Если на великой лестнице познания отметить всего три главные ступени, относящиеся к учению о движении, то это будут те, на которых начертано:

«Движущееся тело останавливается, если сила, его толкающая, прекращает свое действие» (Аристотель).

«Скорость, однажды сообщенная движущемуся телу, будет строго сохраняться, поскольку устранены внешние причины ускорения или замедления…» (Галилей).

«Воздействующая сила есть действие, оказываемое на тело, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения» (Ньютон).

Первая фраза отражает заблуждение юной физики, выраженное устами Аристотеля. Вторая — иллюстрирует замечательное прозрение сути движения материальных тел, понимание одного из основных законов природы — закона инерции, сформулированного Галилеем. Третья — подтверждает великий процесс преемственности в науке, закрепления и развития истинных знаний, длящийся иногда на протяжении веков.

Чтобы подняться от Аристотеля к Галилею и Ньютону, человечеству понадобилось более пятнадцати веков и радикальная ломка системы научного мышления. Последователи Ньютона лишь шлифовали детали его механики и применяли ее в качестве орудия для дальнейшего развития науки и техники. Следующую ступень удалось возвести лишь через два с половиной века. На ней начертано имя Эйнштейна. Он понимает, что закон инерции — основа основ, но далеко не исчерпывает всех событий мира. Эйнштейн исследует вращательные движения, движения, включающие в себя замедления, ускорения, и ищет возможности ориентироваться в более сложном мире, которым правит не только закон инерции, но и другие законы движения.

Однако мы забежали вперед. Нам важны как идеи, так и пути обретения их. И тут мы должны проследить, как Ньютон наследовал Галилею. Ньютон продвинулся далеко по пути Галилея. Он завершил науку о движении, основанную на принципе относительности. Он принял закон инерции в качестве Первого закона динамики. Закон инерции мы заучиваем в школе наизусть, и, наверно, нет ни одного грамотного человека, который бы не помнил его. «Всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если только оно не вынуждено изменить его под влиянием действующей силы». Этот закон, который в науке о движении играет фундаментальную роль, нельзя вывести из непосредственного лабораторного опыта. Как мы уже знаем, мешает трение и сила тяготения. Этот закон открыт Галилеем (и сформулирован Ньютоном) в результате наблюдения и опытов с маятниками и наклонной плоскостью, позволяющих учесть мешающие факторы. Дальше этого Галилей не продвинулся, и Ньютон должен был один прокладывать путь через целину. Ему противостояли силы. Силы, действующие на тела. Нарушающие состояние покоя. Изменяющие величину и направление скорости. Силы, придающие ускорение тем телам, на которые они действуют.

Ускорение, этот результат действия сил, можно измерить, не опираясь на другие тела. Ускорение легко обнаружить в каюте корабля Галилея, если ветер подует в его паруса.

Галилей, да и его предшественники, конечно, чувствовали ускорение во время езды в повозках или наблюдая изменение скорости падающих тел. Но никто до Ньютона не ставил вопроса о том, что такое ускорение. Не задумывался над тем, как происходит изменение скорости тела под действием простейшей постоянной силы.

Несомненно, этому мешало отсутствие необходимого математического аппарата, способного описывать изменение измеряемых величин. Ньютон сам создал этот аппарат — метод флюксий. Но этого мало.

Для того чтобы подойти к пониманию природы ускорения и сформулировать Второй закон динамики, связывающий ускорение тела с его массой и действующей на него силой, Ньютон должен был ввести понятие абсолютного пространства, существующего независимо от присутствия в нем материальных тел, ибо ускорение можно почувствовать и измерить без какой-либо связи с внешними телами. Так понятие пространства, ранее считавшееся лишь философской категорией, приобрело физическую реальность, причем его свойства казались не зависящими ни от конфигурации расположенных в нем тел, ни от их масс, ни от их движения. Именно в этом смысле до сих пор понимают слова «абсолютное пространство». В этом же смысле является абсолютным и время в механике Ньютона. Его течение постоянно и одинаково везде и всюду. Оно не зависит от наличия, свойств и движений материальных тел.

