Шрифт:
Закладка:
Сердцевиной ньютоновских «Начал» был закон всемирного тяготения. Для нас с вами идея гравитации настолько привычна, что мы едва ли можем оценить всю ее значимость. Люди всегда знали, что тяжелые тела падают на землю. Но теория Ньютона была гораздо сложнее. Он утверждал, что любое материальное тело, будь то яблоко или Земля, обладает невидимой силой, которая притягивает к себе любое другое материальное тело. Иными словами, когда яблоко падает на Землю, Земля и яблоко притягивают друг друга. Более того, Ньютон сумел описать эту силу с математической точностью: нужно просто умножить массы двух тел и разделить произведение на квадрат расстояния между ними. Это объясняло, почему тела с большей массой (например, Земля) создают более сильное гравитационное притяжение, чем тела с меньшей массой (например, яблоко), и почему на большом расстоянии тела оказывают друг на друга меньшее гравитационное влияние, чем будучи расположенными близко друг к другу.
Как у Ньютона родилась эта идея? Вопреки популярной легенде, не потому, что ему на голову упало яблоко. В ключевом фрагменте «Начал» Ньютон ссылался на эксперименты французского астронома Жана Рише. В 1672 г. Рише посетил французскую колонию Кайенна в Южной Америке. Экспедиция была организована на деньги короля Людовика XIV, финансировавшего Королевскую академию наук в Париже, а также при поддержке Французской Вест-Индской компании, предоставившей корабль, на котором Рише пересек Атлантику. В Кайенне Рише провел ряд астрономических наблюдений, уделив основное внимание движению планет и каталогизации звезд в районе экватора. Эти новые астрономические данные, помимо прочего, могли пригодиться мореплавателям для расчета местоположения в море и тем самым позволить французскому военно-морскому флоту совершать походы по всему миру. Королевская академия наук была основана в 1666 г. для поддержки научных путешествий именно такого рода. Жан-Батист Кольбер, министр финансов при Людовике XIV, убедил короля учредить национальную научную академию, деятельность которой способствовала бы дальнейшей экспансии Французской империи. Выбор Кайенны в качестве цели для одной из первых научных экспедиций был весьма показателен: эта колония недавно вернулась под контроль Франции в результате Второй англо-голландской войны (1665–1667 гг.). Отправляясь в Кайенну, Рише тем самым предъявлял как научные, так и территориальные претензии от лица французского государства{164}.
В Кайенне Рише также провел ряд экспериментов с маятниковыми часами – сравнительно новым (1653 г.) изобретением голландского математика Христиана Гюйгенса. Гюйгенс понял, что маятник качается с постоянной скоростью, пропорциональной его длине[4], что делает его идеальным средством для измерения времени. В частности, маятник длиной чуть менее метра совершает одно колебание из стороны в сторону ровно за одну секунду. Этот «секундный маятник» оказался исключительно полезным инструментом для астрономов, которые занимались отслеживанием движения звезд и планет. Но Рише столкнулся со странной проблемой. В Кайенне он обнаружил, что его тщательно выверенные в Париже часы вдруг начали отставать: колебание маятника из стороны в сторону занимало более секунды. За сутки отставание составляло больше двух минут. Длину маятника Рише проверял и перепроверял еще во Франции. Но здесь, в Южной Америке, для восстановления правильного хода часов потребовалось немного уменьшить длину маятника{165}.
Это озадачило Рише, и несколько лет спустя он повторил эксперимент. В 1681 г. Королевская академия наук дала ему денег на вторую поездку, на этот раз в Западную Африку. И вновь экспедиция Рише переплелась с миром рабства и колониальной экспансии. Он сел на корабль французской Сенегальской компании и через два месяца плавания прибыл на остров Горе́ недалеко от побережья Сенегамбии, исторической области на территории современного Сенегала. Как и Кайенна, Горе был французской колонией, недавно отвоеванной у голландцев. Небольшой остров служил удобной базой для французских работорговцев. Тысячи африканских мужчин, женщин и детей томились здесь в тесных и душных подвалах в ожидании отправки в Новый Свет. Рише поселился в комнатах, расположенных над одним из таких подвалов, и, как жаловался его помощник в характерной для тех времен расистской манере, «нам приходится жить рядом с неграми». Через четыре месяца после проведения экспериментов с маятником на Горе Рише вновь пересек Атлантику – и вновь на корабле французской Сенегальской компании, который на этот раз вез более 250 африканских рабов на Карибы, в Гваделупу. Здесь, в самом сердце французской работорговли, Рише подтвердил свои прежние наблюдения. Ближе к экватору секундный маятник действительно замедлялся. Как и на Горе, в Гваделупе маятник приходилось укорачивать примерно на четыре миллиметра, чтобы часы правильно показывали время{166}.
