Автор книги: Роберт Криз
Жанр: Зарубежная образовательная литература, Наука и Образование
Возрастные ограничения: +16
сообщить о неприемлемом содержимом
Текущая страница: 7 (всего у книги 17 страниц)
«Эксперимент господина Ньютона, [результаты] которого оспаривались господином Линусом и его сторонниками в Льеже, был проведен перед [членами] Общества в соответствии с указаниями господина Ньютона; эксперимент убедительно продемонстрировал те результаты, о которых писал господин Ньютон; было признано необходимым, чтобы господин Ольденбург поставил в известность об упомянутом факте господ в Льеже, которые заверили нас, что если эксперимент будет проведен перед [членами] Общества и будет иметь те же результаты, что были заявлены господином Ньютоном, то они сочтут названные результаты истинными»57.
Однако льежские критики не сдавались. Энтони Лукас попытался сам повторить experimentum crucis и обнаружил красные лучи среди лиловых. Еще один иезуит нашел красные и желтые лучи среди фиолетовых. Ньютон перестал отвечать на подобные сообщения, заявив, что «такие [вопросы] должны решаться не обсуждением, а повторными попытками проведения экспериментов»58. Он уже до этого дал определенные рекомендации относительно возможных сбоев при проведении опыта. Подобно любому сложному процессу, эксперимент может быть неверно организован, но, если все будет сделано правильно, сам эксперимент покажет, какие погрешности имели место в ходе неудачно закончившихся попыток. Эксперимент предоставит вам собственные критерии успешности.
* * *
Ньютонов experimentum crucis дал миру много всего сразу: определенную важную информацию, набор инструментов и методов и даже в некотором смысле нравственный урок. И красота его есть результат всего перечисленного. Эксперимент Ньютона с удивительной простотой и изобретательностью открыл очередной закон природы. Кому до Ньютона приходило в голову после использования призмы для расщепления светового луча на радугу цветов пропустить часть ее сквозь другую призму? При такой конфигурации больше не было нужды ни в каких дальнейших манипуляциях, чтобы доказать коллегам ученого, что чистый «белый» свет состоит из лучей различного цвета с различной степенью преломления.
Эксперимент позволил понять много удивительных явлений, связанных со светом, снабдил нас методикой выделения света различного цвета и технологией изготовления более качественных телескопов. Ньютоново открытие было подобно взрыву, отголоски которого разошлись во множестве самых разных направлений.
И, наконец, Ньютонов experimentum crucis стал нравственным уроком для ученых. Он как бы говорил: «Вот как надо пытаться понять все загадочные явления в окружающем мире – в ходе долгих и сложных экспериментов. А затем выбрать одну наиболее экономичную и наглядную демонстрацию, описать возможные ошибки и заблуждения, с ней связанные, и показать, какие новые связи в окружающем мире она высвечивает».
Совершенно очевидно, что красота описываемого эксперимента не имеет никакого отношения к красоте цветов. Ньютон, подобно Эратосфену с его тенями, смотрел не просто на отблеск цветов, он вглядывался в то, что заставляло их вести себя именно так и никак иначе. Однако, подобно эксперименту Галилея с наклонной плоскостью, experimentum crucis Ньютона высветил и нечто принципиально важное относительно самой природы эксперимента. От многих других великих экспериментов experimentum crucis отличает то, что он обладает особой, нравственной, красотой.
В 1721 году, редактируя французский перевод ньютоновской «Оптики» для очередного переиздания (первое французское издание появилось в 1704 году), французский математик Пьер Вариньон писал Ньютону: «Я с огромным удовольствием прочел „Оптику“ и в особенности потому, что ваша новая система цветов основывается на прекраснейших экспериментах». Вариньон попросил Ньютона прислать ему рисунок, который он мог бы поместить на первую страницу и который таким образом символизировал бы содержание всей книги.
Ньютон выбрал зарисовку experimentum crucis с лаконичной подписью: «Преломляясь, свет не меняет свой цвет». Эта картинка стала элегантным символом науки оптики, которая своим появлением во многом обязана Ньютону.
Интерлюдия
Разрушает ли наука красоту?
