Історія

Історія відкриття закону всесвітнього тяжіння

Сучасна наука про тяжіння почала виникати в епоху наукової революції. Один із основоположників природознавства, Галілео Галілей першим почав проводити досліди з падінням тіл, використовуючи зокрема Пізанську вежу, та скочування з похилої площини. Своїми експериментами він довів, що прискорення, яке отримують тіла в полі тяжіння Землі, не залежить від їхньої ваги, спростувавши твердження Аристотеля, що важчі тіла падають швидше. Галілей правильно інтерпретував відхилення від свого твердження як наслідок опору повітря. Досліди Галілея відкрили шлях до Ньютонової теорії всесвітнього тяжіння.

Робота над «Математичними началами натуральної філософії» або в сучасних термінах «Математичними основами фізики» почалась в 1682 році на хвилі інтересу до комети Галлея, яка в черговий раз наблизилась до Землі. Для того, щоб пояснити її рух навколо Сонця, 26-річний Едмун Галлей звернувся до професора Кембріджського університету Ісаака Ньютона. За два роки той надіслав Галлею свій трактат «Рух тіл по орбіті», який згодом допрацював, а в 1686 році — його розширений варіант, в якому Ньютон сформулював закони руху і гравітації, якими пояснив еліптичність орбіт планет Сонячної системи і комет.

На гроші Галлея «Математичні начала натуральної філософії» вийшли друком 6 липня 1687 року в кількості 120 примірників, які були продані за чотири роки (непоганий результат для наукових праць тих років). На відміну від своїх попередників Ньютон відмовився від якісного опису природних явищ, а зосередився на кількісному розрахунку результатів їх дії. Крім того, він визначив базові поняття механіки, причому ввів декілька нових, включаючи такі найважливіші фізичні величини, як маса, зовнішня сила і кількість руху, а також сформулював три закони механіки і закон всесвітнього тяжіння. З його допомогою, спираючись на емпіричні закони Кеплера, вдалось пояснити еліптичність планетарних орбіт і розрахувати швидкість руху планет навколо Сонця.

Запропонована цілісна математична модель для опису руху фізичних тіл і їх взаємодії дозволила не тільки підтвердити істинність геліоцентричної системи Коперника, але й розвинути її — за Ньютоном Сонце підчиняється загальним законам руху, які справедливі і для планет Сонячної землі, і для Місяця, і для комет. Йому також вдалось пояснити фізичні причини приливів-відливів, особливості орбіти Місяця і розрахувати його масу.

У 1916 році на зміну теорії Ньютона прийшла загальна теорія відносності, розроблена Альбертом Ейнштейном. У цій теорії гравітаційна взаємодія пов'язана з викривленням простору-часу поблизу масивних тіл. Різниця між теоріями Ньютона і Ейнштейна виявляє себе лише тоді, коли тіла рухаються зі швидкістю близькою до швидкості світла або гравітаційні поля є дуже сильними (наприклад поблизу нейтронних зірок та чорних дір). Для більшості практичних потреб, коли справа стосується слабких гравітаційних полів і невеликих швидкостей, Ньютонове формулювання є достатньо точним.