Очевидное? Нет, еще неизведанное…

Действительно, мы, по сути дела, отмахнулись от ответа, в какой системе определена скорость тяготения, а пока нет системы отсчета, всякие разговоры о скорости распространения тяготения абсолютно бессодержательны.

Естественно, такая абсолютная система отсчета (если она существует) должна быть связана не с двумя наугад взятыми телами (как в нашем примере), а как-то со свойствами самого пространства (может быть, с системой неподвижных звезд?).

Сразу возникает мысль: а нельзя ли, исследуя тяготение, реально отыскать абсолютную систему? А как, между прочим, найти скорость распространения тяготения в других системах отсчета?

Внимание! Вопрос не так наивен, как может показаться.

В общем стоит допустить, что скорость распространения силы тяготения конечна, и физическая картина основательно запутывается, не говоря уже о том, что уравнения движения небесных тел весьма усложняются.

Ньютон сразу отбросил все подобные трудности. Он положил, что скорость распространения тяготения бесконечна. И тем самым ввел дальнодействие.

Но честно признаемся, эту идею можно принять лишь с некоторым усилием. Против нее протестует наше чувство. Все известные процессы распространяются с конечной скоростью. Даже свет! А тяготение почему-то такое странное исключение.

В общем можно только лишний раз поразиться гению и интуиции Ньютона.

Забегая вперед, заметим: теперь, после Эйнштейна, мы знаем, что Ньютон ошибся. Скорость распространения поля тяготения конечна и равна 300 000 километров в секунду. Кроме того, эта скорость обладает странным качеством — она постоянна в любой системе отсчета и не изменяется при переходе от одной системы к другой.

Ввиду колоссального значения скорости распространения тяготения поправки к закону Ньютона, обусловленные «запаздыванием», настолько ничтожны, что не удивительна двухвековая уверенность в безукоризненной справедливости закона тяготения.

Покончим на этом с «удивлением № 2» и перейдем к следующему.

Удивление № 3

Наиболее поразительно в законе Ньютона, без сомнения, то, что сила тяготения полностью определяется инертными массами тел.

Сила тяготения совершенно не зависит от химического состава тел, от электрических зарядов, которые несут тела, от агрегатного состояния.

Тяготение определяется только массой, то есть в конечном счете инерцией тяготеющих тел.

Интуитивно чувствуется, что, очевидно, между инерцией и тяготением существует какая-то глубокая связь.

Однако тяготение и инерция, казалось бы, настолько различные физические свойства, что физики неоднократно экспериментально проверяли, действительно ли масса, определяемая законами механики (инертная масса), и масса в законе всемирного тяготения — это одно и то же.

Первым снова был Галилей.

Тот факт, что все тела в поле земного тяготения падают с одинаковым ускорением, — главное доказательство равенства инертной и тяжелой массы.

Убедимся в этом. В поле Земли на тело массы m действует сила

F = f · m_т · M_т/r².

Здесь m_т — тяжелая масса тела, определяемая из закона тяготения; M_т — тяжелая масса Земли; r — расстояние до центра Земли^[30].

Не будем предрешать равенство тяжелой и инертной массы и, используя второй закон механики, найдем ускорение тела в поле земного тяготения:

f · (m_т · M_т)/(m_и · r²) = g,

где m_и — инертная масса тела; g — ускорение в поле тяготения Земли.

В этой формуле сомножитель f · M_т/r² для всех тел на поверхности Земли постоянен; второй сомножитель — отношение m_т/m_и как мы допустили, — может меняться в зависимости от природы и характера физических тел.

Но так как все предметы в поле земного тяготения падают с одинаковым ускорением (g = 9,81 М/сек²), мы заключаем, что отношение тяжелой и инертной массы m_т/m_и постоянно для всех тел независимо от их физической природы.

Следовательно, тяжелая масса тела полностью определяется его инертной массой и при соответствующем выборе единиц измерения может считаться просто равной инертной массе.

Выбор единицы измерения уже не принципиальный вопрос.

Итак, тяготение тел зависит от их инерции и только от инерции.

Трудно представить более неожиданный результат. Заранее (из общих соображений) ожидать наличие такой связи было столь же обоснованно, как, скажем, предполагать, что планеты и звезды в момент рождения человека определяют его дальнейшую судьбу.

Однако в отличие от положений астрологии, черной и белой магии и прочих оккультных наук тот факт, что тяготение тел целиком определяется их инерцией, опирался на незыблемый фундамент точного эксперимента. Причем поразительность результата заставляла физиков вновь и вновь возвращаться к его экспериментальной проверке.

Сам Ньютон проверил результаты Галилея, исследуя движение маятников, изготовленных из разных материалов.