Когда я слушал ученого астронома
И он выводил предо мною целые столбцы мудрых цифр,
И показывал небесные карты, диаграммы
для измерения звезд,
Я сидел в аудитории и слушал его, и все рукоплескали ему,
Но скоро – я и сам не пойму отчего – мне стало
так нудно и скучно,
И как я был счастлив, когда выскользнул прочь и в полном
Молчании зашагал одинокий
Среди влажной таинственной ночи
И взглядывал порою на звезды.
Поклонникам прекрасного Ньютон принес не мир, но меч.
Древние философы, поэты и художники рассматривали свет как нечто исключительное, имеющее особый статус среди всех других явлений природы. Платон сравнивал свет и его лучи с самим Добром, высшей формой, так как он не только насыщает, но и освещает все вокруг. Мыслители платоновской традиции: блаженный Августин, Данте, Роберт Гроссетест, св. Бонавентура – находили особую связь между светом, красотой и бытием. Свет для них был основополагающим принципом всей видимой и чувственной красоты, он был сам по себе прекрасен. Он освещал мир, сотворенный Богом, и потому сам был чем-то вроде богоявления. Особым статусом наделен свет и для художников. Во времена Ньютона они, говоря словами искусствоведа Кеннета Кларка, рассматривали свет как «акт любви», ибо свет покрывает мир, делая его ярче и прекраснее59.
Однако появление современной науки и особенно работы Ньютона бросили вызов этому взгляду. Свет внезапно утратил свой статус главного проявления Бога в мире. Он стал просто еще одним природным феноменом, подчиняющимся определенным механическим и математическим законам60.
Поэтическая реакция на новую науку прежде всего определялась тем, что, по мнению поэтов, Ньютон «сотворил с этой драгоценной палитрой красок, именуемой радугой». Некоторые поэты и художники XVIII и начала XIX столетия воспринимали Ньютона как личного врага. Им казалось, что он превратил радугу и другие волшебные проявления цвета в сухое математическое упражнение. К таким поэтам принадлежал и Китс. В 1817 году Китс оплакивал радугу, у которой «похищена ее тайна». На одной вечеринке Китс вместе с литератором Чарльзом Лэмом набросились на хозяина дома – английского художника Бенджамина Хейдона за то, что он на одном из своих полотен изобразил голову Ньютона. Молодые люди заявляли, что Ньютон «уничтожил красоту радуги, сведя ее к цветам спектра»61. Полтора года спустя все еще преисполненный негодования Китс вновь обращается к этой теме в поэме «Ламия» (1820):
В том же году было опубликовано стихотворение Томаса Кэмпбелла «Радуге», заключающее в себе примерно ту же идею, что и у Китса.
На одном из своих рисунков поэт Уильям Блейк изобразил Ньютона в виде обнаженного атлета с измерительным циркулем и написал:
В своих работах «К теории цвета» и «Вклад в оптику» Иоганн Вольфганг Гете попытался разработать демонстративно антиньютоновское учение о цвете, основанное исключительно на восприятии цветов. Гете сам провел интересную серию экспериментов и сумел описать и объяснить некоторые аспекты восприятия цвета, на которые не обратил внимания Ньютон. Наблюдения Гете оказали сильнейшее влияние на многих художников, включая Уильяма Тернера.
Однако другая группа художников оценивала достижения Ньютона совершенно иначе. Сам Ньютон не был большим знатоком и любителем искусства. Однажды он с презрением назвал статуи «каменными куклами» и любил цитировать отзыв Исаака Барроу о поэзии: стихи суть не более чем «искусная чепуха». Тем не менее многие художники полагали, что Ньютон раздвинул границы прекрасного. К числу поклонников Ньютона принадлежал, в частности, английский поэт Джеймс Томсон, который, по словам историка науки Марджори Николсон, наряду с некоторыми другими своими современниками научился смотреть на радугу и на закаты «глазами Ньютона»62. Более того, Томсон, по-видимому, полагал, что «только Ньютон видел истинную красоту».
