Законы Кеплера, закон инерции Галилея и динамика Ньютона как раз и послужили основой закона всемирного тяготения.
В самом деле, если в соответствии с бесспорными вычислениями Кеплера планеты двигаются по эллипсам, значит, существует какая-то сила, заставляющая их в соответствии с законом инерции Галилея — Ньютона менять скорость как по величине, так и по направлению. Пользуясь правилом параллелограммов сил, о котором вы знаете из курса школьной физики, Ньютон вполне резонно предположил, что если бы на планеты не действовали никакие силы, то, начиная с каждого данного момента, планеты двигались бы по прямой, касательной к их действительной орбите.
Так как планеты в действительности двигаются по эллипсу, то следует предположить, что, помимо силы, направляющей их по касательной, имеется другая сила, направленная к Солнцу. Эта центростремительная сила была названа Ньютоном силой притяжения. Теперь оставалось лишь подыскать математическое выражение для предполагаемого закона притяжения и проверить его всеобщность. Здесь роль своего рода «подсказчика» сыграл второй закон Кеплера, который своей формулировкой обращал внимание на связь движения планет с величиной, обратно пропорциональной квадрату их расстояния от Солнца.
Конечно, открытие точной формулировки закона — великая личная заслуга Ньютона, но, как вы видите, открытие это было сделано, по-видимому, не в саду, не через пару минут после падения легендарного яблока, а «вырабатывалось» на протяжении многих лет и опиралось на знание многих других законов, открытий и расчетов.
И еще одна важная деталь: даже после того, как формулировка закона была найдена, Ньютон опубликовал его не сразу. Прежде всего он попытался привести свой закон в согласие с явлениями природы. В качестве, так сказать, пробного полигона он выбрал вращение Луны вокруг Земли. Однако сложные расчеты, произведенные Ньютоном на основе открытого им закона, не согласовывались с вычислениями астрономов, производивших реальные наблюдения за вращением естественного спутника нашей планеты. Это заставило Ньютона на ряд лет отложить опубликование открытого закона. Лишь после того, как он познакомился с новыми, более точными результатами измерений окружности и радиуса Земли, сделанными Жаном Пикаром и опубликованными в 1675 году, он сумел внести поправки, и результаты его вычислений полностью совпали с результатами наблюдений. Только после этого Ньютон включил свой закон в число достоверных истин, подлежащих опубликованию.
Мы можем заметить немало сложных петель, из которых складывается гордиев узел науки. Закон всемирного тяготения не был непосредственно и прямо выведен, извлечен из наблюдений и экспериментов. Ньютон опирался на другие законы, прежде всего законы Кеплера и Галилея, а также законы классической кинематики и динамики.
Таким образом, неверно думать, будто бы все законы непосредственно возникают на основе наблюдений. Пример закона всемирного тяготения показывает, что он возник в результате сложных теоретических построений, вследствие учета взаимодействия, «вза-имоналожения» различных, ранее установленных законов науки. Далее наблюдения играют разную роль на начальной и заключительной стадиях формирования закона. На первой они могут дать толчок к поискам закона, на второй — послужить средством его проверки (наблюдение за движением Луны в случае с законом тяготения).
Различными по своей природе были и законы, предшествовавшие и содействовавшие открытию закона всемирного тяготения. Законы Кеплера возникли в результате математической обработки наблюдений Тихо Браге. Без них открытие законов Кеплера было бы просто невозможно. Поэтому такие законы обычно называют эмпирическими. Они если и не вытекают непосредственно из наблюдений, то уж, по крайней мере, являются результатами их математической обработки. Напротив, закон инерции Галилея не мог, как думают многие, возникнуть из наблюдений.
В самом деле, рассматривая движение любых предметов в природных или лабораторных искусственных условиях, мы никогда не можем заметить предметов, находящихся в абсолютном покое или совершающих прямолинейное равномерное движение. Сам Галилей это прекрасно сознавал к утверждал, что все виды движения относительны. Любое тело на поверхности Земли, которое мы можем условно считать покоящимся, в действительности втянуто в целый ряд разнообразных движений: оно вместе с поверхностью Земли колеблется, хотя, быть может, и не очень заметно, вращается вокруг земной оси и вместе с Землей вращается в Солнечной системе, а вместе с последней совершает движение в Галактике.