Когда на уроках физики в начальных классах преподаватель упоминает существовавшее ранее представление о планете Земле как о плоскости, покоящейся на китах, слонах или черепахах, то на лицах учеников появляются улыбки и в классе даже раздаются смешки. Это сейчас многие уже в детском садике знают, что Земля – это шар, а сила притяжения воздействует на все материальные предметы. Однако давайте хотя бы на мгновение представим, что о гравитации нам ничего не известно. Как тогда объяснить, что люди удерживаются на поверхности, а вода океанов не изливается в пустоту космического пространства, если не воспользоваться представлением о плоской планете? Если сила притяжения для нас тайна – то, пожалуй, никак. Именно поэтому так важно относится с пониманием к прошлому, ведь каждому времени – свои открытия.
Сила гравитационного притяжения была открыта И. Ньютоном в 1666 году. До него тяготение пытались объяснить такие выдающиеся ученые своего времени, как Гюйгенс, известный своими трудами по центробежной силе, Декарт, а также Кеплер, сформулировавший фундаментальные три закона, которым подчиняется перемещение небесных объектов. Однако это были лишь предположения, основывающиеся скорее на догадках, а не на фактах. Ни одно из них не давало целостного понимания мироустройства. Ньютон же намеревался создать завершенную теорию, в рамках которой могла быть объяснена сила притяжения и взаимосвязанные с ней явления. И это ему удалось. Были сформулированы не просто теоретические предпосылки с формулами, а создана полноценная модель. Она оказалась настолько удачной, что даже сейчас, спустя столетия, общая теория относительности, будучи развитием идей Ньютона, используется при расчетах небесной механики.
Ее формулировка крайне простая и запоминающаяся: сила, с которой объекты притягиваются, зависит от их массы и расстояния. Данное определение выражается следующим образом:
F = (M1*M2) / (R*R),
где M1 и M2 – массы объектов; R – расстояние.
Обычно знакомство с классической теорией начинают именно с этой формулы. Для более точного представления всю правую часть следует умножить на гравитационную константу.
Вывод следующий: чем объект массивнее, тем более сильное притягивающее воздействие он оказывает на окружение. При этом совершенно не принципиально, будет ли это сфера массой 1 кг, или точка с таким же весом. В то же время, при расчете системы двух тел, например, Солнца и Земли, последняя точно так же притягивает звезду к себе. Сила притяжения земли, взаимодействующая с полем Солнца, формирует общий центр масс, вокруг которого происходит взаимное обращение. Это только кажется, что Солнце – центр нашей системы. Истинный же, хотя и находится в звезде, с физической серединной точкой не совпадает.
Сила притяжения может быть определена в рамках классического закона всемирного тяготения при соблюдении двух условий:
- скорости объектов рассматриваемой системы значительно меньше скорости луча света;
- потенциал гравитационного поля относительно мал.
В скором времени после завершения Ньютоном работ по притяжению, стала очевидной необходимость ее существенной доработки. Дело в том, что хотя движение тел небесной сферы можно было рассчитывать с помощью предложенных формул, иногда возникали ситуации, когда теория Ньютона оказывалась неприменимой, так как давала совершенно непредсказуемые результаты.
Недостатки были устранены Эйнштейном, предложившим серьезно доработанную модель, учитывающую как скорость света, так и слишком сильные гравитационные поля. Однако сейчас даже такая общая теория относительности перестала быть универсальным ответом на все вопросы: в микромире ее постулаты оказываются неверны.
