100 великих научных открытий

Невзирая на такие здравые мысли, и Кеплер, и Галилей, и Борелли, и все их современники ошибочно думали, будто на Земле действуют свои законы тяготения, а в космосе — свои, поскольку небо якобы устроено более совершенно, нежели земной мир. Только Ньютон догадался, что гравитация всюду работает одинаково — ей подчиняется как яблоко на Земле, так и Луна в небе. Наша планета — неотъемлемая, полноправная часть Вселенной, поэтому, согласно закону Ньютона, она притягивается к Солнцу той же силой, которой люди притягиваются к ней. Да и вообще, любая пара элементов Вселенной (будь то планета и планета, планета и звезда, Земля и океан, человек и звезда, человек и любой земной предмет, камни, пылинки и пр.) стремятся соединиться, поскольку на них действует сила притяжения. Величина этой силы прямо пропорциональна массам обоих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (то есть чем массивнее тела и чем меньше дистанция между ними, тем сильнее они притягиваются).

Кроме того, в эту формулу ученый ввел гравитационную постоянную — силу притяжения двух тел массой в килограмм, расположенных за метр одно от другого. Чтобы найти этот показатель, английский физик Генри Кавендиш (1731–1810) взял крутильные весы — подвешенную на нити длинную жердь с маленькими шариками на концах — и установил по бокам от этих шариков два больших массивных шара. По углу отклонения первых под влиянием притяжения вторых ученый вычислил искомую постоянную (6,67×10 Н). При этом все приборы он поставил в ящик и закрыл в защищенной от сквозняка комнате, а за процессом наблюдал из другой комнаты через телескоп.

С помощью своей формулы Ньютон смог рассчитать ускорение свободного падения, которое до него экспериментально нашел Галилей, сбрасывая с Пизанской башни ядра и пули. Вместо масс двух взаимодействующих тел Ньютон просто подставил в формулу массу Земли, а вместо дистанции между этими телами — земной радиус. Вышло, что ускорение, с которым падают тела, можно найти, разделив массу Земли на квадрат ее радиуса и умножив на гравитационную постоянную.

Понять связь между земной силой тяжести и вселенской силой тяготения можно на таком примере. Представим мальчика, который стоит на горке и швыряет камешки. Если он просто бросит камень вниз, тот притянется силой тяжести Земли и упадет на ее поверхность с равномерным ускорением. Если паренек со всего размаху запустит камень вдаль, тот изначально получит хорошее ускорение и некоторое время пролетит по прямой. Но поскольку сопротивление воздуха постепенно будет убавлять скорость камешка, Земля своей силой тяжести в конце концов притянет его к себе по дуговой траектории. Если же воздух не станет препятствовать движению камня, тот по инерции захочет полететь прямо, по касательной к поверхности Земли, однако сила ее тяготения (гравитация) завернет снаряд к себе. Возникнет взаимодействие центробежной и центростремительной сил — камень полетит по круговой орбите, параллельно земной поверхности. То же самое происходит и со всеми небесными телами.

Таким образом, Ньютон смог математически доказать кеплеровские законы движения планет, сформулированные только лишь на основе наблюдений, и подвести под них теоретическую базу в виде собственного закона всемирного тяготения. Это окончательно объединило земное и небесное в единую целостную систему.

Теория расширения Вселенной и законы Хаббла

Об американском астрономе Эдвине Хаббле (1889–1953) слышали абсолютно все: его именем назван телескоп, летающий в космосе и передающий прямо оттуда фото разнообразных космических объектов и разноцветных причудливых туманностей. Однако мало кому известно, почему телескоп получил фамилию именно этого ученого, а ведь Хаббл и был тем, кто открыл другие галактики (помимо нашего Млечного Пути) и высказал догадку о расширении Вселенной.

В начале 1920-х Хаббл работал в калифорнийской обсерватории Маунт-Вильсон, расположенной почти на двухкилометровом возвышении и оборудованной мощным телескопом с 2,5-метровым зеркальным объективом. Разглядывая три разные туманности — Андромеды, Треугольника и Барнарда, — молодой ученый высмотрел там отдельные звездочки и пришел к ошеломительному заключению: эти облака — не просто аморфные скопления газа и пыли, а целые галактики, подобные Млечному Пути! Ориентируясь на звезды, систематически меняющие яркость, Хаббл сумел определить расстояние до найденных галактик и заключить, что они больше Млечного Пути. Данное открытие сразу же принесло Хабблу известность и уважение в научных кругах, а потом он сделал еще одно — и прославился на весь мир. Речь идет о законе, также названном в его честь, — законе красного смещения.