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最も重要な科学的発見
万有引力の法則。 科学的発見の歴史と本質
地球に引きつけられた結果、物体が地面に落ちるという考えは決して新しいものではありませんでした。たとえば、プラトンなどの古代人はこれを知っていました。 しかし、この魅力の強さをどのように測定するのでしょうか? それは地球上のどこでも同じですか、それはどこまで広がっていますか? ここに質問があります ニュートン -万有引力の法則の著者、混乱した科学者と哲学者。 第三法則の発見 ケプラー あまりにも恍惚とした状態になったので、錯乱しているように見えた。 1619年、ケプラーは有名な「宇宙の調和」を出版しましたが、その中で彼はニュートンの発見まであと一歩のところにいたものの、到達することはできませんでした。 ケプラーは、惑星の運動が何らかの相互引力によるものであると考えただけでなく、「二乗比例」の法則（つまり、距離の二乗に反比例する作用）を受け入れる用意さえありました。 残念なことに、彼はすぐにそれを放棄し、代わりに、引力は距離の二乗ではなく、距離自体に反比例すると仮定しました。 ケプラーは、彼が発見した惑星運動の法則の機械的原理を確立することに失敗しました。 この分野におけるニュートンの直接の前任者は、同胞のギルバート、特にフックでした。 1660 年、ギルバートは、月に対する地球の作用と鉄に対する磁石の作用を比較した『磁石について』を出版しました。 ギルバートの死後に出版された別の著作では、地球と月は 21 つの磁石のように相互に影響し合い、さらにその質量に比例すると述べられています。 しかし、最も真実に近づいたのは、同時代人でニュートンのライバルであるロバート・フックだった。 1666 年 XNUMX 月 XNUMX 日、つまりニュートンが初めて天力学の秘密を深く掘り下げた時期の少し前、フックはロンドン王立協会の会合で、地球の距離に応じた重力の変化に関する実験の報告書を読み上げました。地球の中心に対して落下する天体。 最初の実験の不満足さを意識していたフックは、振り子を振って重力を測定するというアイデアを思いつきました。これは最高に機知に富んだ、実りあるアイデアでした。 XNUMXか月後、フックは同じ学会で、惑星を軌道上に保持する力は振り子の円運動を生み出す力に似ているに違いないと報告した。 はるか後になって、ニュートンがすでに偉大な著作を出版する準備をしていたとき、フックはニュートンとは独立して、「惑星の運動を制御する力」は「距離にある程度依存して」変化するはずであるという考えに至り、次のように宣言した。この始まりに基づいて「宇宙全体のシステムを構築する」ことになるでしょう。 しかし、ここで才能と天才の違いが明らかになりました。 フックの幸せな考えは幼少期に残りました。 彼には自分の仮説に対処する力がなかったので、発見の優先順位はニュートンにありました。 アイザック・ニュートン (1642–1726) は、リンカンシャーのウールスソープで生まれました。 父は息子が生まれる前に亡くなった。 ニュートンの母親、旧姓アイスコフは、夫の死後まもなく早産し、生まれたばかりのアイザックは驚くほど小さく虚弱でした。 彼らは赤ちゃんが生き残れないだろうと思った。 しかし、ニュートンは熟した老後まで生き、短期的な障害とXNUMXつの深刻な病気を除いて、常に健康でした。 ニュートン家は、財産の状況から言えば、数ある中堅の農家に属していました。 アイザックが成長したとき、彼は小学校に配置されました。 XNUMX 歳になると、少年はグランサムの公立学校に通い始めました。 彼は薬剤師のクラークと一緒にアパートに入れられ、約XNUMX年間断続的に住んでいました。 薬剤師での生活は、彼に化学を勉強したいという最初の欲求を引き起こしました。 ニュートンがまだ5歳でなかった1660年1665月XNUMX日、彼はトリニティカレッジに入学しました。 ケンブリッジ大学は当時、ヨーロッパで最高の大学のXNUMXつでした。言語学と数理科学は、ここでも同様に繁栄していました。 ニュートンは彼の主な注意を数学に向けました。 しかし同時に、XNUMX年に彼は美術学士（言語科学）を取得しました。 彼の最初の科学実験は、光の研究に関連しています。 