Чем можно было объяснить такую разницу? Почему маятник во Франции вел себя иначе, чем в Южной Америке и Западной Африке? На то не было никакой очевидной причины: в конце концов, законы физики везде одни и те же. Рише исключил и влияние климата, убедившись, что сам маятник от тропической жары не расширяется.
Но Ньютон быстро осознал, что́ означало сделанное Рише наблюдение. В «Началах» он провозгласил, что сила тяжести в разных местах Земли неодинакова: существует «избыток силы тяжести в северных широтах по сравнению с силой тяжести на экваторе». Это была радикальное предположение, которое, казалось, противоречило здравому смыслу. Но Ньютон произвел расчеты и показал, что его формулы для расчета силы гравитации в точности объясняют результаты, полученные Рише в Кайенне и на Горе. Сила тяжести становилась слабее вблизи экватора{167}.
Из всего этого следовал второй вывод – на первый взгляд, еще более спорный. Если сила тяжести была переменной, значит, Земля – не идеальная сфера. На самом деле, утверждал Ньютон, Земля должна иметь форму «сфероида», сплющенного на полюсах наподобие тыквы. Это объясняло, почему сила тяжести слабела ближе к экватору, где Земля была наиболее выпуклой. «Земля на экваторе должна быть выше, нежели на полюсах, примерно на 17 миль», – писал Ньютон. Иными словами, когда Рише испытывал свой маятник на острове Горе, он словно бы стоял на высочайшей вершине (гораздо более высокой, чем любая существующая вершина на Земле). Согласно выведенному Ньютоном закону обратных квадратов, сила тяжести на Горе была меньше, потому что маятник здесь находился намного дальше от центра Земли, чем в Париже{168}.
Известна фраза Ньютона из письма английскому астроному Джону Флемстиду: «…как ведомо всему миру, сам я не делаю никаких наблюдений». Историки науки зачастую рассматривали это как свидетельство, что Ньютон был чистым теоретиком, мало связанным с внешним миром. На самом же деле Ньютон имел в виду, что он руководствовался наблюдениями, сделанными другими людьми со всего земного шара. Эксперименты Рише – лишь один из примеров: Ньютон в своих «Началах» опирался на великое множество данных. Среди них – данные о приливах, собранные служащими Британской Ост-Индской компании на обратном пути из Китая, наблюдения за кометами, сделанные рабовладельцами в Мэриленде, и многое другое. В библиотеке Ньютона было вдвое больше книг о путешествиях, подробно описывающих дальние странствия, чем по астрономии: возможно, это наиболее показательный факт. Ньютон, связанный с глобальным имперским и научным миром посредством Королевского общества и Королевского монетного двора, сумел собрать внушительную подборку информации. Именно это позволило ему кардинально изменить представления человечества о фундаментальных физических силах, управляющих Вселенной{169}.
Нет ничего удивительного в том, что сегодня «Начала» – общепризнанный и несомненный научный шедевр. Но во времена Ньютона его идеи казались более чем спорными. Большинство английских мыслителей приняли выводы «Начал» сравнительно быстро, но в континентальной Европе многие были настроены скептически. Авторитетный швейцарский математик Николай Бернулли раскритиковал теории Ньютона как «непостижимые», а великий немецкий соперник Ньютона Готфрид Лейбниц указал на «сверхъестественные» свойства гравитации. Многие отдавали предпочтение «механистической философии» французского математика Рене Декарта. В своих «Первоначалах философии» (1644) Декарт отрицал возможность существования любой невидимой силы наподобие тяготения, настаивая, что сила может передаваться только посредством прямого контакта. Исходя из собственной теории материи, Декарт также предполагал, что Земля должна быть скорее вытянутой, как яйцо,
