Очевидное? Нет, еще неизведанное…
Шрифт:
Сразу возникает мысль: а нельзя ли, исследуя тяготение, реально отыскать абсолютную систему? А как, между прочим, найти скорость распространения тяготения в других системах отсчета?
В общем стоит допустить, что скорость распространения силы тяготения конечна, и физическая картина основательно запутывается, не говоря уже о том, что уравнения движения небесных тел весьма усложняются.
Ньютон сразу отбросил все подобные трудности. Он положил, что скорость распространения тяготения бесконечна. И тем самым ввел дальнодействие.
Но честно
В общем можно только лишний раз поразиться гению и интуиции Ньютона.
Забегая вперед, заметим: теперь, после Эйнштейна, мы знаем, что Ньютон ошибся. Скорость распространения поля тяготения конечна и равна 300 000 километров в секунду. Кроме того, эта скорость обладает странным качеством — она постоянна в любой системе отсчета и не изменяется при переходе от одной системы к другой.
Ввиду колоссального значения скорости распространения тяготения поправки к закону Ньютона, обусловленные «запаздыванием», настолько ничтожны, что не удивительна двухвековая уверенность в безукоризненной справедливости закона тяготения.
Покончим на этом с «удивлением № 2» и перейдем к следующему.
Наиболее поразительно в законе Ньютона, без сомнения, то, что сила тяготения полностью определяется инертными массами тел.
Сила тяготения совершенно не зависит от химического состава тел, от электрических зарядов, которые несут тела, от агрегатного состояния.
Тяготение определяется только массой, то есть в конечном счете инерцией тяготеющих тел.
Интуитивно чувствуется, что, очевидно, между инерцией и тяготением существует какая-то глубокая связь.
Однако тяготение и инерция, казалось бы, настолько различные физические свойства, что физики неоднократно экспериментально проверяли, действительно ли масса, определяемая законами механики (инертная масса), и масса в законе всемирного тяготения — это одно и то же.
Первым снова был Галилей.
Тот факт, что все тела в поле земного тяготения падают с одинаковым ускорением, — главное доказательство равенства инертной и тяжелой массы.
Убедимся в этом. В поле Земли на тело массы m действует сила
F = f · mт · Mт/r2.
Здесь mт — тяжелая масса тела, определяемая из закона тяготения; Mт — тяжелая масса Земли; r — расстояние до центра Земли [30] .
30
Можно без труда показать, что шар (Земля) притягивает тела так же, как если бы вся его масса была сосредоточена в центре.
Не будем предрешать равенство тяжелой и инертной массы и, используя второй закон механики, найдем ускорение тела в поле земного тяготения:
f · (mт · Mт)/(mи · r2) = g,
где mи —
В этой формуле сомножитель f · Mт/r2 для всех тел на поверхности Земли постоянен; второй сомножитель — отношение mт/mи как мы допустили, — может меняться в зависимости от природы и характера физических тел.
Но так как все предметы в поле земного тяготения падают с одинаковым ускорением (g = 9,81 М/сек2), мы заключаем, что отношение тяжелой и инертной массы mт/mи постоянно для всех тел независимо от их физической природы.
Следовательно, тяжелая масса тела полностью определяется его инертной массой и при соответствующем выборе единиц измерения может считаться просто равной инертной массе.
Итак, тяготение тел зависит от их инерции и только от инерции.
Трудно представить более неожиданный результат. Заранее (из общих соображений) ожидать наличие такой связи было столь же обоснованно, как, скажем, предполагать, что планеты и звезды в момент рождения человека определяют его дальнейшую судьбу.
Однако в отличие от положений астрологии, черной и белой магии и прочих оккультных наук тот факт, что тяготение тел целиком определяется их инерцией, опирался на незыблемый фундамент точного эксперимента. Причем поразительность результата заставляла физиков вновь и вновь возвращаться к его экспериментальной проверке.
Сам Ньютон проверил результаты Галилея, исследуя движение маятников, изготовленных из разных материалов.
В 1828 году немецкий математик и физик Бессель тем же способом исследовал самые разнообразные вещества и с точностью 1/60 000 убедился в пропорциональности инертной и тяжелой массы.
Венцом экспериментального мастерства были работы венгра Этвеша и его сотрудников (1896–1910 гг.). Пропорциональность инертной и тяжелой массы установлена с невероятной точностью — 5 · 10–9.
А в 1916 году Эйнштейн предложил окончательный вариант общей теории относительности — теории, в которой он наметил невероятно неожиданный путь для исследования загадочной теории тяготения.
Воспользуемся случаем, чтобы сказать несколько слов о самом Эйнштейне — ученом и человеке. Об Альберте Эйнштейне написано столько, что вряд ли стоит подробно рассказывать о его жизненном пути.
В науке так же, как Ньютон, «разумом он превосходил род человеческий», и только имя Ньютона можно назвать рядом с его именем. Взгляды Эйнштейна вне науки — образец настоящего боевого гуманизма, гуманизма в высоком смысле этого слова.