Читать книгу Сумасшедший мир физики. Астронавт Ульрих Вальтер объясняет почти всё - - Страница 5

Кому-то этот вопрос покажется тривиальным, кому-то сложным. Поразмыслите спокойно. Это не повредит. Вы не одиноки в своих сомнениях. Среднестатистический житель западного мира (американец или европеец) не знает правильного ответа. Впервые прочитав об этом, я глазам своим не поверил. Но теперь мне ясно, что с гравитацией не так-то просто разобраться. Вот вам правдивая история[2].

ПОЧЕМУ АСТРОНАВТЫ КОРАБЛЯ «АПОЛЛОН» БЫЛИ НА ЛУНЕ В ТЯЖЕЛЫХ БОТИНКАХ?

Один ученый посетил семинар по философии в Университете Висконсина в городе Мэдисон. Это хороший американский университет, готовящий ученых и инженеров. Руководитель семинара пытался объяснить студентам, что вещи не всегда бывают такими, какими мы их себе представляем. В качестве примера он привел карандаш. По его словам, если выронить его из рук на Земле, то он упадет, а если на Луне, то улетит в пространство.

У нашего ученого отвисла челюсть. Он переглянулся со своим другом Марком и еще одним студентом. Но все остальные 17 человек в аудитории посмотрели на них с немым вопросом: «А что не так?»

– Карандаш упадет на Луне точно так же, как и на Земле, только медленнее! – возразил ученый.

– Да нет, он не сможет упасть, – спокойно объяснил руководитель семинара, – потому что Луна очень далеко от Земли.

Ученый почесал затылок и поинтересовался:

– Но вы же видели, как астронавты «Аполлона» ходят по Луне? Почему они никуда не улетели?

– Потому что на них были тяжелые ботинки, – ответил руководитель, словно это и дураку понятно.

МИР ТАКОВ, КАКИМ МЫ ЕГО ВИДИМ

Преподаватель философии за время своей учебы посетил немало лекций по логике. Но логика, которую изучают в школе или университете, кажется многим чисто умозрительным предметом. У большинства людей своя картина мира, причем очень часто весьма наивная. Так, большинство жителей нашей планеты считают, что люди видят потому, что испускают из глаз некие лучи, которые, отражаясь от предметов, вновь попадают к нам в глаза.

Разумеется, это полная чушь, потому что в этом случае мы могли бы видеть в темноте. Но вспомните, как мы говорим: «Мой взгляд упал на чудесную статую» или «Я почувствовал, что на меня кто-то смотрит». На самом деле все наоборот, но в этих высказываниях отражается наше видение мира, которое мы на протяжении тысяч лет неосознанно передаем следующим поколениям.

Уже со времен древних греков мы объясняем картину мира своим интуитивным видением, в соответствии с которым в центре Вселенной находится Земля, а вместе с ней и человек (по словам Протагора, «человек есть мерило всех вещей»). Английский философ и математик Бертран Рассел (1872–1970) писал в начале прошлого века в своей книге «История западной философии»: «Многие греки, и особенно Аристотель, в этой специфике видели основу теории физики». Поэтому ключевым постулатом картины мира по Аристотелю было то, что все предметы во Вселенной стремятся к центру Земли.

Голландский историк науки Э. Я. Дейкстерхейс (1892–1965) писал по этому поводу в своем основополагающем труде «Механизация картины мира» (Die Mechanisierung des Weltbildes): «Аристотель, как и все древнегреческие мыслители, недооценивал трудности, возникающие в ходе исследований природы. Все они без исключения уповали на силу неконтролируемого спекулятивного мышления о природе. Зарождающееся естественно-научное мышление греков, возможно, в силу успехов такой же молодой математики становилось причиной возникновения фантастических взглядов. Не случайно старый египетский жрец, обращаясь к Солону в диалоге “Тимей”, говорит, что эллины вечно остаются детьми».

