Страница 16 из 30
Кеплер объяснял, как движутся планеты, воодушевляясь мыслью, что мощный источник этого движения должен располагаться в самом центре мира. В соответствии со своей гипотезой он предлагал причины, по которым планеты, отдаленные от Солнца, движутся медленнее и почему в перигелии планеты движутся быстрее, чем в афелии.
В соответствии с этой идеей можно было подумать, что силу тяготения создают не все тела, а только Солнце. Однако этот же принцип Кеплер применил, чтобы понять движение Луны вокруг Земли, причем в этом случае источником силы считалась именно Земля. «Существует на Земле сила, которая воздействует на Луну». Эта сила ослабляется на расстоянии, так же как и сила, исходящая от Солнца. Следовательно, скорость Луны тоже непостоянна: она движется быстрее в перигее и медленнее в апогее.
Как ослабляется сила, с которой Солнце воздействует на планеты, в зависимости от расстояния? Кеплер не дал точного ответа на этот вопрос, но сказал, что эта сила рассеивается таким же образом, как рассеивается свет при удалении от источника излучения, а затем показал, что световой поток угасает пропорционально обратному квадрату расстояния. Но это еще не все. В письме своему другу Фабрициусу в 1605 году Кеплер сказал:
«Если поместить камень вне Земли и считать, что ни один из них не имеет никакого дополнительного движения, тогда не только камень ускорится по направлению к Земле, но и Земля по отношению к камню; они разделят пространство, которое находится между ними, обратно пропорционально их весам».
Здесь так и маячит тень третьего закона Ньютона. Кроме того, видно, что эта сила, пока безымянная, но которая вскоре получит название, может иметь источником не только Солнце и не только Землю, но даже ничтожный камень.
Более того, в другом своем письме ученый выдвигает мысль, что сопротивление при движении планеты пропорционально ее массе, однако данных о массе планет в то время не хватало, и он не смог развить свою догадку.
Итак, мы рассказали об удивительном сходстве теорий и предчувствий Кеплера с ньютоновской идеей тяготения. Теперь остановимся на их различиях. Тяготение, которое, согласно Ньютону, создает Солнце, образуется его массой. Кеплер думал, что, помимо массы, влияние оказывает и вращение. Если бы Солнце вращалось, то это вращение заставляло бы вращаться планеты, особенно ближайшие. Так считал Кеплер, пока не узнал, что Солнце действительно вращается, – это выяснилось в ходе наблюдений за солнечными пятнами – однако воздействие этого вращения на Землю и планеты отличается от догадок ученого.
Представим себе Кеплера, который рассчитывает квадрат периода обращения Солнца вокруг самого себя, возводит его в квадрат и сравнивает результат с кубом радиуса Солнца, чтобы увидеть, действует ли его третий закон для поверхности Солнца. В этом случае ученый увидел бы, что его закон не действует, хотя это и не означало, что он несостоятелен.
Какова природа «силы притяжения» в модели Кеплера? Он не говорил о ее магнетическом характере, но подозревал, что эта сила была того же рода и могла передаваться без явной материальной среды. Кеплер прекрасно знал о великой работе английского физика Уильяма Гильберта (1544-1603), опубликованной в 1600 году, название которой можно перевести с латыни как «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле».
Существует выражение, что «самым большим открытием Ньютона было обнаружить законы Кеплера среди кучи его бумаг». Эта забавная фраза не так уж безосновательна, поскольку законы Кеплера были ясно описаны в двух его самых известных книгах, Astronomia nova и Harmonices mundi.
Но если бы Ньютон и решил тщательно изучить архив Кеплера, чтобы понять, как тот пришел к своим законам, англичанин столкнулся бы с немалыми трудностями. Все рассуждения немецкого ученого были не только написаны витиеватым языком, но и рассеяны во множестве писем. Прежде чем добраться до аргументов и уточнений, которые привели Кеплера к истине, Ньютону пришлось бы преодолеть и ошибки ученого, которые тот описывал со всей тщательностью. Ньютон имел доступ только к открытой части наследия Кеплера, но не к его частной переписке.
Известно, что сын Кеплера, Людвиг, привез записи отца в Кёнигсберг. После его смерти архив у наследников выкупил Ян Гевелий, а затем бумаги хранились в Лейпциге, Вене, Франкфурте… Наконец, они по совету Леонарда Эйлера были приобретены Екатериной II и осели в обсерватории Пулково, в Санкт-Петербурге, где и хранятся до сих пор. Вряд ли Ньютон имел доступ к этим бумагам.
Кеплер даже предложил магнетическую теорию, абсолютно ошибочную и не имеющую никакого значения для современной концепции движения планет. Согласно Кеплеру, Солнце притягивало земной магнит, ориентируя его положительный полюс в направлении Солнца, ускоряя планету от афелия к перигелию и замедляя от перигелия к афелию.
Также Кеплер говорил о приливах и отливах, которые являются дифференциальным вращением, при котором разные участки планеты вращаются вокруг общей оси вращения с различной угловой скоростью. Земные приливы и отливы больше связаны с Луной, потому что, находясь близко, она создает разное тяготение в различных точках Земли. Солнце воздействует на Землю с большей силой, однако меньше, чем Луна, вызывает дифференциальное вращение. В книге Somnium («Сон, или Лунная астрономия») Кеплер рассказывает о двух потоках воды на Луне под действием общих приливов и отливов, создаваемых Землей и Солнцем.
Эта работа заслуживает особого упоминания, так как содержит глубокие идеи, порой правильные, 'а порой и ошибочные, но всегда увлекательные и важные для истории науки. Многие концепции, которые сегодня кажутся очевидными, родились именно в этой маленькой книге. В названии речь идет о разговоре, однако на самом деле это был монолог Кеплера. Второй собеседник, Галилей, молчит, а сама книга представляет собой диалектическое противостояние двух выдающихся ученых.
Галилео Галилей направил телескоп в небо и открыл целую серию новых феноменов. Телескопическая астрономия доказывала состоятельность гелиоцентрической модели и предполагала, что небесные тела подчиняются физическим законам. Галилей опубликовал первые наблюдения в 1610 году, в книге Sidereus Nuncius («Звездный вестник»), и новость о ней мгновенно распространилась по всей Европе. В начале работы ученый пишет: «Велико значение вопросов, предлагаемых мной в этом кратком трактате вниманию и изучению исследователей природы. Велико как по исключительности самого материала, так и по его новизне, поскольку ранее эти вопросы никогда не поднимались, а также из-за инструмента, благодаря которому рассматриваемые предметы впервые открылись нашему взору».
Сегодня мы бы сказали, что «Звездный вестник» – это что-то вроде рекламного буклета, в котором Галилей восторженно описывает возможности изготовленной в его мастерской «зрительной трубы» – первого телескопа. Однако в то время книга действительно имела огромный научный интерес. Галилей передал Кеплеру экземпляр «Звездного вестника» через Джулиано Медичи, который был послом Тосканы в Праге, и ученый подробно ответил автору. Философы всего мира внимательно следили за реакцией математика, так что письмо Галилею превратилось в целую книгу, короткую, емкую и любопытную. Галилей на нее так и не ответил – это было типично для отношений между двумя великими учеными. Кеплер был гораздо более общительным, чтобы не сказать единственным участником этой беседы. К чести Галилея, однако, стоит отметить, что именно он рекомендовал Кеплера на пост главы вакантной кафедры в Падуе. Ученые однозначно уважали друг друга и, возможно, даже испытывали взаимное восхищение.