Эта дискуссия поэтов и художников демонстрирует и поныне актуальное разделение людей искусства на тех, кто считает, что научные исследования уничтожают прекрасное, и тех, кто полагает, что наука лишь углубляет понимание красоты. Как-то один знакомый художник заявил физику Ричарду Фейнману, что если люди искусства видят красоту цветка, то ученые способны только разделить цветок на части и превратить его в холодную безжизненную вещь. Фейнмана подобное замечание, однако, не застало врасплох. Он ответил, что как ученый он способен видеть в цветке не меньше, а больше прекрасного, чем кто-либо другой. Как ученый он способен оценить, к примеру, красоту сложных процессов, происходящих в клетках цветка, его роль в эволюционном процессе и экологии. «Научное знание, – заметил Фейнман, – делает благоговейный восторг перед тайной цветка еще более глубоким»63.
Познания в перечисленных областях способны испортить ваше впечатление от красоты цветка не в большей степени, чем ваши познания в области акустики – восторг от талантливого исполнения «Времен года» Вивальди. Чтобы поддерживать в себе чувство преклонения и удивления перед красотой окружающего мира, следует не сторониться естественных наук, а, напротив, активно интересоваться их достижениями.
Рис. 11. Оборудование Кавендиша, предназначенное для измерения плотности Земли
Глава 5.
Взвешивание мира
Строгий эксперимент Кавендиша
Английский ученый Генри Кавендиш (1731–1810), один из величайших химиков и физиков XVIII столетия, был также и одним из самых странных. К счастью для него и для науки, его аристократическое происхождение и полученное по наследству состояние давали Кавендишу возможность потакать своим увлечениям, как ему заблагорассудится. В результате ученому удалось разработать и провести удивительный эксперимент, который никому не удалось превзойти по точности на протяжении целого столетия.
Кавендиш говорил нервным визгливым голосом, носил причудливую одежду, которая к тому времени уже полвека как вышла из моды, и всеми способами старался избегать общения с людьми. Его первый биограф, член Королевского общества Джордж Вильсон, отмечал, что, по словам коллег Кавендиша, он одевался примерно так, как одевались их дедушки (особенно обращала на себя внимание высокая треуголка). Кроме того, он был «застенчив и робок до болезненности»64. Когда возникала необходимость с кем-то познакомиться, Кавендиш либо в ужасе выбегал из помещения, либо смотрел куда-то поверх головы того, кому его представляли. Порой он застывал на пороге комнаты, полной людей, не в силах в нее войти. В карете Кавендиш забивался в самый дальний и темный угол, чтобы никто из прохожих не увидел его в окно. А на свои ежедневные прогулки он всегда выходил в одно и то же время и прогуливался по одному и тому же маршруту, обычно следуя посередине дороги, чтобы избежать случайных встреч. Впрочем, когда до него дошли слухи, что соседи знают, когда он выходит на свои прогулки, и специально собираются, чтобы поглазеть на местного чудака, Кавендиш изменил режим и стал прогуливаться по ночам.
Единственный существующий портрет Кавендиша был написан втайне от него. Знакомые ученого, зная, что он никогда не согласится позировать, пригласили художника на один из обедов в Королевском обществе, не поставив в известность самого Кавендиша, и посадили живописца так, чтобы он смог хорошенько разглядеть лицо чудака. Девиз герцогов Девонширских, из рода которых происходил Кавендиш, – Cavendo tutus («Спасение остерегающемуся»), однако Генри в своем поведении довел эту рекомендацию до патологической крайности.
Мать Кавендиша умерла, когда ребенку было всего два года, и больше всего на свете он боялся женщин. Чтобы избежать необходимости общения с собственной экономкой, он вечером оставлял для нее на столе письменные инструкции относительно того, что следует сделать на следующий день. Случайно столкнувшись с ней как-то на лестнице, Кавендиш приказал пристроить в доме специальную заднюю лестницу, чтобы исключить подобные случайности в дальнейшем. Знакомый Кавендиша по Королевскому обществу вспоминал:
«Однажды вечером мы обратили внимание на то, что очень хорошенькая девушка выглядывает из верхнего окна дома на противоположной стороне улицы и наблюдает за обедающими философами. Она привлекла наше внимание, и один за другим мы стали подниматься из-за стола и подходить к окну, чтобы полюбоваться красавицей. Кавендиш, который поначалу решил, что мы любуемся луной, поспешил присоединиться к нам, но, подойдя своей неуклюжей походкой к окну и обнаружив истинный предмет нашего исследования, отвернулся с невыразимым омерзением и громко выкрикнул: „Фу!“»65
Кавендиш был предельно педантичен как в жизни, так и в работе. На ужин он ел всегда одно и то же – баранью ногу. Его дневной режим, по воспоминаниям Вильсона, был настолько упорядочен, что «своими постоянством и неизменностью напоминал законы, управляющие движением звезд. Он носил одно и то же платье в течение многих лет, не обращая ни малейшего внимания на перемены в моде. Он вычислял время, когда необходимо пригласить портного, чтобы тот сшил ему новый костюм, так же как он вычислял бы время приближения кометы… Приходя на заседания Королевского общества, свою шляпу он неизменно вешал на один и тот же крючок. Свою трость он постоянно помещал в один из башмаков – и всегда в один и тот же… Таков он был в жизни – удивительный пример разумного часового механизма. Он жил по абсолютно неизменным законам и умер в соответствии с ними, предсказав свою смерть так, словно она была затмением какого-то великого светила (что на самом деле почти так и было), с удивительной точностью просчитав момент, когда тень незримого мира покроет его своим непроницаемым плащом»66.
