Книга: Извечные тайны неба

Механика небес

Механика небес

Закон всемирного тяготения стал основой новой физики. Но наибольшее влияние он оказал поначалу на развитие астрономии. Изучение движения небесных тел на основе закона всемирного тяготения и классической механики стало особой ветвью астрономической науки – небесной механикой.

Первым, кто в полную силу показал неисчерпаемые возможности закона всемирного тяготения для решения астрономических задач, был российский академик Леонард Эйлер.

Уроженец Швейцарии, Эйлер учился в Базеле у знаменитого математика Иоганна Бернулли. Два сына Иоганна Бернулли, Даниил и Николай, отправились на поиски счастья в Россию, в только что учрежденную Петром I Санкт-Петербургскую Академию наук. Они позаботились о своем добром знакомом, и в 20 лет от роду, в мае 1727 г. Леонард Эйлер тоже попал в Петербург.

Начинался трудный для России период ее истории. Вослед великому Петру сменяли друг друга ничтожные марионетки, героическая эпоха оборачивалась затяжным безвременьем —

За несколько дней до появления Эйлера в Петербурге после 3 лет царствования почила в бозе соблаговолившая приласкать его незадачливая супруга Петра I – императрица Екатерина I. Не дольше находился на престоле малолетний Петр II. Его сменила Анна Иоанновна, десятилетнее правление которой отмечено лютыми оргиями ее фаворита Бирона (читай «Ледяной дом» И. И. Лажечникова). Совсем уж на короткое время воцарилась Анна Леопольдовна. Вершителями судеб страны стали поднаторевшие в дворцовых интригах офицеры. Колода именитых сановников регулярно тасовалась для новых пасьянсов. Это трагическое безвременье русской истории отчасти нашло отражение в некоторых эпизодах девятисерийного телевизионного фильма о М. В. Ломоносове – великом современнике Эйлера, который был моложе своего коллеги из Швейцарии всего на четыре года.

Эйлер приспособился к петербургской обстановке. Он женился, не ввязывался в академические перипетии и занимался исключительно научной работой, чаще всего имеющей практические приложения. Жить и работать было, однако, совсем непросто. В 1738 г. в назидание инакомыслящим за отход от православия был сожжен в Петербурге капитан-поручик флота Александр Возницын, племянник видного дипломата петровского времени. Это событие произвело на ученых академии, преимущественно иностранцев, удручающее впечатление. В них вселились растерянность и уныние.

Капля точит камень, и в конце концов в 1741 г. Эйлер прельщается настойчивыми приглашениями переехать в Берлин. Возможно, на его решение повлияло и чисто эмоциональное обстоятельство: к этому времени он потерял правый глаз.

Автор одного из очерков о жизни Эйлера воспроизводит беседу своего героя после переезда в Берлин:

– Отчего вы не хотите говорить со мною? – спросила в Берлине молчаливого и запуганного математика мать короля Фридриха II.

– Государыня, я прибыл из страны, где за слово вешают, – ответил он без улыбки.

Работая в Берлине, Эйлер не порывал тесных связей с Россией. Он публиковал в России свои исследования, с подъемом отзывался о восходящей звезде русской науки Ломоносове. После смерти первого президента Берлинской академии наук Мопертюи, Эйлер стал ее фактическим руководителем, но по-прежнему не утратил живого интереса к событиям русской жизни.

Екатерина II отметила начало своего царствования повышенным вниманием ко всем сферам интеллектуальной деятельности, привлекала к себе людей талантливых и известных. Не остался забыт и Эйлер, которому было над чем подумать: четверть века в Берлине, устоявшиеся привычки, большая семья. Но он преодолевает сомнения и в 1766 г. вновь возвращается в Петербург.

Определенную роль в возвращении Эйлера в Россию сыграл, по-видимому, физик и астроном Ф. Эпинус. Последнее имя мало что говорит даже искушенным историкам науки, и во вполне серьезной книге можно прочесть, будто наблюдениями в астрономической обсерватории ее заведующий Эпинус вовсе не занимался, а «старался лишь покрепче запереть дверь этого учреждения». На самом деле личность Эпинуса скрыта налетом таинственности, поскольку он состоял главным шифровальщиком России. Именно он преуспел в заботах о неприкосновенности обширной дипломатической переписки Екатерины II и вскрывал шифры иностранных послов. Эпинусу доводилось выполнять и важнейшие дипломатические поручения. Так, при его участии был составлен исторический документ о невмешательстве России в борьбу Великобритании против мятежных северо-американских колоний; этот нейтралитет значительно помог становлению США.

