Книга: Кеплер. Движение планет. Танцы со звездами.

КЕПЛЕР И ТЯГОТЕНИЕ

Обычно считается, что главным вкладом Кеплера в копилку науки были три его закона о планетарном движении. Однако мы обязаны ученому гораздо большим: он стал первым, кто оставил идею о том, что понять Вселенную означает найти геометрическую конфигурацию, которая воспроизводила бы движение небесных тел. Кеплер также стал первым, кто попытался познать астрономию как часть физики и хотел понять не только как двигается Вселенная, но и почему. Многие его мысли предвосхищают идею тяготения Ньютона, и кажется, что именно он проложил дорогу теории всемирного тяготения. Кеплер умер в 1630 году; Ньютон родился в 1643-м.

В одном из писем Лонгомонтану (1562-1647), одному из старых помощников Тихо Браге, Кеплер так объяснял свое дерзкое желание объединить физику и астрономию: «Эти науки столь тесно связаны между собой, что никакая из них не может достичь совершенства без другой». Обратите внимание: ученый говорит не только о том, что нет астрономии без физики, но и о том, что нет физики без астрономии. Мёстлин советовал своему бывшему ученику, чтобы тот оставил идею поиска физических гипотез и сконцентрировался на чисто астрономических вопросах. Однако Кеплер мыслил шире, и в результате Мёстлин был вынужден прервать их длительную переписку, заявив, что даже если предположить, что теории его бывшего студента восхитительны, он больше не способен их понять.

Марк Каспар, один из лучших биографов Кеплера, не без оснований считает, что этот ученый достоин звания основателя небесной механики. Удивительно, что к своим выводам он пришел, озаряя свой путь мистическим светом религиозного разума. Ход размышлений Кеплера можно свести к следующему: Солнце является центром Вселенной, и от него исходит сила, которая приводит планеты в движение. Эта сила уменьшается при отдалении от Солнца.

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».