4 мин
24 января 2019 г.

Яблоко и Ньютон: величайшая выдумка в истории физики?

Раскрываем загадку самого известного мифа
Автор: Laba.Media

На этой неделе выходит книга, к которой «Лаба» имеет непосредственное отношение! Это «Вся физика в 50 экспериментах» Адама Харта-Дэвиса. Перевод знаменитой книги выпустило издательство «Питер». Научным редактором стал Александр Сергеев, популяризатор, научный журналист, сооснователь «Открытой лабораторной» и член Комиссии РАН по борьбе с лженаукой. В подготовке издания также поучаствовал штатный изобретатель и экспериментатор «Лабы», заведующий лабораториии физики Политехнического музея Алексей Иванченко.

Здесь подобраны по-настоящему захватывающие истории об ученых и развитии науки, из которых становится ясно: физика – это и есть жизнь, смешная, трогательная и опасная. Ну и по совместительству «Вся физика в 50 экспериментах» легко (и даже приятно) даст вам знания университетского уровня и избавит от множества заблуждений – все как мы любим.

Чтобы не быть голословными, мы просто оставим здесь одну из глав. В ней рассказывается, что история с яблоком, упавшим на голову Ньютона, – похоже, просто выдумка! 

Правдива ли история об упавшем яблоке? Законы динамики

Ньютон родился в Англии, в графстве Линкольншир, и именно туда он отправился, когда в 1665 году Кембриджский университет закрылся из-за чумы, проведя на родине около 18 месяцев. Вероятно, он, замкнутый человек, получивший достаточно времени на размышления, большую часть своих блестящих научных работ задумал именно в это время. 

Если верить легенде, перед его домом росла очень старая яблоня. Однажды, увидев, как яблоко упало с ветки, Ньютон подумал, что что-то должно было потянуть плод вниз. Значит, сила, притянувшая яблоко, должна распространяться от Земли вверх, по меньшей мере до вершины яблони. А может, она достигает Луны? Если так, то она должна повлиять и на ее орбиту. 

Легенда гласит, что Ньютон схватил попавшийся под руку документ о праве его матери на землю и принялся делать расчеты на обороте.

Он понял, что сила притяжения уменьшается с высотой, на которой находится объект, и догадался, что она меняется обратно пропорционально квадрату расстояния между объектом и центром Земли. Результаты этих расчетов, как он сам заметил, сходились почти идеально. Он также предположил, что подобное притяжение может быть причиной и других орбитальных движений, и назвал его «всемирным тяготением». 

Об этой истории не было ничего слышно еще почти 20 лет, пока три друга, Эдмунд Галлей, Роберт Гук и Кристофер Рен, встретившись, как обычно, в лондонской кофейне, не принялись спорить о траектории кометы, когда она приближается к Солнцу. Гук заявил, что он выполнит необходимые расчеты, но так и не справился с этим. 

Визит в Кембридж 

Галлей был одним из немногих друзей Ньютона, и когда в 1684 году, оказавшись неподалеку, Галлей навестил его в Кембридже, то спросил Ньютона, какова будет траектория кометы, если принять во внимание закон притяжения с обратным квадратом. Ньютон сразу ответил, что это эллипс, и добавил, что знает ответ, потому что уже вычислил его.

Продемонстрировать решение Ньютон не смог, не сумев отыскать доказательство среди бумаг, однако пообещал выполнить вычисления заново и прислать их Галлею. 

В ноябре того же года Ньютон прислал ему девятистраничную статью «О движении тел по орбите», в которой выводились следствия закона обратных квадратов, а в 1687 году вышел фундаментальный труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». 

В этой большой и сложной книге, написанной по-латыни, Ньютон раскрыл не только закон обратных квадратов и свою концепцию всемирного тяготения, но и законы движения, названные его именем, хотя первые два из них были хорошо известны и до него. Словом, «Начала» описывали все основные принципы классической механики. 

История с яблоком 

Уильям Стьюкли был антикварием — историком и археологом, первым исследовавшим Стоунхендж, а также другом Ньютона и его первым биографом. Стьюкли в красках (и с гордостью) описывает события 15 апреля 1726 года: 

Я навестил сэра Исаака Ньютона... и провел весь день с ним. Стояла прекрасная погода, после обеда мы сели в саду под яблонями и пили чай. Среди прочего он рассказал мне, что при таких же обстоятельствах впервые понял природу притяжения материи — по яблоку, падающему с дерева.

Почему это яблоко всегда неизменно падает перпендикулярно на землю? Почему оно не падает кверху, вбок или наискосок? 

Подобные вопросы, по словам Стьюкли, «крутились в его голове», и «с этого он начал обдумывать и искать характер и законы этой всеобщей силы в материи и применять их к движению небесных тел, к притяжению материи и постигать истинное строение Вселенной». 

Другой биограф Ньютона, его помощник Джон Кондуитт, в 1727 году в своем сочинении также приводит историю с яблоком. 

Итак, Ньютон рассказал о яблоке по меньшей мере двум людям. Но к этому моменту прошло уже 60 лет с тех пор, как, по его словам, эта история приключилась, и вполне возможно, Ньютон ее просто выдумал. 

Зачем он это сделал? 

Из писем Ньютона до 1682 года следует, что он придерживался теории вихря, впервые предложенной Декартом, который утверждал, что планеты мчатся вокруг Солнца в эфирном вихре подобно тому, как вода утекает через сливное отверстие. Но в 1682 году эта теория была подорвана кометой Галлея, орбита которой оказалась ретроградной, то есть комета двигалась в направлении, противоположном движению всех планет. 

Гук писал о гравитации еще в 1674 году и подошел очень близко к решению тяготения как математической проблемы.

В эссе «О движении Земли», опубликованном в 1674 году, Гук писал о гравитации, что ее «притягивающая сила действует гораздо сильнее, если приблизить друг к другу центры взаимодействующих тел». Гук мыслил в верном направлении, но не сумел выразить свои соображения математически.

Ньютон ни за что в жизни не признал бы, что Гук хоть в чем-то его обошел. Вполне вероятно, Ньютон сочинил историю с яблоком спустя столько лет лишь затем, чтобы подтвердить, что он нашел решение задачи еще в 1666 году — задолго до Гука. 

Похожие материалы

Физика без возраста: как перевернуть науку на пенсии

Подкаст
32 мин

«Из-за его шуток были проблемы с американскими физиками»

Подкаст
46 мин

Вселенная расширяется по-русски

Подкаст
28 мин