Будучи доверенным лицом властной императрицы, Эпинус как ученый широко использовал свое влияние на нее в интересах развития астрономии. Не только возвращение Эйлера, но и покупка рукописей Кеплера, и организация многочисленных экспедиций по наблюдениям прохождения Венеры по диску Солнца 1769 г. не могли произойти без его вмешательства.

Во второй приезд Эйлеру предстояло прожить в Петербурге еще 17 лет. Теперь он полностью слеп, но это никак не сказывается на его фантастической работоспособности и творческой продуктивности. В общей сложности им опубликовано свыше 850 научных работ, среди которых много больших книг, отослано более 3 тыс. писем. С 1909 г. в Швейцарии коллективными усилиями ведется издание полного собрания сочинений Л. Эйлера, но конца этой работе не видно и по сию пору.

Леонард Эйлер часто брал задачи, подсказанные жизнью, чутко реагировал на запросы различных областей естествознания и техники. Символическая подробность. Последняя из продиктованных Эйлером статей относилась, по современной терминологии, к области аэродинамики. Она служила цели будущего взлета человека с поверхности Земли. И этот взлет в действительности произошел тотчас после кончины ученого. Его сердце остановилось 7 сентября 1783 г., а всего через две недели, 19 сентября 1783 г. братья Этьен и Жозеф Монгольфье подняли на воздушном шаре, наполненном горячим воздухом от костра, первых в мире воздухоплавателей – петуха, утку и барана.

Многогранный талант Эйлера оставил след во многих областях науки. В области астрономии российский академик Леонард Эйлер подвел итоги в задаче об определении положений Луны, детально разработав новую точную теорию движения этого небесного тела. Эйлер, крупнейший математик и механик своего времени, обогатил небесную механику многими новыми математическими приемами.

Эйлер был не одинок в небесно-механических исследованиях. Словно оправдываясь за излишнюю полемическую горячность своих предшественников, не признававших закона всемирного тяготения, крупный вклад в небесную механику внесло новое поколение французских ученых. Важных результатов в теоретическом анализе движений планет и комет добились французы Клеро, Даламбер и Лагранж. Большим успехом небесной механики стало удачное предсказание момента возвращения к Земле периодической кометы Галлея.

Фундамент небесной механики в том виде, как она теперь существует, был окончательно завершен в самом начале XIX в. в работах современника и участника Великой французской революции Пьера Симона Лапласа. Ему принадлежит четко оформленный взгляд на мир как на систему с господством жестких причинно-следственных связей, где нет места случайным, вероятностным процессам. Случайность в его понимании лишь результат неполноты наших знаний. «…Мы должны рассматривать современное состояние вселенной, – писал Лаплас, – как результат ее предшествовавшего состояния и причину последующего. Разум, который для какого-нибудь данного момента знал бы все силы, действующие в природе, и относительное расположение ее составных частей, если бы он, кроме того, был достаточно обширен, чтобы подвергнуть эти данные анализу, обнял бы в единой формуле движения самых огромных тел во вселенной и самого легкого атома; для него не было бы ничего неясного, и будущее, как и прошлое, было бы у него перед глазами…»

За этим представлением великого небесного механика кроется убеждение во всеобщей и безграничной механической детерминированности, причинно-следственной обусловленности явлений природы. «Лапласов детерминизм» на долгое время стал общепринятой методологией всех естественнонаучных дисциплин, и в историческом плане был, пожалуй, последним ярким примером того, как астрономия задавала тон всему естествознанию —

(М. Волошин, «Путями Каина», 1923)

После Лапласа небесная механика сосредоточилась на математическом решении трех основных задач, которые по существу исчерпывают все проблемы движения небесных тел. В простейшем случае рассматривается существование лишь двух тел, и эта задача имеет строгое решение. Примером задачи двух тел служит, скажем, движение планеты вокруг Солнца без учета возмущающего действия других планет.

Только в приближенном виде – хотя степень приближения может быть чрезвычайно высокой – решается задача трех и большего числа тел. Такая задача неизбежно возникает, например, при анализе движения комет. Наконец, наибольшие сложности представляет из себя обратная задача: определение сил, действующих на небесные тела, и их масс по известному движению.

Небесная механика дает обширное поле деятельности для математиков и не случайно, что ее развитию существенно способствовал выдающийся немецкий математик XIX в. Карл Фридрих Гаусс.