Природа тяготения

Занимаясь приложением теории тяготения к разнообразнейшим явлениям, Лаплас не прошел мимо проверки основных принципов тяготения.

Размышляя о принципах тяготения, Лаплас говорит: «Является ли этот закон первичным законом природы? Не есть ли это лишь общее следствие некоторой неизвестной причины? Здесь наше незнание внутренних свойств материи ставит нам преграду и отнимает у нас всякую надежду удовлетворительно ответить на эти вопросы. Вместо того, чтобы создавать для этого гипотезы, ограничимся непосредственным изучением того, как принципы тяготения применяются геометрами».

Далее Лаплас очень кратко касается проверки свойств, приписываемых этими «геометрами» тяготению.

Как известно, среди физических явлений тяготение занимает особое положение, и для выяснения его природы было бы крайне существенно знать, существует ли экран для тяготения, т. е. можно ли чем-нибудь загородиться от действия тяготения. Многочисленные наблюдения заставляют признать, что тяготение проникает сквозь небесные тела так же свободно, как если бы этих тел не существовало. От тяготения ничем загородиться нельзя, для него не существует экрана, подобного тому, который существует для света или электричества.

Другая величина, также не установленная Ньютоном, — скорость распространения тяготения. Бесконечно ли она велика или конечна, и если конечна, то какова именно? В «Изложении системы мира» Лаплас говорит: «Сообщается ли притяжение от одного тела к другому мгновенно? Время передачи, если бы оно было для нас заметно, обнаружилось бы преимущественно вековым ускорением в движении Луны. Я предлагал это средство для объяснения ускорения, замеченного в упомянутом движении, и нашел, что для удовлетворения наблюдениям должно приписать притягательной силе скорость в семь миллионов раз большую, чем скорость светового луча. А так как ныне причина векового ускорения Луны хорошо известна, то мы можем утверждать, что притяжение передается со скоростью, по крайней мере в пятьсот миллионов раз превосходящей скорость света. Поэтому, не опасаясь какой-либо заметной погрешности, мы можем принимать передачу тяготения за мгновенную».

Так как скорость света составляет 300000 км/с, то по Лапласу минимальная скорость тяготения близка к 15·10¹² км/с. Хотя впоследствии и оказалось, что истинная теоретическая величина векового ускорения Луны вдвое меньше, чем ее нашел Лаплас, к его словам о скорости распространения тяготения нельзя прибавить ничего более определенного. До настоящего времени классическая механика (физика или астрономия) не может установить с определенностью, близка ли скорость тяготения к скорости света или же она бесконечно велика — мгновенна.

Помимо указанных выше вопросов, Лаплас в «Изложении системы мира» рассматривает, насколько справедливы основные положения теории тяготения: 1) тяготение действует между наиболее мелкими частицами тела; 2) оно пропорционально массам тел; 3) оно обратно пропорционально квадратам расстояния между ними; 4) оно одинаковым образом действует на движущееся и на покоящееся тело. Лаплас приводит факты и соображения, на его взгляд, бесспорно подтверждающие правильность этих основных положений.

К сказанному им современная наука ничего принципиально нового добавить не может. До наших дней физическая сторона природы тяготения в классической физике осталась столь же неясной, как была. Только теория относительности Эйнштейна, подходящая к физике с принципиально новой точки зрения, дала возможность рассматривать природу тяготения в совершенно новом свете.

В рамках классической физики, к которой относится теория тяготения Ньютона, силы тяготения отличаются от всех других сил, и попытки их объяснить ни к чему не приводят. Но в общей теории относительности Эйнштейна тяготение может распространяться от одного тела к другому со скоростью света посредством волн гравитации. Попытки их обнаружить экспериментально, начаты Вебером в США и повторявшиеся другими исследователями, показали недостаточную для этого точность аппаратуры и до настоящего времени к успеху не привели. В некоторых теориях предполагается, что тяготение, гравитационные волны создаются излучением особых частиц — гравитонов, выделить которые пока не удалось. С точки зрения общей теории относительности закон тяготения является приближенным, осуществляющимся вполне при движениях тел со скоростями, которые гораздо меньше скорости света. Квантовая теория гравитационного поля еще не создана, но экспериментально подтвержден ряд выводов релятивистской теории тяготения. Так, наблюдения показали, что в сильном поле тяготения лучи света отклоняются — положения звезд, находящихся вблизи Солнца, немного отклоняются от тех, которые указаны в звездных каталогах (наблюдения производились при полных затмениях Солнца).

Выше мы постарались дать представление о решении некоторых труднейших и важнейших задач. Пересказывать и попутно еще сопоставлять с современными данными все гигантское содержание науки, которое дал в «Изложении системы мира» Лаплас, конечно, немыслимо. Его космогоническую гипотезу мы рассмотрим далее. Не исключено, что в свое время она больше всего интересовала читателей книги Лапласа и представляет особый интерес.