Тела пребывают в движении или покое, они приводятся в движение пропорционально силе, на них воздействующей, и оказывают сопротивление в той мере, в какой могут его оказать. По одному только этому принципу в мире никогда не могло быть никакого движения. Для приведения тел в движение был необходим какой-то иной принцип.
Многие из нас в разное время своей жизни увлеченно фантазировали, как мы волшебным образом путешествуем во времени и встречаемся с нашим любимым ученым из древности или другим провидцем. Разве не здорово запросто поболтать с самим Жюлем Верном или Гербертом Уэллсом, показать им фотографии современных самолетов и ракет и сообщить, что они были правы? Разве они не были бы поражены тем, как со временем их величайшие предвидения не просто осуществились на деле, но и были значительно превзойдены?
Исследуя с помощью компьютеров XXI века устройство Вселенной, как никогда ранее мы приблизились к фундаментальным ответам. Но до сих пор испытываем священный трепет перед теми поразительными открытиями, которые совершили великие умы за последние несколько веков. Давайте начнем путешествовать во времени и посмотрим на революционные открытия, которые были сделаны в необычное время четыре столетия назад.
К началу эпохи Возрождения все большее число европейцев и жителей Азии стали проявлять недовольство, что все события приписываются прихотям лишь одного Бога или даже многих богов. Они захотели объяснять события с точки зрения разума. Такие рационалисты XVII века, как Рене Декарт, разделили единое мироздание, решительно отделив нас как наблюдателей от того, что мы созерцаем. Такое разделение на субъект и объект представлялось тогдашним ученым и философам неплохой и вполне уместной идеей, ведь люди, как раньше, так и теперь, славятся своими заблуждениями. Устранение «субъективного» аспекта в изучении природы казалось первым разумным шагом во избежание ошибок.
Этому новому подходу для получения знаний было присуще также предположение, что поступки в прошлом имеют решающее значение для прогнозирования будущего поведения. Это соображение используют при датировании, это именно та логика, какой руководствуются в суде при условно-досрочном освобождении, и она стала ключевой для физиков XVI – начала XX веков: траектория движущегося объекта была для них самым надежным указателем, где объект будет найден в будущем.
Именно в этот период – в эпоху борьбы, испытаний и опустошающих нашествий бубонной чумы, в начале XVII века – мы сталкиваемся с гением Исаака Ньютона.
Внешне непривлекательный худой мужчина с прической, уместной разве что для хиппи 1960-х и 1970-х годов, Ньютон стал главным средневековым персонажем нашего повествования по множеству веских причин. Во-первых, он открыл законы природы, которые совершили прорыв на самом фундаментальном уровне. Ньютон доказал, соединив Землю и небеса, что движение подчиняется одним и тем же правилам «здесь внизу», в наших городах и селах, и «там наверху», в небесном царстве. А во-вторых, хотя на понимание этого уйдут столетия, законы Ньютона можно использовать и при рассмотрении альтернативных реальностей, они своего рода портал, ведущий к удивительным открытиям, и мы еще поговорим о них в этой книге. Прозрения могли бы увести его гораздо дальше, если бы он сумел противостоять своему страху, своему монстру под кроватью – табу на включение человеческого разума при рассмотрении функционирования всего мироздания.
Но даже отдельно взятые законы Ньютона – существенный шаг в нашем понимании мира. Он одним из первых обнаружил единство того, что на протяжении веков считалось совершенно отдельными сферами, – небесных тел и земных предметов, а потому слава его не увядает по сей день. Он решительно повел человечество по дороге к единому мирозданию. Два столетия спустя новое поколение блестящих мыслителей, прежде всего Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл, объединили другие, ранее казавшиеся несопоставимыми, сущности: они обнаружили, что хотя магнетизм и электричество проявляют себя как различные явления, за ними стоит единая всеобъемлющая сила. А еще через полвека Альберт Эйнштейн докажет, что пространство и время, отличающиеся друг от друга как пицца и веселящий газ, в действительности представляют собой две стороны одной медали. Развивая ту же идею e pluribus unum[5], он занялся материей и энергией. Последнее вызвало эффект взорвавшейся бомбы – никто и вообразить себе не мог, что свечение звезд является проявлением материальных объектов, преобразующих себя в энергию. А другие достижения в физике и химии начала XX века указывали на то, что все элементы состоят из одинаковых субатомных частиц в различных комбинациях. Раз за разом создавалось впечатление некоего чудесного единства, пронизывающего природу.
Используя законы Ньютона, мы всегда можем точно рассчитать реальную траекторию объекта, если известны начальная точка и характер движения (скорость и направление) – так называемые начальные условия
Именно Ньютон запустил этот шар, и его инерция и сегодня подталкивает нас двигаться со все возрастающей скоростью. А при более тщательном изучении законов движения Ньютона мы сможем открыть двери, которые сэр Исаак распахнул, даже сам того не осознавая. Если начать с его же простых примеров – человек бросает камень или лучник запускает стрелу, – то мы поймем, что утверждаемое Ньютоном на самом деле вполне интуитивно. Когда в детстве мы бросались снежками в дорожные знаки, мы раз за разом учились правильно применять силу и компенсировать гравитацию при полете этого снаряда. Мы понимали, куда нужно целиться, и, услышав металлический звон, замечали восторженные взгляды прохожих противоположного пола.
Замахиваясь рукой и напрягая бицепсы, мы приводили холодный шарик в движение, и при этом нам было доступно множество траекторий.
Столь огромный диапазон возможных кривых появляется в результате комбинации приложенного к снежку усилия с силой тяжести. Когда Ньютон разрабатывал свои законы движения, у этой силы не было даже названия – он придумал его, использовав латинское слово gravitas, что означало «достойный», «серьезный» или «важный». Эта притягивающая объекты к Земле сила всегда была главным игроком, независимо от поставленной цели – выиграть турнир по стрельбе из лука или метко запустить пушечные ядра в осаждаемый замок. Поиски Ньютоном закона движения объектов не были мотивированы лишь желанием прославиться в качестве «натурфилософа» (термина «ученый» тогда еще не существовало), это был чисто практический поиск для усовершенствования усилий человека.