Kā Ņūtons izskaidro planētas kustību?

Senie cilvēki uzskatīja, ka planētas un citi debess ķermeņi ievēro atšķirīgu likumu kopumu nekā parastie fiziskie objekti uz Zemes. Tomēr līdz 17. gadsimtam astronomi bija sapratuši, ka pati Zeme ir planēta un ka - nevis ir fiksēts Visuma centrs - tas griežas ap sauli tāpat kā jebkurš cits planētas. Bruņojies ar šo jauno izpratni, Ņūtons izstrādāja planētas kustības skaidrojumu, izmantojot tos pašus fiziskos likumus, kas attiecas uz Zemi.

Ņūtons dzimis Linkolnšīrā, Anglijā, 1642. gadā. Pēc 27 gadu vecuma viņš tika iecelts par matemātikas profesoru Kembridžas universitātē. Viņa īpašā interese bija matemātisko metožu pielietošana fiziskajās zinātnēs. Planētu kustība bija viena no karstākajām diskusijām par tā laika tēmām, un Ņūtons daudz veltīja tam, lai izstrādātu matemātisko teoriju. Rezultāts bija viņa universālās gravitācijas likums, kas pirmo reizi tika publicēts 1687. gadā.

Ņūtona laikā visu, kas bija zināms par planētas kustību, varēja īsi apkopot trīs likumos, kas attiecināti uz Johannesu Kepleru. Pirmajā likumā teikts, ka planētas ap sauli pārvietojas pa elipsveida orbītām. Otrais likums nosaka, ka planēta vienādos laikos izslauc vienādus laukumus. Saskaņā ar trešo likumu orbītas perioda kvadrāts ir proporcionāls attāluma kubam līdz saulei. Tie tomēr ir tīri empīriski likumi. Viņi apraksta notiekošo, nepaskaidrojot, kāpēc tas notiek.

Ņūtons bija pārliecināts, ka planētām ir jāievēro tie paši fiziskie likumi, kas tiek ievēroti uz Zemes. Tas nozīmēja, ka uz viņiem ir jādarbojas neredzētam spēkam. Pēc eksperimenta viņš zināja, ka, ja nav pielietota spēka, kustīgs ķermenis turpinās taisnā līnijā mūžīgi. Savukārt planētas virzījās elipsveida orbītās. Ņūtons sev jautāja, kāds spēks viņiem liktu to darīt. Ģēnija triecienā viņš saprata, ka atbilde bija gravitācija - tas pats spēks, kas liek ābolam nokrist uz Zemes.

Ņūtons izstrādāja matemātisku gravitācijas formulējumu, kas izskaidroja gan krītošā ābola, gan planētu kustību. Viņš parādīja, ka gravitācijas spēks starp jebkuriem diviem objektiem ir proporcionāls to masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tiem. Pielietojot planētas kustībai ap sauli, šī teorija izskaidroja visus trīs empīriski atvasinātos Keplera likumus.