Итак, Вторым законом Ньютон связал ускорение тела с его массой и с силой, действующей на него. Третий закон фиксирует равенство действия и противодействия — этот закон дал Ньютону возможность по-новому изучать движения системы, состоящей из двух и более тел. Он впервые объяснил причину отдачи, ощущаемой стрелком или пушкой при выстреле, и множество других явлений, ранее казавшихся непостижимыми. Теперь их можно рассчитывать наперед, и опыт всегда совпадает с расчетом.

Совокупность закона падения тел, полученного Галилеем, и законов движения планет, установленных Кеплером, позволила Ньютону дополнить три закона механики — Четвертым. Законом тяготения. Он и здесь следовал научному методу Галилея, доведя его до высшей строгости. В основе лежали опыты Галилея с движением тел по наклонной плоскости и выведенные из астрономических наблюдений законы Кеплера, описывающие движение планет. Не видимые движения, ибо они весьма запутаны, а «истинные движения» математической модели, созданной Коперником и исправленной Кеплером. Движения по эллипсам, в одном из фокусов которых расположено Солнце. Математические расчеты привели Ньютона к закону обратных квадратов: сила тяготения убывает так, как возрастает квадрат расстояния. Дальше контрольный расчет — вычисление движения Луны. Проверка… совпадения нет!

Шок!

Иначе нельзя определить состояние Ньютона, уверенного в том, что законы движения получены им правильно, что законы Кеплера точны, а математика, приведшая его к закону обратных квадратов, безупречна. Правда, в вычисления входила одна величина, измеренная не им самим, — радиус Земли. Но его измеряли ученые, достойные доверия.

Считалось, что эта величина измерена точно, и у Ньютона не было ни возможностей, ни достаточных оснований для того, чтобы повторить такие громоздкие измерения заново. Он не публиковал свои результаты шестнадцать лет. Все казалось ему верным и подтверждалось многочисленными опытами. Но один опыт не сходился. Движение Луны грозило разрушить мощное здание новой механики, потопить корабль Галилея. Ибо достаточно одного опыта, чтобы опровергнуть любую теорию. Опыт, в конечном итоге, верховный судья в науке.

История сохранила поразительный факт. Через четыре года после открытия закона тяготения Ньютон опубликовал в Кембридже «Всеобщую географию» Варениуса. Ньютон систематически способствовал изданию книг других авторов, если считал их заслуживающими внимания. В книге Варениуса сообщалось о том, что еще в 1617 году соотечественник автора Снеллиус измерил величину радиуса Земли. Совершенно невероятно, чтобы Ньютона не заинтересовало это сообщение. Правда, результат Снеллиуса значительно отличался от общепринятого во времена Ньютона. Маловероятно и то, что Ньютон не подставил величину, найденную Снеллиусом, в формулу закона тяготения. Сделав это, он должен был получить результат, совпадающий с движением Луны! Почему и чего он ждал еще двенадцать лет?! Остается только догадываться, что произошло на самом деле. Оставил ли Ньютон без внимания давнишнюю работу, дошедшую до него через третьи руки… Или провел вычисления, но не спешил их опубликовать, не имея достаточных оснований, чтобы предпочесть старый результат новому… Общеизвестная научная добросовестность и осторожность Ньютона заставляют нас склоняться к последнему предположению. Факт остается фактом. Ньютон никому не рассказал и нигде не написал о результате Снеллиуса.

Мы не знаем, как Ньютон пытался спасти положение. В течение этих шестнадцати лет он продолжал свои исследования и добился выдающихся результатов в других областях физики. Решение пришло со стороны. В 1682 году на одном из заседаний Королевского общества Ньютон узнал о новом измерении длины земного меридиана, выполненном Пикаром. Ньютон сразу вернулся к своим расчетам 16-летней давности и подставил в них величину радиуса, полученную из измерений Пикара. Все сошлось! Классическая физика праздновала одну из длинного ряда своих побед. Корабль Галилея продолжал плавание. Ньютон и в этот раз не упомянул о Снеллиусе. Теперь бессмысленно пытаться узнать, что было причиной. Забыл ли он историю 12-летней давности? Может быть, он и тогда не обратил внимания на результат Снеллиуса? Или не захотел вводить эмоции в научные результаты? Для него было достаточно бесконечных дискуссий с Гуком.