Кто открыл гравитационную постоянную?
Неведомая сила тяготения
Как всегда бывает после установления ранее неизвестных законов природы, в огромном мире вокруг нас стали обнаруживаться большие и маленькие явления, которые легко объясняются и предсказываются на основе открытий Ньютона.
Современник и друг Ньютона астроном Эдмунд Галлей сразу же применил закон всемирного тяготения для расчета орбиты очень яркой кометы, носящей с тех пор его имя. Комета Галлея, как оказалось, делает полный оборот вокруг Солнца по эллиптической орбите за 76 лет; ее очередное появление в окрестностях Земли наблюдалось в 1986 году.
Пользуясь расчетами по формуле Ньютона, астрономы последующих поколений находили новые невидимые спутники планет. Как правило, это происходило после того, как в вычислениях обнаруживалось, что для существования орбиты планеты, наблюдаемой в телескопы, «не хватает» притяжения с какой-либо из сторон. Расчеты позволяли предсказать массу спутника, заставляющего планету отклоняться от той теоретической орбиты, которая у нее была бы, если бы спутника не существовало…
Законы движения тел, сформулированные Ньютоном, показали, как велико в нашей жизни влияние инерции, определяемой прежде всего массой тела, и силы трения, останавливающей в конце концов любое движение.
Остроумие, простота и изящество отличали опыты Генри Кавендииш. На рисунке — весы Кавендииш, придуманные им для измерения силы притяжения тел друг к другу.
Автомобиль продолжает двигаться по инерции, даже когда выключен двигатель, но через какое-то время прекращает плавное перемещение и встает неподвижно — трение узорчатых шин о шероховатый асфальт заставляет его это сделать. Внезапно тормозит поезд, и мы невольно наклоняемся вперед — наше тело по инерции еще движется. Конькобежец быстро скользит по льду — трение между коньками и льдом очень мало и почти не мешает его движению. При гололедице тротуары и мостовые посыпают песком, чтобы увеличить силу трения и уберечь нас от падений, а автомобили — от столкновений.
Опасный аттракцион в цирке — «мертвую петлю» велосипедиста или проезд мотоциклиста по боковым вертикальным стенкам огромной прозрачной круглой «бочки» — легко сделать безопасным, правильно рассчитав по законам Ньютона необходимую скорость и массу велосипеда и мотоцикла.
Мы можем раскрутить над головой на длинном шнурке детское ведерко, заполненное до краев водой,— и вода не выльется, прижатая ко дну ведерка силой, которую можно узнать, пользуясь формулами законов Ньютона.
Гравитационная постоянная
Для многих из этих расчетов, особенно тех, что относятся к движениям в «небесах», имеет большое значение знание гравитационной постоянной в законе всемирного тяготения.
Один из самых точных экспериментов по определению гравитационной постоянной выполнил английский физик Генри Кавендиш. Кавендиш отличался такой любовью к затворнической жизни, был так поглощен расчетами и обдумыванием экспериментов, что большая часть созданного им так и осталась неопубликованной. Кавендиш сделал для этого опыта исключение и опубликовал его в 1798 году!
Каково же было удивление ученых, когда в 1873—1879 годах, разбирая архив великого молчальника, Джеймс Максвелл, тогдашний директор Кавендишской лаборатории, обнаружил, что Кавендиш пришел к установлению законов Кулона и Ома, сыгравших огромную роль в изучении электричества, за много лет до их «официального» открытия!
Академик Капица считает, что Кавендиш просто забыл их опубликовать…
Как естественны и красивы многие виды движения, например плавные медленные поклоны, вальсы, хороводы, в которых плывут разноцветные облака-платья.
Гравитационную постоянную Кавендиш определил по закручиванию тонкой и прочной нити, к которой было подвешено легкое коромысло с маленькими грузиками на плечах. Грузики притягивались двумя тяжелыми сферами из свинца массой по 50 килограммов каждая. Прибор был заключен в непроницаемую для воздуха камеру, и наблюдение за движением грузиков велось через оптические зрительные трубы, вставленные в стенки камеры.
Опыт Кавендиша можно упростить, подвесив над свинцовым шаром круглую стеклянную колбочку, наполненную ртутью. Колбочка предварительно уравновешивается на обычных весах с помощью точных гирь и разновесов. Отклонение весов после сближения колбочки со свинцовым шаром будет очень маленьким, но все же его можно обнаружить.
Естественно, что опыты по определению гравитационной постоянной требуют всяческих предосторожностей, исключения любых посторонних влияний. Ведь два шара массой в одну тонну каждый, расположенные на расстоянии одного метра друг от друга, притягиваются с силой всего в 6,67 стотысячных долей ньютона (ньютон — единица измерения силы, которая массе,равной одному килограмму, сообщает ускорение в 1 м/сек2).
Еще сложнее эксперименты по определению гравитационных волн.
Большинство ученых считают, что в природе существуют волны или частицы, переносящие в пространстве энергию притяжения (ведь должна же в чем-то материальном выражаться сила гравитации!), но эти «носители», по расчетам, оказываются так малы, что даже с помощью самой современной техники измерений — техники XX века — пока не удается их обнаружить…
Антенны, создаваемые в разных странах мира для приема гравитационных волн из космоса, охлаждают с помощью гелия до самых низких температур, близких к абсолютному нулю, чтобы перемещение антенн за счет теплового движения частиц не мешало бы эксперименту. В СССР для таких опытов создали антенны из массивных кристаллов искусственного сапфира, в США для этого пробуют использовать алюминиевые цилиндры массой 2,6 тонны, надежно изолированные от сейсмических колебаний Земли, вызванных далекими землетрясениями.
Будем ждать обнадеживающих вестей от исследователей самой, казалось бы, очевидной и самой неуловимой силы в Природе — силы тяготения.
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
