Он пришел и открыл высший закон,
Вечный, универсальный, единственный, неповторимый, как сам
Бог,
И смолкли миры, и он изрек: "ТЯГОТЕНИЕ",
И это слово было самим словом творения.
Следует сказать, что на самого Ньютона и дальнейшую
интерпретацию его идей оказали заметное влияние так называемые
кембриджские платоники (в Кембридже, где творил Ньютон, всегда,
вплоть до наших дней, были сильны и живучи мистические
традиции). Сам Ньютон -- хотя об этом и не любят вспоминать, а
тем более писать -- также не чурался мистицизма: он всерьез
интересовался вопросами астрологии и даже алхимии. Отсюда -- и
известный иррационализм, невозможность вразумительного
объяснения природы гравитационных сил. Кстати, до сих пор нет и
общепризнанного объяснения, что же такое сила или что такое
масса.
И все же с помощью открытых Ньютоном простейших формул, в
которых участвуют только массы тел и силы, действующие между
ними, удается описать процессы взаимодействия любых
материальных объектов природы -- живых и неживых, земных или
космических. При этом не следует забывать, что силы
взаимодействия между телами не являются у Ньютона какими-то
абстракциями (например, векторами, как их изображают при
математическом описании задач механики), а вполне материальными
силами, возникающими как результат действия масс материальных
тел при их ускоренном или замедленном движении. Благодаря своей
материальности силы ограничены быстродействием и дальностью
действия. Убедиться в этом можно на любом примере. Каждый из
нас, пользуясь силой своих мышц, замечает, что их
быстродействие ограничено, а сама сила является результатом
преобразования в материальных телах одних видов энергии в
другие (аналогичные примеры можно наблюдать при силовом
действии пружин, упругих тел и т. п.).
Классическая механика установила, что массы тел не
исчезают и не возникают из ничего, а физические процессы не
могут протекать без сил. Кроме того, протекание физических
процессов между телами является объективной реальностью и не
зависит от наблюдателя, если он не оказывает силового
воздействия на этот процесс. Еще одна особенность классической
механики: в ней нет абсолютизации скорости движения тел, она
справедлива и может быть использована для любых скоростей
движения тел, без ограничения. Однако, Ньютон был деистом:
первопричиной (точнее -- первотолчком природы) он считал Бога.
Потому при чтении ньютоновских трудов встречаются формулировки,
которые могут трактоваться различным образом. Например, такая
формулировка, как "природа подчиняется математическим законам",
требует специального пояснения. Дело в том, что
абстрактно-математический аппарат лишь описывает объективные
закономерности природы (например, тяготение) и помогает в их
познании. Напрямую утверждать, что математические
закономерности лежат в основе природы, нельзя. Ибо, по
существу, это означает признание первичности идеальных
абстракций по отношению к объективной реальности. Поэтому и
приходится делать соответствующую поправку, чтобы исключительно
важная роль математики все же не абсолютизировалась и не
приводила тем самым научное познание к крену, чреватому далеко
идущими последствиями. Но полностью избежать "волчьих ям"
удается не всегда и не всем. Некоторые современные истолкования
тяготения -- характерный тому пример.
ДВИГАТЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ
В процессе общей работы и дискуссий с В.П. Селезневым
удалось найти нетривиальный подход к пониманию природы сил
тяготения и той роли, которую они играют во Вселенной. Ниже
излагается данная концепция, как она впервые была представлена
в нашей совместной и уже цитированной книге "Мироздание
постигая: Несколько диалогов между философом и
естествоиспытателем о современной научной картине мира" (М.,
1989).
В классической механике небесные тела, притягиваясь
взаимно с помощью гравитационных полей, движутся под действием
сил тяготения и инерции по некоторым орбитам в космическом
пространстве, которое отождествляется с пустотой. Однако эта
идеальная картина Вселенной не согласуется с реальным
состоянием космического пространства. Установлено, что это
пространство содержит рассеянные молекулы веществ, атомы, ионы,
электроны, фотоны и другие частицы, крупные тела -- метеориты
и, наконец, -- множество различных полей. Плотность
распределения этих частиц и полей в пространстве неравномерная,
однако при движении больших небесных тел -- галактик, звезд и
планет -- такая "запыленная" среда может оказывать
сопротивление. Вследствие этого небесные тела должны постепенно
терять свою кинетическую энергию и сближаться под действием сил
тяготения. Для Солнечной системы это означало бы, что с
течением времени Луна, например, упала бы на Землю, а Земля и
другие планеты -- на Солнце.
Тем не менее, несмотря на эти условия, небесные тела в
течение времени, исчисляемого миллиардами лет, сохраняют
параметры своих орбит практически неизменными, а Вселенная в
целом существует вечно. Чтобы сохранить подобное почти
стационарное состояние Вселенной, необходимо иметь какой-то
источник энергии, который позволял бы скомпенсировать расходы
энергии, затрачиваемые на сопротивление космической среды.
Существует ли он в природе? Этот вопрос является исключительно
сложным, но зато -- и особенно интересным. По существу, речь
идет о том, существует ли некоторый единый механизм --
"Двигатель Вселенной", поддерживающий определенное ее
состояние.
