Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

Но главная характеристика гравитации состоит в её универсальности. Это означает, что даже самые крохотные клочки материи воздействуют друг на друга с помощью силы тяготения. Следовательно, планета подчиняется влиянию не только Солнца, но и остальных планет. Возьмём в качестве примера Землю. Максимальное гравитационное воздействие на неё оказывают Юпитер (самая большая планета в Солнечной системе, масса которой равна примерно 1/1000 массы Солнца) и Венера, находящаяся рядом с нашей планетой. Их влияние различается в разные временные периоды, потому что Юпитер движется по орбите вокруг Солнца медленнее Земли, а Венера — быстрее. Но когда Юпитер находится на минимальном расстоянии от нашей планеты, его сила притяжения составляет 1/16 000 силы притяжения Солнца. Когда же расстояние между Венерой и Землёй максимально сокращается, сила притяжения Венеры становится примерно в полтора раза меньше этой цифры.

Поскольку гравитационное воздействие планет Солнечной системы друг на друга значительно меньше, чем влияние Солнца, Ньютон в своих расчётах планеты не учитывал. Но, строго говоря, планета размером с Землю движется под влиянием множества других небесных тел. В результате её орбита вокруг Солнца не является идеальным эллипсом. Первый закон Кеплера верен лишь приблизительно. Гравитационные силы, воздействующие на планету, постепенно изменяют её ориентацию в космосе, и участок орбиты, максимально приближённый к Солнцу, постоянно изменяется.

Давайте представим, будто мы ничего не знаем о существовании в Солнечной системе других планет. Если мы будем долго наблюдать за орбитой Земли, мы заметим, что она немного отклоняется от формы идеального эллипса. Обдумав эту ситуацию, мы придём к выводу, что в космосе существуют и другие массивные объекты, «дёргающие» нашу планету, когда она проходит мимо них, как дети, которые дёргают мать за пальто, чтобы она не шла слишком быстро. Применив огромные компьютерные мощности и приложив массу интеллектуальных усилий (это очень сложные вычисления), мы поймём, что гравитационное воздействие на Землю оказывают ещё семь планет, каждая из которых имеет свою массу и движется по своей орбите вокруг Солнца. [86] В физике единственной точно решаемой системой, то есть системой, любой этап эволюции которой можно точно предсказать, является система двух тел. Примерами такой системы являются Земля и Луна, движущиеся под взаимным гравитационным воздействием, или протон и электрон в атоме водорода, влияющие друг на друга с помощью электромагнитной силы. Если ввести в систему третье тело, то процессы окажутся настолько запутанными, что даже лучшие математики будут способны лишь на приближённый прогноз, а не на предсказание. Например, для расчёта траектории межпланетного зонда учёные, ответственные за планирование миссии, вынуждены полагаться на грубую силу. Они суммируют воздействие всех планет на зонд для заданной точки, затем определяют, как он будет двигаться в течение минуты после такого воздействия, затем повторяют расчёты для конечной точки движения и так далее. Долговременная эволюция системы из трёх или более массивных тел под влиянием их собственной гравитации теоретически предсказуема, но на практике невозможна. Это явление называют детерминистским хаосом , и из-за него даже небольшое изменение в стартовом положении планет может привести к совершенно непредсказуемому поведению в далёком будущем. Итак, в долгосрочной перспективе Солнечная система нестабильна. Как механические часы, которые могут в любой момент взорваться, разбрасывая вокруг себя пружины и шестерёнки, так и Солнечная система способна однажды отбросить Меркурий, Марс или любое другое космическое тело в далёкий холодный космос. Вполне вероятно, что в прошлом это уже случалось.

Закон всемирного тяготения Ньютона помог нам составить карту невидимого мира. Именно этот принцип использовал Леверье, чтобы исследовать рубежи Солнечной системы и вычислить местоположение восьмой планеты, Нептуна. И всё это из-за того, что одна из планет не двигалась по идеально эллиптической орбите.

Уран был открыт Уильямом Гершелем, бывшим музыкантом родом из Германии. В 1757 году 19-летний Уильям и его сестра Каролина переехали в Бат, английский город, основанный римлянами на месте, где бьют термальные источники. [87] Каролина Гершель открыла больше всего планет, чем любая другая женщина-астроном, за исключением своей тёзки — Кэролин Шумейкер, работавшей в конце XX и начале XXI века. Гершель работал церковным органистом, но его страстью была астрономия. В саду у своего дома он построил один из лучших телескопов того времени; 13 марта 1781 года он рассматривал в него звёздное небо и заметил странную размытую звезду. Сначала Гершель решил, что это комета, но в последующие несколько ночей она переместилась в созвездие Близнецов. Учёный понял, что она движется не по удлинённой орбите кометы, а по планетарной орбите, больше напоминающей окружность.