Н

Модели тяготения после Ньютона

а протяжении более чем двух веков после Ньютона без каких-либо определенных успехов физики обсуждали вопрос о природе силы тяготения. За это время был создан целый ряд моделей тяготения. В частности, так называемая гидростатическая модель была основана на предположении о том, что плотность и давление мирового эфира, окружающего материальное тело, убывают с удалением от его поверхности. Вследствие этого данное тело испытывает со стороны другого тела меньшее давление эфира, чем с противоположной стороны.

В 1784 году швейцарский физик и математик Жорж Лесаж предпринял попытку рассмотреть тот же вопрос с позиций древнегреческой атомистики. Он исходил из представления о потоках атомов особой материи, пронизывающих мировое пространство в различных направлениях. Очевидно, что отдельное тело, подвергаясь ударам со всех сторон, оставалось бы в равновесии. В случае соседства двух тел они будут закрывать обращенные друг к другу стороны от встречных потоков таких частиц, и вследствие этого будут взаимно притягиваться. Непригодность этой теории для объяснения движения конкретных тел Солнечной системы доказал П. Лаплас.

На смену этим взглядам пришли гипотезы о возможной роли электромагнитных взаимодействий. Так появилась теория, согласно которой между частицами тела, как и между частицами эфира, действуют силы отталкивания. При этом предполагалось, что между частицами тела и эфира действуют силы притяжения, превосходящие упомянутые силы отталкивания. Это должно было бы приводить к взаимному притяжению тел, погруженных в эфир.

Возникавшие время от времени расхождения результатов астрономических наблюдений с теоретическими расчетами положений небесных тел приводили к попыткам уточнить закон всемирного тяготения Ньютона. Так А. Клеро, изучая движение перигея лунной орбиты, предложил заменить закон (4.1) формулой

,

где α – некоторая постоянная, а показатель степени n равен 1 или 2. Позже Клеро отказался от этой гипотезы, поскольку данные о движении Луны, бывшие в его распоряжении, оказались неточными.

В 1859 году У. Леверье, составляя таблицы движения планет, обнаружил в движении перигелия Меркурия необъяснимое смещение величиной 38,3 за 100 лет. Сначала он предположил, что движение Меркурия вокруг Солнца возмущается неизвестной планетой, которую он назвал Вулканом. Но, несмотря на тщательные поиски, гипотетическую планету так и не обнаружили.

Для лучшего согласия теоретических расчетов с результатами астрономических наблюдений американский астроном Асаф Холл в 1894 году предложил принять закон всемирного тяготения в виде

, (4.3)

где  – очень малая поправка. Однако удовлетворительно представить движение планет и Луны с помощью одной формулы типа (4.3) не удалось. Значительно раньше, в 1825 году П. Лаплас предложил другую форму закона тяготения

,

где h – некоторая положительная константа. Однако и эта формула оказалась совершенно непригодной для описания движения перигелиев планет и перигея Луны при одном и том же значении постоянной h.

Уже в XX веке, в 1963 году английский ученый А. Финзи, рассматривая проблему устойчивости скоплений галактик, выдвинул гипотезу, что на межгалактических расстояниях сила гравитационного притяжения изменяется с расстоянием r по закону

,

где  – принятая им характерная длина, равная примерно 1500 световых лет. По той же причине американский астрофизик М. Милгром предположил, что закон всемирного тяготения справедлив на относительно малых расстояниях r. С увеличением r показатель степени в знаменателе (4.1) будто бы уменьшается, приближаясь к 1 при r, стремящемся к бесконечности.

Наконец, в 1986 году группа американских физиков высказала предположение, что на расстояниях порядка нескольких метров (и тем более нескольких сантиметров) действует некая сила отталкивания (пятое взаимодействие), величина которой пропорциональна удельному барионному заряду тел. В этом случае потенциальная энергия взаимодействия двух тел изменялась бы с расстоянием согласно формуле

,

где a – радиус пятого взаимодействия, т.е. расстояние, на котором пятая сила уменьшается в e раз. Отсюда следовало бы, что на больших расстояниях (r>>a) взаимодействие остается чисто ньютоновским, тогда как при r<<a оно тоже становится ньютоновским, однако с новой константой G = G(1+α). Это предположение проверяется.