В первом приближении классическая небесная механика дает
на это следующий ответ: Вселенная поддерживается в определенном
динамическом равновесии с помощью сил тяготения небесных тел и
сил инерции их масс без учета материальности космической среды.
Конечно, математическая модель даже такой Вселенной чрезвычайно
сложная, но принципиально ее можно описать и даже
промоделировать с помощью современных ЭВМ. Однако реальная
структура космического пространства создает некоторый эффект
торможения движению небесных тел. Небесная механика позволяет
исследовать и этот эффект, однако она не дает ответа на вопрос
- почему же Вселенная преодолевает торможение движения небесных
тел и откуда она находит энергетические ресурсы для
восстановления расходуемой энергии? Чтобы выявить подобные
энергетические ресурсы, необходимо более детально рассмотреть
особенности гравитационного взаимодействия между небесными
телами.
Распределенная масса небесных тел приводит к существенному
изменению гравитационных взаимодействий между телами. Поскольку
каждая материальная частица небесного тела является источником
гравитационного поля, результирующее (или суммарное) поле
жестко связано с телом и участвует в его вращении вокруг центра
масс как одно целое. Это означает, что гравитационное поле не
только охватывает значительное пространство вокруг тела, но и
вращается вместе с телом, увлекая за собой все другие внешние
взаимодействующие материальные объекты. Но вращение
гравитационного поля небесного тела само по себе не может
служить источником дополнительной энергии. Нужен какой-то
дополнительный эффект в небесной механике. И вот здесь-то и
требуется сделать еще один шаг в изучении гравитационного поля,
основанный на учете влияния относительного движения тел на силу
их взаимного притяжения. В статических условиях, когда тела
неподвижны относительно друг друга, сила Q0 их взаимного
притяжения пропорциональна произведению масс этих тел и обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон
всемирного тяготения).
Что же произойдет с силой притяжения, если тела будут
сближаться или ударяться относительно друг друга с некоторой
скоростью V? Поскольку скорость распространения гравитационного
поля относительно излучающего тела имеет конечную величину
(обозначим С -- скорость поля относительно излучающего тела),
следовательно, она зависит также и от скоростей относительного
движения тел (полагаем, что закон сложения скоростей справедлив
для всех материальных объектов, включая и физические поля).
Благодаря этому сила Q гравитационного притяжения будет
зависеть не только от масс тел и расстояний между ними, но и от
величины относительной скорости V. Установлено, что при
сближении тел, летящих со скоростью V, сила их взаимного
притяжения Q будет несколько меньше, чем ее статическое
значение Q0(QQ0).
Зависимость силы Q от скорости V может иметь сложный нелинейный
характер.
Между тем зависимость силы взаимного тяготения тел от
относительной скорости между ними в классической механике не
была учтена. Однако влияние относительного движения тел на
физические процессы взаимодействия между ними проявляется
повсеместно в природе. В частности, при больших скоростях
относительного движения, близких к скорости света, происходят
релятивистские эффекты, вызванные существенным изменением сил
взаимодействия. Какое же новое качество вносится в небесную
механику при количественном изменении сил всемирного тяготения,
вызванном скоростями относительного движения тел?
Прежде чем делать широкое обобщение о влиянии скоростей
относительного движения тел в небесной механике, необходимо
рассмотреть пример, позволяющий уяснить существо данной
проблемы для земных условий. Предположим, что наблюдатель
находится внутри космического корабля, летящего вокруг Земли в
направлении ее вращения по экваториальной круговой орбите с
периодом Т более суток (Т>24 часов). Земное гравитационное поле
вращается вместе с Землей и совершает один оборот за сутки,
обгоняя космический корабль (рис. 106). Рассматривая движение
Земли, наблюдатель обнаружит, что поверхность ее восточного
полушария будет удаляться от корабля, а западного --
приближаться к нему вследствие вращения Земли вокруг своей оси.
Разделим мысленно массу mо Земли на западную и восточную
половины полушарий и заменим эти массы на эквивалентные
материальные точки (с массами 1/2m0), расположенные в центрах
масс полушарий (точки О1 и O2 на расстоянии 1 друг от друга).
Если соединить прямыми линиями центры масс земных полушарий и
центр массы корабля (точка О с массой m), то образуется
равнобедренный треугольник с углом d при вершине (точка О).
Сила Q1 гравитационного тяготения западного полушария
направлена по линии O1O, а восточного -- (Q2) -- по линии O2O.
Вследствие суточного вращения Земли с угловой скоростью
массы всех частиц восточного полушария будут удаляться от
корабля, а западного -- приближаться. По этой причине сила
тяготения эквивалентной материальной точки восточного полушария
(Q2) несколько увеличится, а западного полушария (Q1) --
уменьшится. Сумма проекций сил Q1 и Q2 на радиус-вектор,
соединяющий центры масс всей Земли и корабля, образуют вектор
радиальной силы тяготения Qр. Сумма проекций этих сил на
касательную к орбите корабля Qт определяет собой тангенциальную
силу. Роль таких сил в динамике движения космического корабля
следующая.
Радиальная сила Qр, будучи уравновешенной центробежной
силой, создаваемой массой корабля при движении по орбите,
обеспечивает определенную величину орбитальной скорости в
соответствии с известными ньютоновскими расчетами (скорость
обратно пропорциональна корню квадратному из расстояния от