Вильсона, внимательного и проницательного автора, отличало весьма сложное и противоречивое отношение к человеку, биографию которого он писал. Вынужденный дать оценку личности Кавендиша, Вильсон с невероятным, поистине героическим трудом выжал из себя следующую весьма примечательную характеристику этого выдающегося, но чрезвычайно странного человека:
«В нравственном отношении о [его характере] сказать практически нечего, и его можно описать лишь в виде набора отрицаний. Он не любил. Он не ненавидел. Он ни на что не надеялся. Он ничего не боялся. Он ничему не поклонялся. Он отделил себя не только от других человеческих существ, но и от самого Господа Бога. В его характере не было ни малейших признаков каких-либо страстей, энтузиазма, героизма или благородства, но в нем также не было ничего низкого, недостойного, подлого и унижающего человеческое достоинство. Он почти достиг абсолютной бесстрастности. Все, что требовало для своего понимания чего-то большего, чем просто усилия интеллекта, что нуждалось в услугах воображения, фантазии, чувств или веры, вызывало в Кавендише глубочайшее отвращение.
Когда я читаю его [работы], передо мной возникает образ мыслящей головы, пары наблюдающих весьма острых глаз и пары умелых рук, готовящих эксперимент или записывающих его результаты. Его мозг был некой счетной машиной; его глаза – инструментами зрения, но никогда не источником слез; его руки – орудиями опыта, никогда не дрожавшими от волнения и не сжимавшимися от восторга, благодарности или отчаяния; сердце же его было лишь анатомическим органом, необходимым для циркуляции крови.
Но если такое существо, которое сумело перевернуть с ног на голову известное изречение nihil humani me alienum puto[9]9
Ничто человеческое мне не чуждо (лат.).
[Закрыть], невозможно полюбить, то столь же мало его можно ненавидеть или презирать. Несмотря на всю атрофию или недоразвитость многих способностей, которые мы находим в тех, в ком все стихии пребывают в равномерном смешении, он все-таки был не меньшим гением, чем все те поэты, художники и музыканты с примитивными интеллектом и душой, но с невероятно развитым воображением, перед которыми свет с такой готовностью преклоняет колени»67.
Гений Кавендиша заключался в его особом взгляде на мир и в его роли ученого в нем. Вильсон продолжает:
«Теория Вселенной Кавендиша, как кажется, сводилась к тому, что [Вселенная] состоит исключительно из множества объектов, которые можно взвесить, сосчитать и измерить. Своим же призванием он считал задачу взвесить, подсчитать и измерить возможно большее число этих объектов за отпущенные ему годы жизни».
Кавендиш использовал небольшую часть своей резиденции в Клэпхеме (пригороде Лондона) в качестве спальни, остальные же помещения до отказа забил научным оборудованием: термометрами, другими измерительными приборами, астрономическим устройствами – и инструментами для производства подобного оборудования. На верхних этажах он разместил астрономическую обсерваторию, а на ветвях самого большого дерева в саду – метеорологические приборы. Кавендишем владела страсть к модификации различных инструментов, и в результате он внес значительные усовершенствования в уже существовавшие в то время химические весы, электрическое оборудование, ртутные термометры, геологический и астрономический инструментарий. Однако Кавендиша абсолютно не заботил внешний вид его творений, порой настолько непривлекательный, что историки науки обычно отзываются о его инструментах как о «топорных на первый взгляд, но удивительно совершенных». Однажды его экономка с недоумением обнаружила, что он соорудил выпарной аппарат из ночных горшков.
