Леонардо да Винчи открыл законы гравитации? Звучит как ересь. Если вдруг вы забыли канву событий: да Винчи жил на рубеже 15-16 веков. И он в самом деле много чего изобрел. Но что-то понимать о гравитации наука стала с времен Галилея (17 век) и Ньютона (конец 17 – 18 век), то есть через 200 с лишним лет. А до конца гравитацию физика не понимает и сейчас. Тем не менее, группа ученых из Калифорнийского технологического института вникла в записи гения и обнаружила, что Леонардо вывел гравитационную постоянную задолго до Ньютона.
Как такое возможно? Чтобы ответить на этот вопрос, придется начать сильно издалека – с времен древнего грека Аристотеля. Так будет понятен масштаб гения Леонардо и значимость его открытия.
Аристотель жил и творил в 4-м веке до новой эры, но и во времена Леонардо, и позже его работы считались образцовыми и исчерпывающими. Чего нет у Аристотеля – того и не надобно. Если в природе что-то непонятно, надо найти новых переводчиков с древнегреческого, которые по-новому переведут Аристотеля. Итак, это были времена, когда проблемы физики исследовали филологи! Ватикан, который рулил головами людей в Южной Европе, самой тогда цивилизованной ее части, прямо запрещал изыскивать что-то вне Аристотеля, но и «обычная наука» не видела в таких поисках ничего, кроме потери времени.
Аристотель же не считал, что гравитация достойна особого изучения. Тела стремятся вниз, потому что «такова их природа». Легкие тела падают медленнее, тяжелые быстрее. Дым летит вверх опять же «по своей природе», ведь дым – вовсе не то, что кирпич. Нечего тут и изучать.
Конечно, если бросить перо и камень, камень вниз полетит быстрее, но лишь потому, что перо тормозится воздухом. Но два камня разного веса прилетят к Земле все-таки одновременно. Неужели Аристотель этого не замечал? И тут – второй принципиальный момент. Наука того времени считала: опыты делать не надо! Ученый должен доходить до истины, наблюдая природу и осмысляя увиденное. Когда Галилей стал ставить первые опыты, то есть бросать камешки с вершины Пизанской башни, посмотреть на них никто из ученых не пришел, потому что это «фиглярство, достойное рыночных фокусников». Сама идея постановки опыта была противна тогдашней науке.
И вот в такой обстановке жил и действовал Леонардо да Винчи.
Дневники Леонардо – это, собственно, 7200 страниц тетрадей с начатыми и не законченными фразами, фрагментами мыслей, и все это он писал для себя, не для публикации. Что-то он и зашифровывал. В дневники надо именно что нырять. Физики из Калифорнийского технологического нырнули в записи, сделанные между 1478 и 1518-м годами – и вот что выудили.
Леонардо был в первую очередь художником. Он пристально присматривался к природе, чтобы точнее перенести ее на холст. Сначала он обратил внимание, как птицы ведут себя в полете, если их сбивает с курса ветер. Он заметил, что у птиц есть «центр тяжести», и они извивают вокруг него свое тело, выравнивая полет. Размышляя над этим, Леонардо на полях рукописи нарисовал кувшин, из которого лили воду. Вода лилась не по прямой, а по изогнутой линии. Из этого Леонардо понял, что гравитация – это особая сила, которая исходит от Земли и которой подчиняются все тела (птицы, вода в кувшине), а раз так, движение падающего тела должно быть не равномерным, а ускоренным. В другом месте рукописи сказано, что Леонардо укрепился в своих идеях, наблюдая, как градинки валились на Землю из грозовой тучи.
Решающим должен быть стать эксперимент. Да, эксперимент! И Леонардо его поставил. Он наблюдал, как падают на Землю тела, и засекал время. Несмотря на то, что часов тогда по сути и не было (еще очень долго физики применяли вместо секундомера собственный пульс), он вывел ускорение свободного падения (а значит, и гравитационную постоянную) с точностью до 10%. Авторы исследования сами поражены тем, что они смогли нарыть в рукописях гения.
Леонардо очень не хотелось оказаться под судом Ватикана, поэтому свои выводы он зашифровал и никогда их не публиковал. В середине 17 века Галилею пришлось начинать все сызнова.
Галилей сначала бросал камешки с Пизанской башни, потом пускал грузы по наклонной плоскости. Он понял, как работает тяготение, но не смог вывести правильного закона притяжения. Это удалось через полвека Ньютону, который сделал это сугубо теоретически (никакое яблоко на него не падало, это миф). Заслуга Ньютона заключалась в том, что он раскрыл универсальную природу гравитации (Земля притягивает стул, но и стул притягивает Землю), показал, как гравитация работает в космосе, и дал точный математический аппарат по расчету этой силы. Но почему одно тело притягивает другое? О, это прекрасный вопрос, на который так и нет ответа.
Физика начала ХХ века в свете новых экспериментов не могла довольствоваться выводами Ньютона, в основе которых было предположение об абсолютном плоском пространстве, и ввела понятие искривленного пространства. Из этого Эйнштейн истолковал гравитацию как искривление пространства (так яблоко скатывается вглубь ямки просто потому, что края ямки изогнутые), то есть по сути гравитацию отменил.
И все бы хорошо, но одновременно с теорией относительности Эйнштейна появилась квантовая механика (которую Эйнштейн не принял), и она объясняла гравитацию принципиально иначе. Тела (стул и Земля, например) постоянно обмениваются особыми частицами, гравитонами, и это создает тяготение. Что у Эйнштейна, что в квантовой механике математический аппарат безупречен и дает полное согласие с опытами. И кто же прав?
Гравитон не найден до сих пор (а вот искривление пространства уже удалось наблюдать астрономам). Хуже всего, что физикам никак не получается встроить законы гравитации в законы других сил Вселенной (прежде всего в электромагнетизм). Без такой встроенности не будет построена так называемая Теория Всего, то есть теория, объясняющая мир одной формулой. Если такая формула не появится, придется расписаться в полном фиаско и сторонникам теории относительности, и адептам квантовой механики. Ради решения проблемы создали целую науку, квантовую гравитацию. Но – ученые по этой науке есть, а вот результатов у этой науки нет вообще никаких.
Таков путь, по которому идут физики вот уже столетия, а в начале пути стоит, как выясняется, художник и инженер из Италии, живший в 15-м веке.
Дневники Леонардо – это, собственно, 7200 страниц тетрадей с начатыми и не законченными фразами, фрагментами мыслей, и все это он писал для себя, не для публикации.
Автор: Евгений АРСЮХИН.
