Страница 17 из 51
В важнейшем «Общем поучении», заканчивающем великий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии», Ньютон пишет: «До сих пор я объяснял небесные явления и приливы наших морей на основании сил тяготения, но я не указывал причину самого тяготения. Причину (тяготения) я до сих пор не мог выяснить из явлений, гипотез же я не измышляю».
Но таинственной остается не только причина тяготения, но и механизм его действия.
В формулу закона тяготения входят массы взаимодействующих тел и квадрат расстояния между ними, но не входит время. С точки зрения математики это значит, что сила тяготения, поле тяготения мгновенно охватывает весь мир.
Давайте проверим это, применив закон тяготения к трем телам. Пусть первое из них находится на сильно различающихся расстояниях от двух других.
Что произойдет, если первое тело сместится в пространстве?
При этом одновременно изменятся расстояния между ним и остальными двумя телами. Пусть они, изменившись, останутся различными. Пока речь идет лишь о геометрии. Но в соответствии с законом тяготения, также одновременно изменится взаимное притяжение между первым телом и каждым из остальных двух тел. Одновременно, несмотря на то, что расстояния этого тела от двух остальных остались различными!
Вывод о том, что силы тяготения одновременно изменяются на различных расстояниях, следует из того, что сам закон тяготения не содержит времени.
Это значит, что силе тяготения свойственно дальнодействие. Что поле тяготения одновременно охватывает всю Вселенную без помощи какого-нибудь промежуточного агента.
Ньютон интуитивно отстранялся от такого толкования. Ведь все силы, с которыми он имел дело в механике, передаются посредством деформации взаимодействующих тел. Зная механические свойства тел Ньютон мог вычислить скорость распространения деформации, скорость передачи сил.
В качестве наглядного примера мы можем избрать множество костей домино, стоящих строем одна за другой на своих узких гранях. Толкните крайнюю кость так, чтобы она упала на соседнюю. Затем, уже без вашего участия, это будет продолжаться много раз, образуя «волну падения», распространяющуюся к противоположному концу строя. Глядя на секундомер можно измерить скорость распространения этой волны, скорость передачи начального толчка.
В одном из писем епископу Бентли, Ньютон обстоятельно обсуждает эту проблему.
«Нельзя представить себе, каким образом неодушевленное грубое вещество могло бы — без посредства чего-либо постороннего, которое нематериально, — действовать на другое вещество иначе, как при взаимном прикосновении. А так должно бы быть, если бы тяготение было, в смысле Эпикура, присуще материи. Допустить, что тяготение врожденной материи, присуще ей так, что одно тело должно действовать на расстоянии через вакуум на другое без посредства чего-либо постороннего, с помощью которого действие и сила одного тела приводится к другому, есть для меня такая нелепость, что полагаю в нее не впадет ни один человек, способный к мышлению о философских вещах. Тяготение должно порождаться некоторым деятелем, действующим согласно определенным законам. Какой это деятель — материальный или нематериальный, — я представил размышлению читателя».
В заключительном абзаце «Начал» он поясняет.
«Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силой и действием 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, от мозга мускулам. Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного запаса опытов, коими законы действия эфира были бы точно определены и показаны».
Ньютон много размышлял над проблемой эфира и над возможностью дальнодействия. Основываясь на интуиции, на своих и чужих экспериментах, он противился признанию существования дальнодействия. Вместе с тем, он не видел возможности существования эфира, обладающего одновременно рядом несовместимых свойств.
Он оставил эти загадки потомкам, признав: «Я не знаю, что такое эфир». Эхо этих слов пересекло века, долетело до другого титана мысли, Эйнштейна, и тот в бессилии повторил их…
…Другие тайны природы тоже тревожили Ньютона. Он спрашивал читателя: «Не обращаются ли большие тела и свет друг в друга и не могут ли тела получить значительную часть своей активности от частиц света, входящих в их состав?»
Тут в пору задуматься о мощи человеческой интуиции, которая, не обладая никакими реальными данными, подсказывала путь к истине…
Ньютон многократно подчеркивал, что в природе имеется множество непонятных явлений и сформулировал ряд вопросов, указывая ими путь тем, кто интересуется «натуральной философией» (физикой). Приведем здесь один из этих вопросов — указаний.
«Не обладают ли малые частицы тел определенными возможностями, способностями или силами, при посредстве коих они действуют на расстоянии не только на лучи света при отражении, преломлении или огибании их, но также друг на друга, производя при этом значительную часть явлений природы? Ибо хорошо известно, что тела действуют друг на друга при помощи притяжения, тяготения, магнетизма и электричества; эти примеры показывают тенденцию и ход природы и делают вероятным существование других притягательных сил, кроме этих».
Поразительная интуиция… поразительная мощь интеллекта…
Проблема дальнодействия стала водоразделом между двумя направлениями развития науки после смерти Ньютона.
Ньютонианцами, последователями Ньютона, назвали себя те, что выступал за признание дальнодействия, как следствия математической структуры закона тяготения, не включающего время. Они предали забвению указание Ньютона на то, что силы тяготения образуют вокруг всех тел особое состояние — поле тяготения. Они провозгласили высшей целью науки объяснить все явления природы посредством законов механики, ссылаясь на мнение Ньютона: «Было бы желательно вывести из начала механики и остальные явления природы…»
И Эйнштейн, в своем 20 веке, мечтал создать единую теорию полей, теорию, объясняющую все явления природы, теорию, которая была бы понятна даже ребенку…
Время показало, что ньютонианцы не внесли существенного вклада в науку.
Дальнейшее развитие науки связано с именами тех, кто, подобно Ньютону, интуитивно отвергал возможность дальнодействия. Эти ученые, исследуя не изученные ранее явления природы, опирались на научный метод, разработанный Ньютоном: ставить опыты, извлекать из них закономерности (принципы) и выражать их посредством математики, получать из них следствия и проверять их новыми опытами.
Общий уровень науки восемнадцатого века, особенно примитивные возможности экспериментальных исследований, приводили к тому, что в борьбе против признания дальнодействия даже крупные ученые были вынуждены опираться на гипотезу эфира.
Так великий математик и физик Л. Эйлер, работавший с 1727 по 1741 год и с 1766 по 1783 год а Петербургской академии наук, а с 1741 по 1766 год в Берлинской академии наук, был активным противником возможности дальнодействия. Он объясняет тяготение давлением эфира, который по его мнению является особой материальной субстанцией.
По теории Эйлера эфир давит на тела, а его давление различно в различных областях пространства. Причина в том, что эфир увлекается вращением тела, например, вращением Земли. Скорость вращения эфира уменьшается по мере удаления от поверхности вращающегося тела и, в соответствии с законами гидродинамики, давление эфира возрастает при удалении от вращающегося тела. (Законы гидродинамики были установлены швейцарским физиком и математиком Д. Бернулли, работавшим над этой проблемой в Петербурге в 1728–29 годах во время первого петербургского периода деятельности Эйлера). В результате эфир давит на верхнюю поверхность каждого тела сильнее, чем на нижнюю. Разность этих давлений создает силу, направленную к центру Земли. Выбрав подходящий закон изменения давления эфира с расстоянием от Земли можно получить Ньютоновский закон тяготения — силу тяготения, обратно пропорциональную квадрату расстояния от центра Земли.