Некоторые историки науки пишут о воздействии, которое оказывает характер ученого на его исследования. В случае с Кавендишем подобное воздействие не вызывает сомнений, но верно также и противоположное: наука влияла на его характер. Требования, которые предъявляли к Кавендишу предпринимавшиеся им сложные и точные измерения, несомненно, способствовали поддержанию и еще большему углублению его невротических черт. С другой стороны, эти же измерения наиболее конструктивным образом фокусировали его душевную энергию, а уважение, которого он добился среди членов Королевского общества, помогало ему сохранять те немногие дружеские связи, которые он с огромным трудом сумел сформировать.
Это уважение, вне всякого сомнения, было заслуженным, так как общеизвестные заслуги Кавендиша были значительными и охватывали целый ряд различных областей. Более того, на самом деле его достижения были еще значительнее, чем полагали его коллеги по обществу, так как Кавендиш, рассматривавший свои открытия как личную собственность, не обнародовал многие из них отчасти потому, что был крайне скрытен, а отчасти из-за того, что считал работу незаконченной и требующей дальнейших уточнений. За полвека непрерывной научной деятельности, которой он был в буквальном смысле слова одержим, Кавендиш написал менее двадцати статей и ни одной книги. В результате закон Ома (описывающий отношение между напряжением, сопротивлением и силой тока) и закон Кулона (характеризующий силу, возникающую между двумя электрически заряженными телами) не были названы в честь человека, впервые их открывшего. Подобно шедеврам, которые спрятал на чердаке художник, вечно неудовлетворенный своими произведениями, эти открытия десятилетиями были скрыты на страницах записных книжек Кавендиша и обнаружены лишь через много лет изумленными редакторами и историками.
Вновь обратимся к Вильсону:
«Прекрасное, Возвышенное и Духовное, по-видимому, лежали за пределами горизонтов его восприятия… Многие из наших естествоиспытателей обладают сильным и развитым эстетическим чувством и способны получать истинное удовольствие от одного или нескольких изящных искусств. Однако Кавендиш ни на одно из них не обращал никакого внимания»68.
Кавендиша влекла гораздо более глубокая и суровая эстетика. Он обладал почти инстинктивным чувством правильности измерений и интуитивно находил самые простые способы их проведения. Кроме того, он был буквально одержим идеей доведения своих измерительных инструментов до идеальной точности. Его первая работа, опубликованная в 1766 году, когда Кавендишу было тридцать пять лет, посвящена проблеме измерений в химии. А в последней статье, вышедшей в 1809 году, за год до его смерти, рассматривались вопросы измерений в астрономии. В промежутке же между этими публикациями Кавендиш с идеальной точностью взвесил и измерил множество самых разных вещей.
Одной из таких вещей была наша планета. Эксперимент Кавендиша, проведенный в 1797–1798 годах для определения плотности Земли, стал одним из шедевров ученого, и его фанатическое стремление к точности достигло здесь своего апогея. Ученый сделал массу других открытий, но именно этот эксперимент вошел в историю под названием «эксперимента Кавендиша».
Experimentum crucis Ньютона был тем, что историки науки именуют экспериментом-открытием, так как с его помощью была открыта новая и неожиданная характеристика окружающего нас мира в той области, где научная теория тогда была достаточно слаба. Кроме того, Ньютон выделил его из целой серии экспериментов и сделал чем-то вроде специальной демонстрации, показательной для всех остальных его исследований.
Эксперимент Кавендиша был чисто измерительным экспериментом, главной особенностью которого является высочайшая степень точности. Помимо прочего, он не был частью серии экспериментов и основывался на относительно хорошо проработанном теоретическом базисе. Свое истинное значение он приобрел лишь спустя определенное время. Если целью Кавендиша было измерение плотности, или «веса» Земли, то ученые, приводившие закон гравитации Ньютона в его более точную современную форму, обнаружили, что эксперимент Кавендиша является превосходным способом измерения значения чрезвычайно важной величины G – универсальной гравитационной постоянной.
