Kako Newton objašnjava kretanje planeta?

Drevni su vjerovali da se planeti i druga nebeska tijela pokoravaju različitim zakonima od uobičajenih fizičkih objekata na Zemlji. Međutim, do 17. stoljeća astronomi su shvatili da je Zemlja sama po sebi planet i da - umjesto da bude fiksno središte svemira - vrti se oko Sunca kao i svako drugo planeta. Naoružan tim novim razumijevanjem, Newton je razvio objašnjenje gibanja planeta koristeći iste fizikalne zakone koji vrijede na Zemlji.

Newton je rođen u Lincolnshireu u Engleskoj 1642. godine. U dobi od 27 godina imenovan je profesorom matematike na Sveučilištu Cambridge. Njegov je osobiti interes bio primjena matematičkih metoda na fizičke znanosti. Kretanje planeta bila je jedna od najžešćih rasprava u to vrijeme, a Newton je velik dio svog napora posvetio razvoju matematičke teorije o tome. Rezultat je bio njegov zakon univerzalne gravitacije, koji je prvi put objavljen 1687.

U Newtonovo vrijeme sve što se znalo o kretanju planeta moglo se kratko sažeti u tri zakona koja se pripisuju Johannesu Kepleru. Prvi zakon kaže da se planeti kreću oko Sunca po eliptičnim putanjama. Drugi zakon kaže da planet u jednakim vremenima pometa jednake površine. Prema trećem zakonu, kvadrat orbitalnog razdoblja proporcionalan je kocki udaljenosti do sunca. To su, međutim, čisto empirijski zakoni. Oni opisuju što se događa bez objašnjenja zašto se to događa.

Newton je bio uvjeren da se planeti moraju pokoravati istim fizičkim zakonima koji se promatraju na Zemlji. To je značilo da na njih mora djelovati nevidljiva sila. Iz eksperimenta je znao da će se, u nedostatku primijenjene sile, tijelo u pokretu zauvijek nastaviti u ravnoj liniji. S druge strane, planeti su se kretali eliptičnim putanjama. Newton se zapitao kakva će ih sila natjerati na ovo. Genijalnim potezom shvatio je da je odgovor gravitacija - ona ista sila koja uzrokuje pad jabuke na zemlju na Zemlji.

Newton je razvio matematičku formulaciju gravitacije koja je objasnila i kretanje padajuće jabuke i kretanja planeta. Pokazao je da je gravitacijska sila između bilo koja dva predmeta proporcionalna umnošku njihovih masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih. Kad se primijeni na kretanje planeta oko Sunca, ova je teorija objasnila sva tri Keplerova empirijski izvedena zakona.