Но, догадываясь о существовании этой силы, человек очень долго не мог ее объяснить. Первым это сделал великий английский ученый Исаак Ньютон.
Всем известна легенда о том, что Ньютон открыл закон всемирного тяготения, наблюдая за падением яблока. Рассказывают, что ученый сам придумал этот эпизод, отбиваясь от любопытных. Действительно, закон, известный сейчас каждому школьнику VII класса, кажется таким очевидным, что непонятно, как о его существовании не догадывались раньше. Между тем эта простота только кажущаяся. Нужен был гений Архимеда, чтобы рассчитать потерю в весе у тела, погруженного в жидкость, и гений Ньютона, чтобы открыть закон всемирного тяготения.
Закон всемирного тяготения гласит, что все материальные тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.
Ньютон начал применять закон тяготения к самым различным явлениям. Он смело распространил его действие на всю известную вселенную. И оказалось, что этот закон одинаково справедлив не только на поверхности Земли, но и в небесных просторах.
За 60-70 лет до Ньютона великий немецкий ученый Иоганн Кеплер открыл основные законы движения планет вокруг Солнца. Их также знает сейчас каждый школьник. Но тогда они еще не были обоснованы. Да, планеты двигаются именно так, как должны были двигаться по этим законам, но почему они движутся так, никто объяснить не мог.
Ньютон доказал, что их движение определяется всемирным тяготением, и вывел, исходя из этого утверждения, все формулы Кеплера.
Блестящим подтверждением справедливости закона всемирного тяготения было открытие планеты Нептун. Ученые давно заметили, что планета Уран на некоторых участках своего пути вокруг Солнца, пути, строго предопределенного законом всемирного тяготения, начинала проявлять какие-то неправильности в своем движении. Она то замедляла без всякой видимой причины свой бег среди светил, то вдруг, словно кто-то начинал усиленно тащить ее вперед, ускоряла движение. Раздумывая над этим явлением, русский астроном Лексель в конце XVIII века пришел к убеждению, что за Ураном находится еще какая-то неизвестная планета, воздействующая на него своим притяжением. В 1846 году французский ученый Леверрье вычислил местоположение новой планеты на небесном своде. И она вскоре была обнаружена астрономами.
Таковы были знания о всемирном тяготении в те времена, когда был написан роман «В погоне за метеором». Поистине огромную смелость надо было иметь, чтобы просто фантазировать об управлении этой могучей силой, о природе и происхождении которой не существовало даже гипотез.
Ну, а сегодня приблизились ли мы к познанию этой силы? Можно ли управлять всемирным тяготением?
4
Классическая теория всемирного тяготения Ньютона казалась непогрешимой. Однако со временем начали накапливаться факты, которые никак нельзя было объяснить, опираясь только на закон всемирного тяготения Ньютона. К числу их относится так называемый парадокс Зеелигера. Сущность его заключается в следующем.
Вселенная бесконечна и во времени и в пространстве. Просторы вселенной более или менее наполнены материальными телами, то есть вселенная имеет какую-то среднюю плотность материи. Зеелигер решил попробовать определить силу тяготения, создаваемую массой всей бесконечной вселенной в ее какой-нибудь точке, используя закон Ньютона.
И вот, применив формулу, выражающую этот закон, произведя соответствующие преобразования, Зеелигер получил, что сила тяготения в случае постоянной плотности вещества во вселенной пропорциональна радиусу вселенной, а раз он бесконечно большой, ибо вселенная не может иметь конца в пространстве, то и сила всемирного тяготения в каждой точке вселенной должна быть бесконечно большой. Однако практически мы этого не наблюдаем. Так, значит, закон всемирного тяготения несправедлив в масштабах всей вселенной?
Было высказано много разнообразных предположений для объяснения этого кажущегося противоречия. Первое, напрашивающееся само собой, - это то, что плотность распределения материи убывает с расстоянием и где-то очень далеко материи нет совсем. Представить себе это - значит допустить возможность существования пространства без материи; но это абсурд: ведь пространство можно мыслить только как форму существования материи. Следовательно, приведенное объяснение парадокса Зеелигера не выдерживает никакой критики.
Кроме парадокса Зеелигера, ученые обнаружили и другие явления, для которых выводы теории всемирного тяготения не вполне точно соответствовали данным практических наблюдений и опытов.
Планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце, - этот закон сформулировал Кеплер и подтвердил на основе закона всемирного тяготения Ньютон. Точные вычисления показали, что перигелии - наиболее близкие к Солнцу точки планетных эллипсов - должны со временем смещаться в направлении обращения планет. Для Меркурия, согласно вычислениям, это смещение должно было быть равно 531 угловой секунде за 100 лет. Между тем наблюдения астрономов показали, что это вековое смещение составляет 573 угловые секунды.
Откуда же берутся дополнительные 42 секунды?
В физике очень часто употребляется понятие «поле» - область действия какой-либо силы или явления. Поле характеризует также величину и направление действия этой силы в любой точке. Могут быть, например, электрические, магнитные поля, поля тяготения и т. д.
Мы знаем, что свет, представляющий собой электромагнитное поле, распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду.
А поле тяготения? С какой скоростью распространяется оно? Со скоростью звука - 330 метров в секунду, или со скоростью света - 300 тысяч километров в секунду, или же с какой-либо другой скоростью?
Раньше считали, что тела, притягиваясь друг к другу, непосредственно влияют друг на друга без участия промежуточной среды. Между тем, базируясь на материалистических позициях, нельзя представить себе такого взаимодействия «через ничто». Данные современной науки подтвердили, что передача всякого физического процесса может происходить только непосредственно от одной точки к другой, соседней, от одного места к другому, соседнему, то есть неизбежно существует взаимная последовательность причин и следствий как во времени, так и в пространстве. Из этого следует вывод, что и сила тяготения, поле тяготения не распространяется мгновенно, а имеет конечную конкретную скорость распространения.
Нужна была новая теория, которая бы учла эти положения. Основы такого нового понимания, опираясь на геометрию Лобачевского и Римана, заложил в 1905-1915 годах в своей специальной и общей теории относительности гениальный ученый Альберт Эйнштейн.
