Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой

Все объекты на орбитальной космической станции невесомы. Но масса у них есть. Их масса, как мы видели в этой главе, зависит от числа протонов и нейтронов, которые они содержат. Вес — это сила тяжести, умноженная на массу. На Земле мы можем использовать вес, чтобы измерить массу, потому что притяжение (более или менее) одинаково везде. Но из‑за того, что более массивные планеты имеют более сильную гравитацию, ваш вес меняется в зависимости от того, на какой планете вы находитесь, в то время как ваша масса остаётся везде одинаковой — даже если вы совершенно невесомы в космической станции на орбите. Вы были бы невесомы на космической станции, потому что и вы, и весы, будете оба 'падать' с одинаковой скоростью (в так называемом «свободном падении»), так что ноги не будут оказывать давления на весы, которые, поэтому, зарегистрируют вас как невесомого.

Но хотя вы будете невесомы, ваша масса будет Но будет далеко не нулевой. Если бы вы энергично отпрыгнули от «пола» космической станции, вы отлетели бы к потолку (хотя не было бы очевидно, где пол, а где потолок!), и, независимо от того, насколько далеко потолок, вы ударились бы головой, и ушибли бы её, как если бы упали на голову. И все остальное на космической станции точно так же по — прежнему имело бы свою собственную массу. Если бы у вас в каюте было пушечное ядро, то оно плавало бы в невесомости, что могло бы заставить вас думать, что оно лёгкое, как надувной мяч такого же размера. Но если бы вы попытались бросить его через каюту, вы скоро узнали бы, что оно не такое лёгкое, как надувной мяч. Это была бы тяжёлая работа — отбросить ядро, и вы отлетели бы назад в противоположном направлении, если бы попытались. Пушечное ядро ощущалось бы тяжёлым, даже притом, что оно не демонстрирует особой тенденции лететь «вниз» к полу космической станции. Если бы вам удалось бросить пушечное ядро через каюту, оно вело бы себя как любой тяжёлый предмет, когда он ударяет что‑то на своём пути, и было бы не хорошо, если бы оно ударило одного из ваших коллег — астронавтов по голове, либо прямо, либо после отскакивания от стены. Если оно ударит другое пушечное ядро, оба отскочат друг от друга с соответствующим «тяжёлым» чувством, в отличие, скажем, от пары шариков пинг — понга, которые также отскакивают друг друга, но легко. Я надеюсь, что это даёт вам почувствовать разницу между весом и массой. В космической станции, пушечное ядро имеет гораздо большую массу, чем шарик, хотя оба имеют одинаковый вес — ноль.

Яйца, эллипсы и убегающая сила тяжести

Давайте вернёмся к нашей пушке на вершине горы, и сделаем её ещё более мощной. Что произойдёт? Ну, теперь нам нужно познакомиться с открытием великого немецкого учёного Иоганна Кеплера, который жил как раз перед Ньютоном. Кеплер показал, что изящная кривая, по которой предметы вращаются вокруг других предметов в космосе, является на самом деле не кругом, а чем‑то другим, известным математикам со времён древних греков как 'эллипс'. Эллипс имеет как бы яйцевидную форму (только «как бы»: яйца не являются идеальными эллипсами). Круг представляет собой частный случай эллипса — представьте себе очень тупое яйцо, яйцо столь короткое и толстое, что оно выглядит как шарик для пинг — понга.

Существует простой способ нарисовать эллипс и, в то же время, убедить себя, что круг представляет собой частный случай эллипса. Возьмите верёвку и сделайте из неё петлю, связав концы в настолько аккуратный и маленький узел, какой вы только сможете сделать. Теперь воткните булавку в блокнот, закрепите петлю вокруг булавки, прикрепите карандаш к другому концу петли, сильно натяните петлю и прочертите все вокруг булавки при полном натяжении петли. Конечно, вы нарисуете круг.

Затем, возьмите вторую булавку и воткните её рядом с первой булавкой так, чтобы они соприкасались. Вы по — прежнему нарисуете круг, потому что две булавки настолько близко друг к другу, что они считаются единой булавкой. И вот теперь самое интересное. Переместите булавки друг от друга на несколько сантиметров. Теперь, когда вы прочертите фигуру при полном натяжении петли, нарисованная вами форма не будет кругом, это будет «яйцевидный» эллипс. Чем дальше друг от друга вы разместите булавки, тем уже эллипс. Чем ближе вы помещаете две булавки друг к другу, тем шире — и круглее — будет эллипс, пока две булавки не станут одной булавкой, а эллипс не станет кругом — частным случаем.