Жизнь проста. Как бритва Оккама освободила науку и стала ключом к познанию тайн Вселенной

Важно отметить, что Ньютон описывал не природу силы, а только ее действие. Когда движение меняется – тело ускоряется, замедляется или меняет направление движения, – это, согласно второму закону, свидетельствует о действии силы. Это ничего не говорит о природе силы, однако если нам известна величина этой силы, то второй закон позволяет сделать перестановку в уравнении Ньютона и вычислить ускорение. Оно равно частному от деления приложенной силы на массу тела.

Согласно третьему закону движения Ньютона, действию всегда есть равное и противоположное противодействие. Когда натянутая тетива сообщает силу стреле, заставляя ее двигаться, стрела, в свою очередь, сообщает луку и стреляющему из него человеку противоположную, равную по действию силу – отдачу.

Три закона Ньютона математически обосновывали причину движения земных тел, однако, как вы помните, «Начала» появились в ответ на вопрос, заданный Галлеем об эллиптических орбитах планет. Чтобы найти ответ, Ньютон попробовал применить законы механики к движению небесных тел. Изменение направления движения в процессе вращения планет вокруг Солнца – определенный вид ускорения, сообщаемый, по мнению Ньютона, некой силой, которая, как в свое время было предугадано Кеплером, исходит от Солнца. Ньютон обнаружил, что, если эта сила пропорциональна произведению массы планеты и массы Солнца и, согласно уравнению Гюйгенса, описывающему центробежную силу, обратно пропорциональна квадрату расстояния от планеты до Солнца, тогда его находка подтверждает догадку Кеплера об орбитах[306]. Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя объектами равна произведению их масс[307], умноженному на постоянную величину, известную как гравитационная постоянная G, и поделенному на квадрат расстояния между этими объектами.

Если бы Ньютон на этом остановился, он бы пополнил ряды таких титанов науки, как Коперник, Кеплер и Галилей. Однако он сделал еще один революционный шаг, прославивший его как величайшего физика, а возможно, и величайшего ученого в истории науки. Он обнаружил, что, когда физическое тело, например яблоко, падает, оно получает ускорение, как было продемонстрировано Галилеем. Связав этот факт с первым законом, Ньютон пришел к выводу, что, падая, физические тела находятся под действием силы, существующей между ними и Землей. Что еще более примечательно, Ньютон понял, что можно точно рассчитать траекторию падения, если принять, что эта сила равна той самой гравитационной постоянной G, которую он применил в небесной механике, умноженной на произведение масс двух тел и поделенной на квадрат расстояния между ними. Он пришел к поистине революционному выводу: в космосе планеты движутся по эллиптическим орбитам, а на Земле яблоки падают с деревьев под действием одной и той же силы – силы притяжения.

Ньютон окончательно подчинил небесное и земное движение единой системе законов. Подбросьте яблоко в воздух, и вы увидите, что траектория его движения будет представлять собой параболу, как это показали опыты Галилея и доказали законы Ньютона. Однако парабола, как и эллипс, представляет собой коническое сечение (рис. 14). А теперь представьте, что яблоку придали ускорение ракеты – тогда оно, подобно Луне, окажется на эллиптической орбите вокруг Земли. Яблоко превратится в небесное тело. Небо и Земля – всего лишь разные участки космоса, подчиняющиеся единой системе законов Ньютона.

Ньютон, как и Бойль за несколько десятилетий до него, сформулировал в «Началах» основополагающие принципы своей новаторской теории. В одной из глав книги под названием «Правила умозаключений в физике»[308] содержится несколько методических правил. Правило 1 гласит: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений». Далее Ньютон утверждает: «Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей»[309]. Так благодаря философии «нового пути» бритва Оккама из XIII века проникла в труды Леонардо, Коперника, Кеплера, Галилея, Бойля и, наконец, Ньютона, став главным принципом современной науки.

Однако простые законы непросто дались Ньютону. Ему пришлось ввести три новых величины. Первой из них была сила, и прежде всего сила тяготения, природу которой он понимал не более, чем Буридан понимал природу импетуса, несмотря на математическое обоснование. Ньютон рассматривает силу как действие, подобное толканию или тяге, при котором для того, чтобы происходила передача этой силы, обязателен контакт двух объектов, по аналогии с понятием движения у Аристотеля. Однако такое представление оказалось нарушено появлением силы тяготения, которая исходила от Солнца и заставляла планеты, находящиеся от него на расстоянии миллионов миль пустого пространства, вращаться по орбитам. Как это происходило? Ньютон не мог ответить на этот вопрос.

ЧТО ТАКОЕ ЗАКОНЫ?