Гравитация Ньютона

Почему Галилей не верил в открытие Кеплера и как Генри Кавендиш подтвердил закон гравитации Ньютона

27.02.2016
4 359
Credit: NASA

Какова была проблема в дискуссии между Галилеем и Кеплером? Галилей не верил в открытие Кеплера, которое заключалось в том, что планеты движутся по эллиптическим орбитам, а не по круговым. Причины такого движения Галилею были неясны. Он считал, что между Солнцем и планетами нет никакого взаимодействия и планеты вокруг Солнца движутся исключительно по инерции, а движение по инерции может происходить исключительно по идеальной кривой, какой может являться либо прямая, либо окружность. Соответственно, он верил в движение планет только по окружностям вокруг Солнца. По Галилею, круговые движения можно было накладывать друг на друга. Поэтому планетам было позволено двигаться по так называемым эпициклам. Галилею не было ясно, как могут звезды и планеты действовать друг на друга на большом расстоянии.

Ньютон тоже не верил в действие на расстоянии, поэтому предполагал, что Солнце все-таки излучает какие-то частицы, посредством которых оно передает гравитационную силу планетам, что заставляет планеты вращаться необязательно по круговым орбитам вокруг Солнца. Он рассуждал приблизительно следующим образом: Солнце, как центр, излучает частицы, и они разлетаются сферически симметрично во все стороны, соответственно, плотность частиц на единицу площади падает с расстоянием как единица на площадь растущей сферы; площадь сферы растет как ее радиус в квадрате, соответственно, плотность частиц падает как обратный радиус в квадрате. Из таких соображений Ньютон пришел к мысли о том, что величина силы взаимодействия между Солнцем и планетами и, соответственно, между любыми гравитирующими телами падает как обратный квадрат расстояния.

Главы: От механики Ньютона до электродинамики МаксвеллаОтрывок из книги «Гравитация» физика Александра Петрова о понимании места механики и электродинамики в общей физической картине мира на рубеже XIX и XX веков

Другой вопрос: почему именно сила должна падать как обратный квадрат расстояния? Почему, например, так не падает потенциальная энергия или какая-то другая характеристика взаимодействия между Солнцем и планетами? Ведь из указанных выше рассуждений Ньютона не следует, что речь должна идти именно о силе. Поэтому никто не останавливался на этом предположении. Первое, что было достигнуто, — это то, что Ньютон вывел законы Кеплера из закона обратных квадратов для гравитационной силы — именно силы, а не чего-то другого. Это уже был крепкий аргумент в пользу того, что Ньютон прав, сформулировав свой закон гравитации. Другой аргумент: Кавендиш провел измерения гравитационных сил, нашел величину ньютоновской константы и, соответственно, подтвердил независимо другим способом закон гравитации Ньютона. И на этом тоже никто не останавливался. В течение XVIII–XIX веков ученые проверяли и перепроверяли закон Ньютона на движениях всех планет Солнечной системы, пока не обнаружили расхождение между ним и наблюдаемыми данными в движении Меркурия. Это то место, где в игру вступила уже общая теория относительности.

Однако в гравитации Ньютона оставалась одна существенная проблема, потому что никто не видел тех самых частиц, которые передают гравитационное взаимодействие от одного тела к другому. Ньютоновская гравитация устроена так, что взаимодействие между двумя телами зависит только от расстояния. Если вдруг по какой-то причине резко изменится положение одного из тел, то второе тело мгновенно почувствует это изменение в положении первого. И это была проблема дальнодействия, о которой Ньютон знал, она его очень беспокоила.

Аналогичную проблему дальнодействия мы имеем и в классической электродинамике в законе Кулона. Действительно, там тоже величина силы взаимодействия между двумя зарядами падает как обратный квадрат расстояния. Там проблема дальнодействия решалась за счет того, что присутствует электромагнитное поле. То есть заряд создает поле вокруг себя, а это поле, в свою очередь, действует на второй заряд. И если вдруг, например, один из зарядов начал трястись или его положение резко изменилось, то он создал электромагнитную волну, которая идет от него и доходит до второго заряда. Только тогда второй заряд почувствует изменения в положении первого заряда. Соответственно, уже из ньютоновской теории гравитации следовало, что должен существовать аналог электромагнитных волн, то есть должны существовать какие-то гравитационные волны. Однако в ньютоновской механике природа гравитационных волн была неясна.

доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института теоретической и экспериментальной физики имени А. И. Алиханова, доцент кафедры теоретической физики МФТИ, доцент факультета математики НИУ ВШЭ
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • Незнайка

    А как Галилей и Кеплер вообще обосновывали движение планет.
    Причину этого.

  • VZ

    — гравитация очень сложный вопрос. Данте слаб для этого. Слаб не то слово и мозги его слабы.
    Спасибо!

  • Незнайка

    Ну если у Данте слабы, что о моих говорить, но даже они в контексте гравитации воспринимают вокруг происходящее существенно не так как при взгляде без этого :).
    Взять колос пшеницы хотя бы, поразительное преодоление непрерывного гравитационного воздействия на этот процесс и с каким упорством и какими способами оно все равно преодолевается, при том что колосом не берется ничего иного кроме того, что вокруг есть. Это кстати может указывать на то, что гравитация вообще сила №1, все остальное от ее воздействия и даже возможность преодоления гравитационного воздействия благодаря гравитации исключительно. Это, скорей всего, сможет даже тему того, что все относительно несколько побеспокоить, поскольку сама то гравитация энергию ниоткуда не черпает, но является источником процессов которые порождают то, что считается энергией :).
    Так вот это все к тому, что далек от мысли, что больше никто этого «не видит» или «не видел» на протяжении веков, умы были судя по истории будь здоров, отсюда вытекает следующий вопрос — почему об этом молчат, а популяризируют какую то ерунду исключительно, называющееся «Пространство-Время» и которая ни о чем не говорит вовсе. Мне по крайней мере.

    Удалил это из одной из тем, ну да пусть тогда тут что ли будет:
    «…Это если исходить из того, что частицы сохраняют свои св-ва и структуру за горизонтом. Но, как и ранее уже отмечал, можно предположить не менее безумное и вне пределов «здравого смысла», (что еще ожидать от Незнайки), то, что за ГС частицы меняют не только свойства, но и структуру, на что указывать может отсутствие каких либо привычных проявлений массивных тел, в виде излучений и прочего, кроме неизменной гравитации, в следствии чего из за сверхпределов сжатия материя начинает «пропотевать» из тела элементы совсем с другими свойствами и структурой, а благодаря новым характеристикам они теперь могут это сделать и преодолевать это гравитационное сверхвоздействие для современных частиц и их св-в (мы тоже ходим по поверхности Земли вопреки всему, подвергаясь мощному гравитационному воздействию). Какие свойства неясно, но гравитирующие непременно.
    Два аспекта которые могут указывать на то, что такое возможно, это то, что электрон стабилен в той среде в которой находится сейчас ярды «лет», что позволяет ему сохранять такую стабильность? Что придало ему такие характеристики? Теперь другая частица будет столь же стабильна и станет накапливаться, сливаться в массивные тела… и т.д.
    Второй, это неизвестен предел давления, который может породить гравитация, как и то, как это повлияет на материю.

    И как уже отмечал много ранее, то что элементы сейчас такие это не потому, что это явление неизменное, неизменно гравитационное взаимодействие, а частицы могут менять свои св-ва и структуру. И кто знает сколько раз такой фокус уже проделывался и был ли в таком случае БВ или гравитация неоднократно уже выкидывала такой фокус с «пропотеванием» элементов с другими характеристиками при сверхдавлении.

    «

  • VZ

    — честно прочитал три раза и не понял — потрудитесь выразиться более проще.

  • Незнайка

    Честно пытался придумать как понятней описать, получалось сложнее, так что сорьки.
    Фильм нужно снимать, наглядно что бы. Под названием, например, «Наблюдение гравитационных взаимодействий вокруг нас в повседневности».
    Кинематограф много потерял без этого :).

    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    11 890
  • 2
    Гасан Гусейнов
    5 883
  • 3
    Михаил Соколов
    2 338
  • 4
    Андрей Цатурян
    2 153
  • 5
    ПостНаука
    2 096
  • 6
    Татьяна Тимофеева
    2 090
  • 7
    ПостНаука
    1 880
  • Новое

  • 1 880
  • 407
  • 2 090
  • 1 262
  • 1 331
  • 2 338
  • 11 890
  • 2 153
  • 2 096