Вселенная. Путешествие во времени и пространстве

Широко известна история о том, как яблоко (в одном из вариантов — упавшее прямо на голову Ньютона) привело его к мысли о существовании силы тяготения. Это, конечно, не так: то, что все предметы на Земле притягиваются к ней, люди осознали задолго до Ньютона.

Во времена Ньютона уже было понятно (это убедительно показал еще Галилей), что если на тело не действуют никакие силы, то тело будет двигаться прямолинейно и равномерно. Аристотель двумя тысячами лет раньше ошибочно полагал, что в таких условиях тело вообще не будет двигаться. Понятия инерции (способность тела сохранять скорость неизменной) в те времена еще не существовало. Кроме того, находится тело в покое или движется — зависит от наблюдателя. Так, например, с точки зрения водителя автомашины, сумка на сиденье покоится, а с точки зрения прохожего — она быстро перемещается вместе с автомобилем.

Исаак Ньютон, английский математик, физик, астроном и теолог, открыл силу тяготения.

Биограф Ньютона Уильям Стьюкли («Воспоминания о жизни Ньютона», 1752 год) сообщает: «Ньютон сказал мне, что мысль о гравитации пришла ему в голову, когда неожиданно с ветки упало яблоко. “Почему яблоки всегда падают перпендикулярно земле?” — подумал он».

Тем не менее по рабочим тетрадям Ньютона видно, что его теория всеобщего тяготения вовсе не была озарением, а развивалась постепенно. Сам Ньютон в одном из писем 1686 свою запись окончательной формулировки закона тяготения датирует лишь приблизительно: «более 15 лет назад».

Ньютон размышлял о движении Луны. Луна летит по своей орбите вокруг Земли. Со времен Кеплера было известно, что орбита представляет собой замкнутую кривую линию — эллипс. Если бы никакой силы не было, Луна двигалась бы равномерно и прямо­линейно. Но эллипс — не прямая линия! И если Луна движется не по прямой, значит, на нее действует какая-то сила. Что это может быть за сила?

Раз Луна летает вокруг Земли, естественно было предположить, что источник этой силы связан с Землей.

Вблизи поверхности Земли предмет в свободном состоянии (например, то же яблоко), как и Луна, не движется равномерно: оно падает отвесно с ускорением, двигаясь к центру Земли. Раз есть ускорение, значит, опять работает какая-то сила. Это следует из закона, открытого тем же Ньютоном:

где F — некая сила, — масса тела, — ускорение тела. Из формулы видно, что если сила не равна нулю, то не равно нулю и ускорение. Наоборот: если нет ускорения, это значит, что результирующая сила, приложенная к телу, равна нулю.

Ньютон догадался, что сила, заставляющая Луну отклоняться от движения по прямой, и сила, заставляющая падать яблоко (а также прижимающая к полу самого Ньютона), — это одна и та же сила!

Это была гениальная догадка и абсолютно правильное решение.

На первый взгляд, движения падающего яблока и Луны совсем не похожи. Яблоко падает к центру Земли, а Луна все время летит вокруг Земли в направлении, перпендикулярном направлению к центру нашей планеты. Но эти движения не похожи только на первый взгляд. Если бы Луна остановилась в своем движении вокруг Земли, она стала бы падать к центру Земли — точно так же, как яблоко. Разница только в том, что у Луны есть большая «горизонтальная» (точнее, перпендикулярная направлению на центр Земли) скорость, благодаря которой Луна, непрерывно падая на Землю, все время «промахивается» и летит мимо, «закругляя» свою траекторию, огибающую Землю. А у яблока такой круговой скорости нет.

А можем ли мы яблоко превратить в Луну? Точнее, заставить его тоже летать, не падая, вокруг Земли, подобно Луне? Ньютон понял, что можем.

Для этого надо бросить яблоко горизонтально (перпендикулярно направлению на центр Земли). Конечно, яблоко упадет, но уже не в том месте, где его бросили, — оно успеет пролететь по кривой некоторое расстояние, пока из-за притяжения Земли не упадет на ее поверхность.

Если же бросить яблоко с большей скоростью, оно пролетит дальше. Но не надо забывать, что Земли круг­лая. Если придать яблоку очень большую скорость, окажется, что кривизна земной поверхности будет равна кривизне траектории падающего яблока. Это значит, что яблоко, все время падая на Землю под действием ее притяжения, будет стремиться к центру Земли, постоянно огибая Землю и постоянно падая «мимо». Яблоко превратится в спутник Земли — такой же, как и Луна!

Первый в мире искусственный спутник Земли был запущен в СССР 4 октября 1957 года.