* * *
Путь, который привел Кавендиша к великому эксперименту, начался, как бывало с ним довольно часто, с вопроса о точности – в данном случае о точности географических инструментов. В 1763 году английского астронома Чарльза Мейсона и топографа Иеремию Диксона командировали в Новый Свет для разрешения давнего пограничного спора между двумя британскими колониями – Пенсильванией и Мэрилендом. Результатом этой поездки стало проведение линии Мейсона – Диксона – важной границы в истории Соединенных Штатов, символически отделявшей рабовладельческий Юг от свободного Севера. Кавендиш задался вопросом, насколько точна была работа картографов. Ведь Аллеганский горный массив, расположенный к северо-западу от линии, должен был оказывать определенное гравитационное воздействие на измерительные приборы Мейсона и Диксона, и это воздействие не могло быть компенсировано эквивалентной массой с юго-востока: там простирается Атлантический океан, а вода обладает гораздо меньшей плотностью, чем любая горная порода.
Разница в плотности гор и океанов навела Кавендиша на мысль о средней плотности Земли в целом – предмет, который мог представлять интерес не только для топографов, но и для ученых многих других специальностей, включая физиков, астрономов и геологов.
Согласно Ньютону, гравитационное притяжение между двумя телами прямо пропорционально их плотности. По относительному гравитационному притяжению, которым обладают астрономические тела по отношению друг к другу, можно узнать их относительную плотность. Ньютон, к примеру, рассчитал, что плотность Юпитера составляет четвертую часть плотности Земли. И, основываясь на относительной плотности материи на поверхности Земли и в шахтах, Ньютон высказал поразительно точное предположение о ее плотности. Он писал: «…правдоподобно, что все количество вещества Земли приблизительно в пять или шесть раз больше того, как если бы она вся состояла из воды»69. Однако в тот момент никто не располагал способами измерить Землю. Для этого необходимо было измерить притяжение между двумя объектами известной плотности. Отношение величины притяжения между такими объектами к их плотности можно было бы сравнить с отношением величины притяжения между ними и Землей и таким образом определить общую плотность Земли. Однако тела, с которыми можно было работать в лабораторных условиях, обладали настолько незначительной гравитацией, что Ньютон и его коллеги считали невозможными их измерения.
Альтернативный метод заключался в том, чтобы измерить, с какой силой большая масса земли известной плотности (как, например, геометрически более или менее правильная и геологически однородная гора) воздействует на небольшой объект, например на подвешенное грузило, отклонения которого от вертикального положения могут быть точно измерены. Однако измерения, проведенные самим Ньютоном, его разочаровали: «Незаметно какого-либо ее [силы тяжести] уменьшения на вершинах даже самых высоких гор», – писал он70.
Вопрос о плотности Земли был настолько важен для астрономов, физиков, геологов и топографов, что в 1772 году Королевское общество создало специальный Комитет притяжения с целью измерения плотности Земли. Астроном Невил Маскелайн описал это предприятие как попытку сделать «всемирную гравитацию ощутимой». Комитет, в члены которого входил и Кавендиш, решил испробовать метод с грузилом. В 1775 году Королевское общество профинансировало экспедицию для проведения этого эксперимента – спланированного в основном Кавендишем, но реализованного Маскелайном – к невысокой, но имеющей правильную геометрическую форму горе Шихаллион в Шотландии. Поначалу эксперимент пришлось отложить из-за испортившейся погоды, но после того, как он все-таки был завершен, Маскелайн устроил грандиозный пир для местных фермеров, в ходе которого был выпит сорокалитровый бочонок виски, а вслед за этим случился пожар, возникший по вине самих участников торжества, и дом, в котором они пьянствовали, полностью сгорел. Эта вечеринка вошла в шотландский фольклор, о ней упоминается в одной из гэльских баллад71.
Тем временем в Лондоне некий математик на основе собранных в Шотландии сведений пришел к выводу, что плотность Земли в 4,5 раза превосходит плотность воды, если исходить из того, что отношение средней плотности Земли к плотности горы Шихаллион составляет 9/5 и что плотность горы в 2,5 раза больше плотности воды. Маскелайн получил за свои измерения медаль, а на церемонии ее вручения глава Лондонского королевского общества провозгласил, что ньютоновская система «завершена».
