Люди любят легенды. Каждый знает историю о том, как Ньютон отдыхал в своем саду и как яблоко упало ему на голову.
Так рассказывают об открытии закона всемирного тяготения. Все правдоподобно в этой истории. Надо объяснить только одно: что же открыл Ньютон. То, что яблоко падает на землю, знали все. Аристотель учил, что движения бывают трех сортов: тяжелые тела падают вниз, легкие (дым) стремятся вверх, а небесные (идеальные) катятся по сферам, описывая окружности. Даже предположение о том, что Земля притягивает яблоко, не было новым. В 1538 г. Фраскатор писал, что все тела взаимно притягиваются. Гильберт и Бэкон считали Землю магнитом. Кеплер, младший современник Галилея, говорил о действии Солнца на Землю и правильно объяснял причину приливов.
Наверное, были и другие ученые, которые понимали, что между телами действуют силы притяжения. Эта идея, как принято говорить, носилась в воздухе, и к тому времени, как Ньютон представил Королевскому обществу в Лондоне свою огромную рукопись «Математические начала натуральной философии» (28 апреля 1686 г.), приоритет его оспаривали несколько англичан (Гук, Врен, Галлей). Все они знали, что сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния и что движения планет объясняются этим законом. Ньютон очень задержался с опубликованием открытого им закона, о котором он знал уже в 1666 г., когда делал первую попытку построить теорию движения Луны. Эта попытка была неудачной из-за того, что Ньютон использовал в расчетах известное в то время неверное значение радиуса Земли. Но, конечно, не один только приоритет определяет величие открытия Ньютона. В работах Ньютона закон всемирного тяготения предстал как наиболее общий закон Вселенной, и на его основе была построена строгая математическая теория, далеко превзошедшая по своей завершенности отрывочные и часто неточные заключения его современников. Великими «Началами» Ньютона открылась новая наука — небесная механика. Движение Луны, планет, а затем звезд, галактик и, наконец, самой Вселенной стало понятно человеку.
Впервые было обнаружено, что законы космоса не отличаются от законов земных. В отличие от своих современников Ньютон смотрел на проблему как математик. Он не мог удовлетвориться общими рассуждениями о тяготении, ему необходимо было, как теперь говорят, хорошее согласие теории с опытом. Ньютон написал уравнения механики; до него вообще нельзя было решить какую-нибудь задачу точно. Галилей объяснял законы падения тел с помощью прогрессий, Гук вообще не знал, как проверить закон обратных квадратов. В те времена никто даже толком не понимал, что такое сила. Все изменилось после того как Ньютон написал свои уравнения. Сила теперь оказалась связанной с ускорением, а с помощью созданного Ньютоном же математического анализа можно было решать написанные уравнения. Современники Ньютона ни решать, ни даже писать уравнения не умели. Ньютона надо считать родоначальником теоретической физики: он первый из естествоиспытателей перешел от качественного описания явлений к их строгой математической теории. С этих пор теория могла быть признана только в том случае, если она давала объяснение числам, полученным из опыта. Когда мы в наше время восторгаемся точностью квантовой электродинамики, объясняющей самые тонкие детали атомных спектров, мы знаем, что в этом отражается тот дух теоретической физики, который был создан гением Ньютона.
Задача Ньютона была не из легких. Ему понадобилось несколько лет, чтобы понять, как применить закон всемирного тяготения к Земле и Луне, которые никак нельзя считать материальными точками. Только доказав теорему — первую теорему в теории тяготения, — что тело со сферически симметричным распределением масс притягивает другие тела, как материальная точка той же массы, Ньютон счел возможным применить свой закон к движению Луны.
Так на самом деле в легенде о яблоке отразилось свидетельство о многолетнем титаническом труде, превратившем гипотезу в физическую теорию. После Ньютона осталась нерешенной вторая часть проблемы. Формулы и уравнения не могли прояснить природу тяготения. Сам Ньютон по этому поводу сказал: «Причину этих свойств тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезою. Но гипотезам метафизическим, физическим, механическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии». Такая программа определила развитие физики на следующие двести лет. Считалось, что объяснение явления должно состоять в том, чтобы сопоставить ему не очень сложную механическую модель. Так, для того чтобы объяснить тяготение, надо было придумать какую-то среду, по которой тяготение распространяется, — эфир.
Чтобы понять, как думал об этом Ньютон, прочтите его слова, которыми он завершает «Свои математические начала натуральной философии»:
«Теперь следовало бы добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силою и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются, наэлектризованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждает всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, передаваясь именно колебаниями этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам. Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного запаса опытов, коими законы действия этого эфира были бы точно определены и показаны».
Так думал о единой картине мира Ньютон. Как много предстояло сделать: разделить разнородные явления, классифицировать их, чтобы можно было построить теорию. Ньютон стоял у истоков. Вряд ли мы сейчас знаем, как далек еще путь до истины.