科学者は、プリズムの助けを借りて、白色をその構成色に分解できることを証明しました。 薄膜中の光の屈折を研究していたニュートンは、「ニュートンの輪」と呼ばれる回折パターンを観察しました。 1666年、ケンブリッジで疫病が発生し、当時の習慣によればこれは疫病とみなされ、ニュートンはウールズソープに隠遁した。 ここで、村の静寂の中で、手元に本も道具もなく、ほとんど隠遁生活を送っていたXNUMX歳のニュートンは、深い哲学的思索に耽っていた。 彼らの成果は、彼の発見の中で最も輝かしいものであり、万有引力の理論でした。 それは夏の日でした。 ニュートンは、屋外の庭に座って瞑想するのが好きでした。 伝承によると、ニュートンの思考は溢れたリンゴの落下によって中断されました。 有名なリンゴの木は、後世への警告として長い間保存されていました。 そして、乾燥した後、伐採され、ベンチの形で歴史的建造物になりました。 ニュートンは長い間、物体の落下の法則について考えていました。特に、リンゴの落下が彼を再びこれらの考えに導いた可能性は十分にあり、そこから次の質問に移りました。体は地球上のどこでも同じように発生しますか? では、たとえば、高山では深い鉱山と同じ速度で死体が落下すると断言できますか? しかし、リンゴの落下との類似性がもはや何の意味も持たないこの法則を、ニュートンはどのようにして発見したのでしょうか? ニュートン自身は何年も後に、有名なケプラーの法則の研究から万有引力の法則を表す数式を導き出したと書いています。 しかし、この方向での彼の研究は、光学分野での彼の研究によって大きく加速された可能性があります。与えられた表面の「光の強度」または「照明の程度」を決定する法則は、次の数式に非常に似ています。重力のために。 単純な幾何学的考察と直接的な経験によれば、たとえば、紙をキャンドルから XNUMX 倍の距離で取り外すと、紙の表面の照度は半分ではなく XNUMX 倍に減少します。距離は XNUMX 倍、つまり XNUMX 倍などです。 これは、ニュートンの時代に簡単に「二乗比例の法則」と呼ばれていた法則です。 より正確に言えば、「光の強さは距離の二乗に反比例する」ということです。 ニュートンのような頭脳が、この法則を重力理論に適用しようとするのはごく自然なことでした。 地球による月の引力が地球の衛星の動きを決定するという結論に達すると、ニュートンは必然的に太陽の周りの惑星の動きに関する同様の仮説に達しました. しかし、彼の心は検証されていない仮説に満足していませんでした。 彼は計算を始め、彼の仮定が宇宙の最も壮大なシステムに変わるまでに数十年かかりました. 同時に、ニュートンが今日知られている微分積分法という強力な数学的方法を習得していなければ、彼の素晴らしいアイデアを発展させ、証明することはできなかったでしょう。 正義は、ロバート・フックの貢献に注目する必要があります。 このように、抜け目のないフックはニュートンの結論を修正し、落下する物体は正確に東ではなく、南東に逸れるべきであるとニュートンに書き送った。 彼はフックの主張に同意し、後者によって行われた実験はその理論を完全に確認した。 フックはまたニュートンの間違いを正しました。 アイザックは、落下する物体は、その動きと地球の動きとの関係により、らせん状の線を描くだろうと信じていました。 フックは、空気抵抗を考慮した場合にのみらせん状の線が得られ、真空中での動きは楕円形でなければならないことを示しました。私たちは真の動き、つまり、私たち自身が動きに参加していなくても観察できる動きについて話しています。 .地球儀。 フックの結論を確認した後、ニュートンは、同時に地球の重力の影響下にある十分な速度で投げられた物体が実際に楕円軌道を描くことができると確信しました. この主題を熟考して、ニュートンは有名な定理を発見しました。それによれば、重力と同様の引力の影響下にある物体は、常に円錐曲線、つまり、円錐が交差するときに得られる曲線の XNUMX つを記述します。平面 (楕円、双曲線、放物線、および特別な場合には円と直線) による。 さらに、ニュートンは、引力の中心、つまり、移動する点に作用するすべての引力の作用が集中する点が、記述された曲線の焦点にあると判断しました。 したがって、太陽の中心は、(ほぼ) 惑星によって表される楕円の一般的な焦点にあります。 