Как люди изучали свою Землю
Шрифт:
Ньютон действительно давно рассуждал о причинах, удерживающих Луну на своей орбите. Искал силы, заставляющие наш спутник обращаться вокруг Земли. Упорно думал, пока ему не открылась вдруг простая истина. Да ведь для такого движения никакой дополнительной силы, кроме притяжения, и не нужно! Помните закон, гласящий, что ежели на тело не действует никакая посторонняя сила, то оно летит себе прямо с постоянной скоростью. Не так ли движется и Луна? Она летит себе прямолинейно в пространстве, а притяжение Земли ее все время заворачивает. И Луна падает, падает на Землю, но никак не может упасть...
Для окончательного вывода Ньютону нужны были точные сведения об орбите Луны и периоде ее обращения. Он попросил представить
Ньютон просил пока не публиковать его сообщения, но зарегистрировать его в королевском обществе на случай споров о приоритете. Спустя год эта работа увидела свет.
— Мистер Ньютон разработал руду, которую я накопал, — не без сарказма заметил Флемстид.
— Если он накопал руду, то я смастерил из нее золотое кольцо, — парировал Ньютон, который хоть и не любил споров, но и в долгу не оставался, когда о его работе отзывались без должного уважения.
Конечно, одной теории Луны было недостаточно для утверждения о всеобщности закона всемирного тяготения. Но вслед за расчетами лунного движения последовали расчеты движения и многих других небесных тел, и замечательное уравнение Ньютона обрело статус всемирного закона.
Вы, наверное, помните его формулу
F = G(M1*M2)/R2,
где F — сила притяжения, М1 и М2 — массы притягивающихся тел, R—расстояние между ними, а G — гравитационная постоянная, или коэффициент пропорциональности в законе тяготения, который еще предстояло определять.
Пользуясь созданной теорией, Ньютон сумел определить отношения масс небесных тел. Например, отношение массы Земли к массе Солнца, массы Юпитера к массе Солнца. Но вычислить массу каждого тела по отдельности никак не удавалось. Для этого нужно было точно знать коэффициент пропорциональности, то есть гравитационную постоянную. А для ее определения следовало поставить очень тонкие опыты по измерению притяжения двух тел с известными массами.
Даже через полвека после Ньютона величина гравитационной постоянной так и не была выяснена. Сила притяжения в лабораторных условиях была столь ничтожной, что для ее измерения нужны были какие-то сверхчувствительные и сверхточные весы.
В 1774 году новый королевский астроном Невил Маскелайн вместе с профессором математики Чарлзом Хуттоном решили измерить наконец плотность и массу Земли окончательно. Для этого они занялись наблюдением отклонения маятника от отвеса силой притяжения горного хребта в Пертшире. Вес маятника ученые знали. Знали и среднюю плотность горных пород хребта. После долгих измерений и расчетов англичане получили какие-то величины. Но веры в них не было. Слишком много источников ошибок таил в себе способ вычислений. И, таким образом, работа Маскелайна и Хуттона должна быть признана неудачной.
Примерно тогда же другой английский ученый Джон Митчел предложил заменить горный хребет парой тяжелых шаров. Однако опыт получался таким тонким и сложным, что было непонятно, кто сумеет его выполнить. Взялся за это известный физик и химик Генри Кавендиш. Он был настолько удивительным человеком и таким талантливым ученым, что я хотел бы рассказать о его жизни подробнее. Только, пожалуй, я это сделаю в «прибавлении». А сначала расскажу
Ученый прикрепил пару маленьких металлических шариков к легкой планке, подвешенной на тоненькой медной проволочке. К этим шарикам Кавендиш подносил тяжелые свинцовые шары и измерял, на сколько при этом, из-за возникшего притяжения, поворачивалась планка и закручивалась проволока.
Он сделал столь чувствительную аппаратуру, что ему пришлось поместить всю экспериментальную установку в ящик, ящик поставить в наглухо закрытую комнату и наблюдения производить из другого помещения, через окно при помощи телескопа.
С 5 августа 1797 года и по 23 мая 1798 года Кавендиш проделал семнадцать опытов и вычислил удельный вес, или плотность Земли. Его результат расходился с тем, что насчитали Хуттон и Маскелайн. И никто не мог отыскать причины этого расхождения.
Позже, когда французский астроном и математик Пьер Лаплас опубликовал свои теоретические расчеты плотности Земли, исходя из уплощения ее фигуры и изменения силы тяжести, о результатах Кавендиша забыли. Цифры Лапласа были ближе к тем, что получили Маскелайн и Хуттон. Однако прошло время и измерения, произведенные Кавендишем, повторялись снова и снова. Последний опыт был произведен уже в сороковые годы нашего столетия американским ученым Гейлом из Национального бюро стандартов в Вашингтоне. Он использовал стальной цилиндр массой в шестьсот шесть килограммов и шарики по пятьдесят граммов на коромысле из золота и платины. Интересно отметить, что после перевода результатов Кавендиша в современные единицы разница между опытами 1797-го и 1946 годов составила всего 0,2%. Это еще раз говорит о таланте экспериментатора Генри Кавендиша, к описанию жизни которого я перехожу.
В 1731 году в семье лорда Карла Кавендиша, герцога Девонширского, родился второй сын. Ребенок увидел свет в Италии. Но два года спустя, когда Генри только начинал говорить, мать умерла.
Мальчика ждала незавидная судьба младших отпрысков английских аристократических фамилий. Генри не мог наследовать ни герцогского титула, ни богатства. Усвоив эту истину еще в детстве, мальчик навсегда отказался от честолюбивых планов, сосредоточив весь свой интерес на естествознании. Он получил хорошее домашнее воспитание. Отец, питавший некоторую склонность к науке, довольно много занимался метеорологией. Он привлекал младшего сына к своим опытам, учил строить приборы и непременно добиваться точности результатов. Он же научил мальчика радоваться этой точности, видеть в ней достижение.
Генри рос нелюдимым, замкнутым ребенком. На каждое замечание реагировал он болезненно, подозревая покушение на свою независимость, самостоятельность и гордость.
Довольно поздно — по сравнению с другими подростками — поступил он в Питерхаус: дешевый колледж Кембриджского университета. Но проучился там недолго.
В Кембридже существует многовековая традиция «страшного тройного экзамена» — трайпоса. Почему он так называется, сказать трудно. Может быть, потому, что некогда экзаменующий восседал на высоком трехногом табурете, пользуясь неограниченным правом язвительного опроса и прямого издевательства над экзаменующимся. А может быть, просто причина заключалась в трехступенчатости испытания и в трех степенях отличий.