Александр Петров - Гравитация. От хрустальных сфер до кротовых нор

Часто можно услышать, что предмет исследования космологии – это Вселенная. Однако понятие Вселенной является слишком общим. Как минимум, это предмет исследования и для астрономии, и для философии. Космологов интересует материальная Вселенная, доступная наблюдениям и исследованиям в прошлом, настоящем и будущем. Космология, в отличие от других естественных наук, занимается изучением Вселенной в максимально больших масштабах. При этом под Вселенной понимается или область мира, охваченная наблюдениями и космическими экспериментами, или физическая Вселенная как целое . Нашей целью является рассказ о тех аспектах космологии, которые так или иначе связаны с представлениями о гравитации.

Фактически, обсуждая воззрения древних греков или переход от геоцентрической системы к гелиоцентрической и т. д., мы обсуждали космологические проблемы того времени. Однако роль тяготения при этом не рассматривалась. Ситуация изменилась с открытием Ньютоном закона всемирного тяготения. На этой основе он строит уже свою модель Вселенной.

В своих «Началах» Ньютон не затрагивает вопросы строения Вселенной, там не обсуждаются перспективы использования теории гравитации в этих целях. Заняться этими проблемами его подтолкнула переписка с молодым священником, капелланом епископа Ворчестерского, Ричардом Бентли (1662–1742) в 1692–1693 годах. Бентли было поручено прочесть в Лондоне публичные проповеди в защиту христианства. Одной из целей было показать, что гелиоцентрическая система, подтвержденная трудами Ньютона, не противоречит теологической картине мира. Вот он и обратился к Ньютону, как к «первоисточнику».

Отвечая в нескольких письмах, Ньютон рассмотрел случаи конечной и бесконечной Вселенной, в которой действует закон всемирного тяготения. Ясно, что в случае ограниченного количества вещества во Вселенной все составляющие ее тела под действием взаимного притяжения должны свалиться к общему центру. Но это не происходит, поэтому Ньютон делает вывод, что Вселенная бесконечна. В бесконечной Вселенной неоднородностей, которые могут играть роль центров гравитационной конденсации, будет также бесконечное множество. Это должно быть механизмом для образования Солнца и других звезд. В бесконечной Вселенной на любую звезду с каждой из сторон действует бесконечная сила, эти силы уравновешивают друг друга и звезда остается в покое. Но такая модель будет неустойчива, потому что любое случайное изменение взаимного расстояния между небесными объектами нарушит равновесие, и они будут двигаться. Но наблюдения того времени свидетельствовали о том, что звезды покоятся. Что уж говорить о временах Ньютона – Эйнштейн и его современники были убеждены, что Вселенная статична! Поэтому Ньютону ничего не оставалось, как привлечь божественную силу: «непрерывно свершающееся чудо требуется для того, чтобы предотвратить падение Солнца и неподвижных звезд друг на друга под действием гравитации».

Данных, позволяющих сделать предположение о бесконечности, со временем становилось все больше. В 1755 году Иммануил Кант (1724–1804) в одной из своих работ высказал предположение, что наша Галактика (Млечный Путь) может быть вращающимся образованием, которое состоит из огромного количества звезд. Такая система может удерживаться гравитационными силами той же природы, что и в Солнечной системе. С точки зрения наблюдателя, расположенного внутри Млечного Пути, такое образование будет восприниматься как светлая полоса. Поэтому Кант высказал и следующее предположение: некоторые из туманностей, видимые на ночном небе, могут быть отдельными галактиками. Более поздние исследования английского астронома Вильяма Гершеля подтвердили предположения Канта.

В конце концов, сложилось убеждение, что Вселенная в целом является стационарной, безграничной и бесконечной, существующей бесконечное время, равномерно заполненной звездами или скоплениями звезд. Иногда ее называют космологической моделью Ньютона. Однако она содержит противоречия. Конечно, и сам Ньютон понимал это, признавая, что только божественные силы способны удержать небесные светила от падения друг на друга.