როგორ ახსნის ნიუტონი პლანეტურ მოძრაობას?

ძველებს სჯეროდათ, რომ პლანეტები და სხვა ციური სხეულები ემორჩილებოდნენ დედამიწაზე არსებული ჩვეულებრივი ფიზიკური ობიექტებისგან განსხვავებულ კანონებს. მე -17 საუკუნისთვის ასტრონომები მიხვდნენ, რომ დედამიწა თავად იყო პლანეტა და რომ - ვიდრე სამყაროს ფიქსირებული ცენტრი იყოს - ის მზის გარშემო ბრუნავს, როგორც სხვა პლანეტა ამ ახალი გაგებით შეიარაღებულმა ნიუტონმა შეიმუშავა პლანეტარული მოძრაობის ახსნა იმავე ფიზიკური კანონების გამოყენებით, რაც დედამიწაზე მოქმედებს.

ნიუტონი დაიბადა ინგლისში, ლინკოლნშირში, 1642 წელს. 27 წლის ასაკში დაინიშნა კემბრიჯის უნივერსიტეტის მათემატიკის პროფესორის თანამდებობაზე. მისი განსაკუთრებული ინტერესი იყო მათემატიკური მეთოდების გამოყენება ფიზიკურ მეცნიერებებში. პლანეტების მოძრაობა იმ დროის ერთ – ერთი ყველაზე მწვავე თემა იყო და ნიუტონი დიდ ძალისხმევას უთმობდა ამის მათემატიკური თეორიის შემუშავებას. ამის შედეგი იყო მისი კანონი უნივერსალური მიზიდულობის შესახებ, რომელიც პირველად გამოქვეყნდა 1687 წელს.

ნიუტონის დროს ყველაფერი, რაც პლანეტარული მოძრაობის შესახებ იყო ცნობილი, მოკლედ შეიძლება შევაჯამოთ იოჰანეს კეპლერისადმი მიკუთვნებულ სამ კანონში. პირველ კანონში ნათქვამია, რომ პლანეტები ელიფსური ორბიტებით მზის გარშემო მოძრაობენ. მეორე კანონი ამბობს, რომ პლანეტა თანაბარ დროებში ტოვებს თანაბარ არეებს. მესამე კანონის თანახმად, ორბიტალური პერიოდის კვადრატი პროპორციულია მზესთან მანძილის კუბიკისა. ეს წმინდა ემპირიული კანონებია. ისინი აღწერენ იმას, რაც ხდება, იმის ახსნის გარეშე, თუ რატომ ხდება ეს.

ნიუტონი დარწმუნებული იყო, რომ პლანეტები უნდა ემორჩილებოდნენ იმავე ფიზიკურ კანონებს, რაც დედამიწაზე შეიმჩნევა. ეს იმას ნიშნავდა, რომ მათზე მოქმედი უნდა იყოს არნახული ძალა. მან ექსპერიმენტიდან იცოდა, რომ გამოყენებული ძალის არარსებობის შემთხვევაში, მოძრავი სხეული მარადიულად გაგრძელდება სწორ ხაზზე. პლანეტები კი ელიფსურ ორბიტებზე მოძრაობდნენ. ნიუტონმა ჰკითხა საკუთარ თავს, თუ რა ძალა აიძულებს მათ ამის გაკეთება. გენიალური ინსულტის შედეგად მან მიხვდა, რომ პასუხი იყო გრავიტაცია - იგივე ძალა, რომელიც დედამიწაზე ვაშლის მიწაზე ვარდნას იწვევს.

ნიუტონმა შეიმუშავა სიმძიმის მათემატიკური ფორმულირება, რომელიც განმარტავდა როგორც ჩამოვარდნილი ვაშლის მოძრაობას, ასევე პლანეტების მოძრაობას. მან აჩვენა, რომ გრავიტაციული ძალა ნებისმიერ ორ ობიექტს შორის მათი მასების პროდუქტის პროპორციულია და მათ შორის მანძილის კვადრატის უკუპროპორციულია. ამ თეორიამ, როდესაც მზის გარშემო პლანეტის მოძრაობას გამოიყენა, ახსნა კეპლერის სამივე ემპირიულად მიღებული კანონი.