Теперь мы называем то, что Ньютон назвал «тяжестью» — полем тяжести, гравитационным полем. Так мысль за мыслью, догадка за догадкой шло продвижение к пониманию сути явлений. Именно это имел ввиду Эйнштейн, воскликнув как-то в пылу научной дискуссии: «За видимым должно быть что-то еще глубоко скрытое». Но продолжим повествование.

Количественной характеристикой гравитационного поля ученые условились называть гравитационным потенциалом. Это величина, пропорциональная массе тела, порождающего данное поле, и обратно пропорциональная расстоянию от этого тела.

Поэтому мы можем считать, что в процитированной фразе Ньютона содержится определение гравитационного поля. Это ознаменовало новый этап развития физики.

Так случилось, что появились две возможности измерения массы. Первая, менее удобная, использует пружинку, расталкивающую два предмета. Вторая основана на взвешивании.

Первая приводит к определению массы, входящей во второй закон Ньютона. Вторая указывает величину массы, входящей в закон тяготения, установленный Ньютоном.

Ученые встретились со странной ситуацией. Перед ними возникли две массы. для определения величины каждой из них потребовалась особая процедура измерения. И они по-разному входили в законы, открытые Ньютоном.

Массу, измеряемую первым способом, начали называть инертной массой, ибо она соответствует величине инерции предмета.

Массу, определяемую при помощи весов, называют тяжелой массой, ибо она характеризует тяжесть предмета — силу его притяжения к Земле.

Ньютон, а за ним другие ученые стремились выяснить как связаны между собой эти две массы. «Стремились выяснить» — это все равно что сказать: «во время бури на море полный штиль». Дискуссии и споры и в эту пору были не менее горячи, чем сегодняшнее выяснение истины…

Ньютон придумал и с большой точностью осуществил описанный выше опыт с двумя маятниками. Повторим его вывод: «Для одинакового веса разность количества веществ (масс), даже меньшая одной тысячной доли полной массы, могла бы быть обнаружена этими опытами».

Оказалось, что отношение инертных масс двух предметов, определенное одним способом, всегда равно отношению их тяжелых масс, определяемых другим способом.

Все многообразие различных опытов, направленных на выяснение причины такого совпадения, привели к тому, о чем можно было судить еще по опытам Галилея: все предметы падают на Землю, приобретая на одинаковом пути одинаковую скорость. Все маятники одинаковой длины колеблются одинаково.

Почему?

Потому, что сила, двигающая падающий предмет, определяется величиной его тяжелой массы. (Эта величина проявляет себя при помощи весов). А инертная масса характеризует ускорение, которое сила(в этом опыте — сила тяжести) сообщает падающему предмету.

Эти массы пропорциональны между собой, поэтому ни одна из них не входит в уравнение движения падающего тела. Каждый школьник знает, что уравнение содержит только коэффициент пропорциональности между этими массами. Коэффициент, одинаковый для всех тел, не зависящий ни от их формы и размера, ни от того, из какого материала или материалов состоит падающее тело. При взвешивании предметов на поверхности Земли этот коэффициент характеризует свойства Земли: ее массу и ее радиус. Ее поле тяготения.

Таков закон тяготения. (Его многократно проверяли). На астрономических расстояниях закон тяготения не нарушается и на миллионную часть от миллионной доли от единицы (10). Такой результат получен сотрудниками Московского Государственного Университета (МГУ) В. Б. Брагинским и В. И. Пановым. Результат чрезвычайно точен. Но проблема осталась.

Случайное ли это совпадение?

К этому мы еще возвратимся. Но у читателя имеется уже достаточно сведений для того, чтобы самому поискать ответ на этот вопрос.

А пока вспомним о смене надписей на пакетах с сахаром.

