Хаос III : Немного механики

Яблоко и луна

Предыдущая глава Следующая глава

В физике долгое время преобладали идеи Аристотеля. Третья глава фильма начинается с их напоминания: «У каждого объекта есть своё место, и если мы сдвинем его, он будет пытаться вернуться к нему... Всё, что нас окружает, стремится к своему естественному равновесию. Яблоко падает, поскольку такова его природа. Луна вращается вокруг Земли, потому что такова её природа.»

 

И лишь в 17-м веке, вслед за работами многочисленных ученых, в особенности Галилео Галилея (1564—1642), изучавшего падение тел, Исаак Ньютон  (1643—1727) сформулировал всемирный закон тяготения:

«Два тела притягиваются с силой, пропорциональной массе каждого из этих тел, и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.»

 

 

Все тела, например, яблоко или Луна, притягиваются Землёй. Сила тяжести действует на всё, что нас окружает. В окрестности яблони сила тяжести почти постоянна. Как только яблоко срывается с ветки, сила тяжести начинает изменять его скорость. В этом заключается вторая великая идея Ньютона: сила изменяет скорость.

Но Ньютон идёт дальше и объясняет, как вычислить траекторию тела, если нам известны действующие на него силы. Формула Ньютона — одна из самых простых и в то же время самых фундаментальных в физике: F=m·a . Здесь F — сила, m — масса, a — ускорение.  Зная силы, действующие на тело, и его массу, из этой формулы можно найти ускорение. Если, кроме того, мы знаем начальное положение и скорость тела, хрустальный шар Ньютона позволяет нам однозначно определить будущее движение тела.

Теперь у нас есть всё, чтобы наблюдать восхитительную хореографию планет: три планеты, на которые действуют только силы их взаимного притяжения, прекрасно могут путешествовать по одной периодической траектории. И есть ещё множество других красивых хореографий!

На вопрос, почему Луна не падает на Землю, Ньютон отвечает так: на самом деле, она падает, так же, как и яблоко! Если бы не было взаимного притяжения, Луна двигалась бы по прямой траектории и улетела бы далеко от Земли. Но сила притяжения изгибает траекторию Луны, так что она пребывает в вечном падении на Землю. Если бы скорость Луны стала чуть меньше, или сила притяжения чуть сильнее, катастрофа была бы неизбежна...

Изучение солнечной системы, с её восемью главными планетами и тысячами второстепенных объектов, безусловно, непросто. Что же можно сказать об атмосфере с её бесчисленным множеством молекул? Изучение траекторий векторного поля, зависящего от огромного числа переменных — вот настоящий вызов, брошенный нам великим Ньютоном.

 

Предыдущая глава Следующая глава