Кавендиш, естественно, ни в каких торжествах и пиршествах участия не принимал и вообще не ездил на Шихаллион. Его, в отличие от Маскелайна и коллег по Лондонскому королевскому обществу, полученный результат совсем не удовлетворил. Откуда им известно, что отношение плотности Земли к плотности горы составляет именно 9/5 и что плотность горы в 2,5 раза больше плотности воды? Без установления точного состава горы и ее размеров все измерения плотности Земли останутся весьма и весьма приблизительными. Кавендиш пришел к выводу, что по-настоящему точные измерения плотности Земли могут быть сделаны только в лаборатории с использованием тел известной формы и состава. Правда, как ему было отлично известно, главная сложность при таком измерении будет заключаться в том, что оцениваемая сила будет чрезвычайно мала. Если великий Ньютон полагал, что даже большая гора неспособна продемонстрировать гравитационную силу значимой величины, то что можно сделать в лаборатории?
Как было ему свойственно, Кавендиш молча обдумывал данную проблему на протяжении многих лет, одновременно работая над другими вещами. Но как-то он упомянул об этом вопросе в разговоре с одним из своих немногочисленных друзей – преподобным Джоном Мичеллом. Мичелл был не только священником, но и довольно известным геологом, изучавшим внутреннее строение Земли. Его приняли в Королевское общество в 1760 году, в том же году, что и Кавендиша. В 1783 году, узнав, что у Мичелла возникли проблемы со здоровьем (а он как раз пытался изготовить телескоп чрезвычайно больших размеров), Кавендиш написал другу:
«Если Ваше здоровье не позволяет Вам продолжать начатое предприятие, то, возможно, оно, по крайней мере, позволит Вам заняться значительно менее сложной задачей – взвешиванием Земли»72.
Мичелл, который, подобно Кавендишу, был занят одновременно несколькими экспериментами, потратил десять лет на изготовление устройства для взвешивания Земли, но умер, так и не успев пустить его в дело. В конце концов оборудование оказалось в распоряжении Кавендиша, и тот посвятил несколько лет его усовершенствованию, чтобы добиться большей точности. Наконец осенью 1797 года он приступил к эксперименту. Несмотря на то, что Кавендишу к тому времени было почти шестьдесят семь лет, он взялся за проведение опыта с необычайной энергией и часами проводил наблюдения, с удивительной настойчивостью локализуя источники возможных ошибок и постоянно внося все новые и новые усовершенствования. Результаты его работы были опубликованы в журнале Лондонского королевского общества в июне 1798 года в виде статьи на 57 страницах73. Значительная ее часть была посвящена скрупулезнейшему описанию усилий экспериментатора по отслеживанию всех возможных источников ошибок, и один из комментаторов даже сетовал, что статья «производит впечатление диссертации об ошибках». Начинается же она довольно просто:
«Много лет назад ныне покойный преподобный Джон Мичелл, член данного общества, придумал метод определения плотности Земли, заключавшийся в установлении силы притяжения небольших количеств материи. Однако из-за занятости другими делами он смог завершить изготовление своего аппарата лишь незадолго до смерти, и ему не удалось провести на нем никаких экспериментов…
Сам аппарат очень прост. Он состоит из деревянного бруса в шесть футов в длину, который изготовлен так, чтобы при большой прочности иметь небольшой вес. Названный брус подвешен в горизонтальном положении на тонкой проволоке в 40 дюймов длиной, и к каждому его концу привешен свинцовый шар около 2 дюймов в диаметре. Все сооружение находится в узком деревянном футляре для защиты от сквозняка».
* * *
Мичелл намеревался измерить притяжение между этими двухдюймовыми металлическими сферами, размещенными на обоих концах подвешенного к потолку бруса (получилось нечто похожее на громадную гантель), и двумя восьмидюймовыми сферами, которые можно было приблизить к двухдюймовым шарам. Мичелл планировал медленно приближать сферы большего веса к меньшим, прикрепленным к брусу. Таким образом, если вы, предположим, смотрите с потолка на брус и меньшие шары находятся, скажем, в точке 0° и в точке 180°, большие шары будут находиться, соответственно, в точках 30° и 210°.
Правообладателям!
Это произведение, предположительно, находится в статусе 'public domain'. Если это не так и размещение материала нарушает чьи-либо права, то сообщите нам об этом.