История такова. Ученые решили унифицировать, то есть сделать единообразным процессы измерения, чтобы не возиться с переводом аршинов и дюймов в метры, фунтов и унций в килограммы и многих других архаических величин в современные меры. Это должно было упростить вычисления в науке и технике. В основу новой системы положили метр длины, килограмм массы и секунду времени. Систему назвали Международной Системой единиц, сокращенно — СИ (Система интернациональная).

При этом возникла трудность. Как быть с единицей силы? Ведь единица силы должна придавать единице массы ускорение в один метр за одну секунду. А груз массой в один килограмм, как и любой другой предмет, падающий вблизи поверхности Земли, приобретает ускорение в 9,8 метра в секунду за секунду, значит его ускоряет сила в 9,8 раза большая.

Раньше ученые выходили из положения придумав различные названия. Они писали: «Килограмм силы» и «Килограмм массы». Каждому было ясно, о чем речь. При этом автоматически получалось, что килограмм силы содержит 9,8 единицы силы, определяемой из второго закона Ньютона.

Но такой выход часто приводил к недоразумениям. Особенно среди учащихся.

Поэтому создатели системы СИ дали килограмму силы новое название. Они назвали его «ньютон», оставив за килограммом роль единицы массы.

Теперь все ясно. Сила в один «ньютон» за секунду увеличивает скорость тела, имеющего массу в один килограмм, ровно на один метр в секунду. Значит один ньютон в 9,8 раза меньше килограмма силы. Иначе говоря, один ньютон равен 0,102 килограмма силы.

Но нашлись ревнители чистоты. Они педантично спрашивали: что писать на пакетах?

Писать по-старому нельзя потому, что теперь в большинстве цивилизованных стран законом введена система СИ. А в этой системе вес должен измеряться не килограммами, а ньютонами.

Закон есть закон, рассуждали они, имея в виду законы, установленные людьми. Раз килограмм веса отменен, нужно писать не «чистый вес один килограмм», а «чистый вес 9,8 ньютона».

Нет, возражали другие. Люди нас не поймут. Они не привыкли к ньютонам. Ученым и инженерам ньютоны полезны, а как быть нам, покупателям и продавцам?

Тут вспомнили, как в прогнозах погоды попробовали сообщать об атмосферном давлении не в привычных миллиметрах ртутного столба, а объявлять о давлении в миллипаскалях. Как потом, учитывая протесты рядовых граждан, которые не слыхали о миллипаскалях, начали объявлять о давлении и в миллипаскалях и в миллиметрах ртутного столба. И, наконец, решили, что не так плохо ошибиться, как плохо повторять ошибки. И договорились: в науке и технике измерять давление паскалями, а в прогнозах погоды возвратиться к привычным миллиметрам ртутного столба.

При обсуждении ситуации с килограммами и ньютонами прозвучало третье мнение. Его суть: все знают, что инертная масса пропорциональна тяжелой. Это факт, неоднократно и точно проверенный. В науке следует различать единицы этих масс: килограмм инертной массы и ньютон тяжелой массы. но в обиходе лучше оставить все по-старому.

Победили соглашатели. Если нельзя писать килограмм веса и непривычно писать вес в ньютонах, говорили они, то давайте писать «один килограмм сахара» (или другого товара). И правильно и привычно. Ведь мы покупаем не килограмм массы или килограмм веса, а килограмм сахара или крупы.

Желая проверить правильность расфасовки, мы положим пакет на весы, а на их вторую чашку гирю, на которой написано «1 кг». И каждый, в силу своей привычки, вправе прочитать эту надпись как 1 кг веса, понимая, что, хотя это различные килограммы, существо дела от этого не изменяется. В пакете ровно 1 кг сахара.

Так с миром окончилась старая распря между килограммом массы и килограммом силы. Этими близнецами, каждый из которых обладает собственной индивидуальностью.

Предоставим еще раз слово Ньютону.

«Количество материи (масса) есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально ее плотности и объему».

Массу удобно определять взвешиванием, «ибо она пропорциональна весу, что мною найдено опытами над маятниками».