ВОТ ЧТО ДУМАЮТ МНОГИЕ ПРО КАРАНДАШ НА ЛУНЕ…

Мы тоже не можем избавиться от этого наивного детского мышления древних греков. Западная натурфилософия еще и сегодня широко распространена и даже местами преподается – в духе Эпикура: мир состоит из четырех элементов – земли, воды, воздуха и огня. Но если земля в нашем представлении составляет основу (на самом деле она свободно летит в космическом пространстве), вода течет по ней, воздух парит над ней, а огонь поднимается вверх (формируя таким образом различные ступени тяжести), то это еще не значит, что весь остальной мир состоит из них, как считал Эпикур (341–270 годы до н. э.). Отвлечемся даже от факта, что огонь – это вообще не элемент, а световой след от сгоревших частиц сажи, то есть его нельзя подержать в руках. Такое наивное мышление привело Аристотеля к ложному образу мира, который сохранился и до наших дней. В этом смысле следует понимать первую цитату, приведенную в начале главы.

Если все падает на Землю, а Луна находится далеко от Земли, то сам собой напрашивается вывод, что карандаш не может упасть на Луну. Примерно так гласит примитивная логика. А вот и другие обоснования, которые приводят люди, считающие, что он улетит в пространство: «В космосе нет силы тяжести. Если карандаш просто отпустить, то он медленно уплывет прочь». Или: «Поскольку сила тяжести на Луне намного меньше, чем на Земле, легкий предмет типа карандаша улетит». И еще одно объяснение: «Гравитация на Луне слабая, а поскольку Луна находится в вакууме, то силы притяжения там нет вообще. Поэтому карандаш улетит».

Не будем строго судить этих людей. Преподаватели в школах и университетах сами плохо разбираются в таких вопросах. И с этим приходится жить.

…И ЧТО ПРОИСХОДИТ НА САМОМ ДЕЛЕ

Так как же поведет себя карандаш астронавта на Луне? Решающий фактор состоит в том, что чем дальше две массы находятся друг от друга, тем слабее они друг друга притягивают – обратно пропорционально квадрату расстояния.

При этом для силы тяжести не имеет абсолютно никакого значения среда, которая находится между ними, будь то газ или вакуум. Можно еще больше упростить это представление, вообразив, что притягиваются друг к другу не сами тела, а их центры тяжести. Таким образом, Земля притягивает меня (мой центр тяжести, находящийся где-то в районе пупка) к центру Земли (где расположен ее центр тяжести). Поверхность Земли не дает мне провалиться к ее центру. Поэтому я прочно стою на ней.

Земля и Луна обращаются вокруг общего центра тяжести S (источник: Walter Senzenberger)

То же самое происходит и на поверхности Луны. Масса Луны притягивает астронавта. Поскольку Луна уступает Земле по массе в 81 раз, а ее радиус в 3,67 раза меньше радиуса Земли, то ее сила притяжения будет составлять 1/81 · 3,67² = = 1/6 от земного притяжения. Разумеется, тела, находящиеся на Луне, притягиваются и Землей, но эта сила притяжения составит лишь (радиус Земли / расстояние от Земли до Луны)² = (6378/380 000)² = 1/3550 часть от лунного, поэтому ею можно пренебречь. Даже перо будет притягиваться Луной в 3550/6 = 591 раз сильнее, чем Землей, и поэтому упадет на лунную поверхность, а не полетит в сторону Земли или в каком-то другом направлении. Причем падать перо будет с той же скоростью, что и молоток, как доказал нам астронавт Дэвид Скотт, проведя этот маленький эксперимент на Луне[3].

Кстати, Земля и Луна тоже притягивают друг друга. Но поскольку масса Земли в 81 раз больше лунной, Луна обращается по широкой орбите вокруг показанной на иллюстрации точки S, а Земля, в свою очередь, также обращается вокруг точки S, но по малой орбите.

Только мир достаточно велик, чтобы познать сам себя.

Тор Нёрретрандерс (1955), научный журналист