このような成果を上げています。 ニュートンはすぐに、惑星の中心が楕円を表し、太陽の中心が惑星の軌道の焦点にあるというケプラーの法則の XNUMX つである合理的な力学の原理に基づいて、理論的に推論したことを知りました。 しかしニュートンは、理論と観察の間のこの基本的な合意に満足していませんでした。 彼は、理論の助けを借りて、惑星の軌道の要素を実際に計算できるかどうか、つまり、惑星の運動のすべての詳細を予測できるかどうかを確認したかったのですか? 最初、彼は運が悪かった。 ジョン・コンデュイットはそれについて次のように書いている：「1666年、彼は再びケンブリッジを離れた...リンカンシャーの母親のところに行き、庭で瞑想していたとき、重力（リンゴを地球に落下する) は、地球から一定の距離に制限されているわけではありませんが、力は通常考えられているよりもはるかに遠くまで及ぶ必要があります. なぜ月に行かないのか、そしてもしそうなら、これは月の動きに影響を与えるはずであり、おそらく、それを軌道に乗せて、そのような仮定の効果がどうなるかを計算することに決めた. しかし、当時彼は本を持っていなかったので、ノーウッドが地球を測定する前に、地理学者と私たちの船員の間で一般的に使用されていた命題を使用した. 、つまり、地球の表面の 60 度の緯度には XNUMX イングリッシュ マイルが含まれます。この計算は彼の理論と一致せず、重力とともに、力の混合物そして月、彼女が旋風によって彼女の動きで運ばれた場合...」 楕円運動の法則の研究は、ニュートンの研究を大幅に進歩させました。 しかし、計算が観察と一致しない限り、ニュートンは理論の誤りまたは不完全さの何らかの原因の存在を疑っていたに違いありません。 ニュートンがフランスの科学者ピカードによって得られたより正確な子午線データを使用できるようになったのは 1682 年のことでした。 子午線の長さを知っていたニュートンは、地球の直径を計算し、すぐに新しいデータを以前の計算に入力しました。 彼の最大の喜びは、科学者が彼の古い見解が完全に確認されたことを確信していたことです。 物体を地球に落下させる力は、月の動きを制御する力とまったく同じであることが判明しました。 この結論は、ニュートンにとって彼の科学的天才の最高の勝利でした。 今、彼の言葉は完全に正当化されました：「天才は特定の方向に集中した思考の忍耐です。」 彼のすべての深い仮説、長期的な計算は正しいことが判明しました。 今、彼は完全にそして最終的に、XNUMXつの単純で偉大な原理に基づいて宇宙のシステム全体を作成する可能性を確信しました。 月、惑星、さらには空をさまよう彗星の最も複雑な動きはすべて、彼にとって非常に明確になりました。 太陽系のすべての物体の動き、そしておそらく太陽自体、さらには星や星系の動きを科学的に予測することが可能になりました。 1683 年の終わりに、ニュートンはついに王立協会に、惑星の運動に関する一連の定理の形で彼のシステムの主な原則を伝えました。 しかし、この発見の栄光の少なくとも一部を自分自身に帰そうとする嫉妬深い人々にとって、その理論はあまりにも素晴らしかった. 間違いなく、当時の英国の科学者の何人かはニュートンの発見に非常に近づきましたが、問題の難しさを理解することはそれを解決することを意味しません. 有名な建築家で数学者のクリストファー・レンは、惑星の動きを「元の動きに関連する太陽への物体の落下」によって説明しようとしました。 天文学者のハレーは、ケプラーの法則は距離の XNUMX 乗に反比例する力の作用によって説明できると仮定しましたが、これを証明することはできませんでした。 フックは、王立協会のメンバーに対し、要素に含まれるすべてのアイデアがすでに XNUMX 回提案されていることを保証しました。 以前に彼によって説明されなかったものは誤りです。 ホイヘンス 粒子の相互重力の考えを完全かつ断固として拒否し、重力が体内にのみ存在することを許可しました。 ライプニッツ ベルヌーイとカッシーニはまた、頑固に渦について話しました。 しかし、騒音は徐々に収まり、万有引力の発見の栄光は当然アイザック・ニュートンに行きました。 著者: サミン D.K.
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