эффективность научных изысканий Ньютона, его лично проведенных исследований в области оптики в направлениях «сила света» или «уровень освещенности». Математическая формула физического закона, выражающая «светимость» или «уровень освещенности», очень похожа на формулу закона всемирного тяготения. Простые геометрические понятия и непосредственный опыт показывают, что, например, если мы переместим лист бумаги, освещенный светом свечи, на удвоенное расстояние, уровень освещенности поверхности листа бумаги увеличится не вдвое, а полностью. rt уменьшается в три раза, если мы удаляемся в три раза, освещенность уменьшается в девять раз, и уменьшение продолжается в этом порядке. Это то, что Ньютон назвал законом «квадратичной пропорции», который просто утверждает, что мощность света обратно пропорциональна квадрату расстояния. Ньютон поддерживает этот закон для теории всемирного тяготения, которая пока находится в гипотетическом состоянии. Он выдвинул гипотезу, что если притяжение Луны к Земле заставляет естественный спутник вращаться вокруг Земли, то движение планет вокруг Солнца должно вызываться аналогичной силой. Но он не ограничился гипотезами, а стал составлять книгу их математических выражений и физических законов. Прошли десятилетия, прежде чем расчеты привели к знаменитому «Закону всемирного тяготения». Стоит отметить, что это исчисление не могло бы довести до совершенства этот важный физический закон без нового для его времени мощного математического метода Ньютона, который теперь называется дифференциально-интегральным исчислением и, быть может, так и остался для него в виде гипотезы. прошло. Справедливости ради можно признать заслуги Роберта Гука. То есть дотошный Гук, знакомый с научными выводами Ньютона, объяснил ему, что падающее тело должно отклоняться не только на восток, но и на юго-восток. Практический опыт подтвердил мнение Гука. Гук исправил и другую ошибку Ньютона: Ньютон думал, что траектория падающего объекта будет представлять собой винтовую линию из-за вращательного движения вокруг ядра Земли. Гук же говорит, что спиральная линия образуется только в том случае, если учитывается сопротивление воздуха, а в пространстве она эллиптическая, то есть если это падение происходит в направлении действительного движения, когда мы можем наблюдать его с вне земли, сказал, что это дозволено.
Проверяя рекомендации Гука, Ньютон обнаружил, что предметы, брошенные с достаточной скоростью, одновременно образуют эллиптическую траекторию под действием земного притяжения. Озадаченный этим рассуждением, Ньютон открыл известную теорему: тело под действием силы, подобной земному притяжению, всегда рисует одно из некоторых конических сечений (эллипс, гиперболу, параболу, а в особых случаях - окружность и прямую). . Кроме того, Ньютон определил, что в фокусе рассматриваемой кривой находится центр сил гравитации, действующих на движущееся тело, то есть центр концентрации всех сил гравитации. То есть центр Солнца находится в общем фокусе эллипсов, кривой, начерченной орбитами планет.
Добившись таких результатов, Ньютон понял, что Кеплер теоретически воссоздал один из законов Кеплера, гласящий, что орбиты планет рисуют в пространстве эллипс, а центр Солнца находится в фокусе этого эллипса. Но одно только это соответствие теории и наблюдения удовлетворило Ньютона. Он хотел убедиться, можно ли по этой теории вычислить элементы орбит планет, то есть можно ли будет определить все детали движения планет. Сначала ему не повезло.
Джон Кондуитт пишет: «В 1666 году он снова отправился из Кембриджа в Линкольншир, чтобы навестить свою мать… и когда он снова сидел, медитируя в этом саду, ему пришло в голову, что сила, заставляющая яблоко падать на землю, не ограничена каким-то расстоянием от землю, но пришла мысль, что он сохранит свое действие даже на гораздо больших расстояниях, чем думалось. Почему действие этой силы (заставляющей яблоко упасть на землю) не должно достигать, например, Луны? — спрашивал себя Ньютон. Если это так, то это должна быть сила, которая должна влиять на движение Луны и удерживать ее на своей орбите. Основываясь на этой идее, он начал рассчитывать величину такого эффекта. У него не было необходимой для его расчетов литературы, которая давала ясное представление о размерах земли. Из-за этого Афкор работал на основе геодезических значений Норвуда, которые, как широко считалось, составляли 60 миль на градус широты на поверхности земли. Результаты расчетов не согласовывались с теоретическими воззрениями, и приходилось довольствоваться предположением, что на Луну действует еще какая-то кумулятивная сила, кроме силы воровства…»
Изучение законов эллиптического движения послужило фактором продвижения исследований Ньютона. Но тем не менее Ньютон постоянно предполагал, что существует какой-то фактор или источник ошибки, который упускается из виду в теории. Внутреннее сомнение Ньютона оставалось до тех пор, пока расчеты не примирились с результатами наблюдения. Только к 1682 году Ньютон смог использовать более точные значения длины земного меридиана, зафиксированные французским ученым Пикардом. Зная длину меридиана, ученый вычислил диаметр Земли и добился новых результатов в своих расчетах. Ученый был вне себя от радости, что все его прежние научные воззрения нашли убедительное подтверждение. Сила, заставившая яблоко упасть на землю, была такой же, как сила, управляющая движением Луны.
Этот результат ознаменовал для Ньютона открытие великого фундаментального физического закона в результате его многолетних глубоких научных гипотез и расчетов. Бухгалтерские книги ученого оказались точными. Предположения подтвердились. Наконец, теперь он был твердо убежден, что его научные наблюдения о строении Вселенной верны. Законы движения Луны и планет, и даже комет, считающихся блуждающими в космосе, стали ему совершенно ясны. Стало возможным научно анализировать и предсказывать движения всех небесных тел Солнечной системы, самого Солнца и даже звезд и звездных систем.
В конце 1683 года Ньютон представил Королевскому обществу свое учение об универсальных законах движения в виде ряда теорем о движении планет.
идея была настолько гениальна, что не нашлось людей, которые хотели бы разделить пришедшие с ней славу и престиж, пытались присвоить ее или завидовали. Потому что тех, кто понял суть этого учения, было очень мало. Несомненно, до Ньютона к решению этой проблемы вплотную подошли несколько английских ученых. Но понять сложность вопроса не значит знать, как его решить. Ознакомимся с выводами некоторых из них:
Известный архитектор Кристофер Рен объясняет движение планет процессом их преследования Солнца (или падения в него) и оценивает его как результат некоторого начального движения. Астроном Галлей считал, что сила в законах Кеплера обратно пропорциональна квадрату расстояния, но доказать этого не смог. Гук уверял членов Королевского общества, что все идеи, изложенные в «Основах», предлагались им сотни раз и что их не признали раньше — большая ошибка. Гюйгенс, напротив, совершенно и решительно отвергал идею взаимного притяжения частиц и тел вообще и утверждал, что притягиваться друг к другу могут только составляющие частицы тел. Лейбниц, однако, полагал, что сила, отклоняющая путешественников от прямолинейного движения и перемещающая их в круговом направлении, могла быть только действием какой-то эфирной комковатой жидкости, заполнявшей Вселенную. Бернулли и Кассини решительно согласились с этой идеей.
Но постепенно весь шум стих. Великое открытие было подтверждено практически во всех научных кругах. Заслуги ученого перед наукой были признаны. Ньютон - Как великий гений, открывший тайны всемирного движения, он оставил неизгладимый след в истории человечества...
