Леонардо да Винчи постиг гравитацию на столетие раньше Ньютона

Исааку Ньютону приписывают первую формулировку теории гравитации во второй половине 17-го века — очевидно, вдохновленную падением яблока с дерева — но фундаментальные аспекты гравитационного притяжения были также признаны Леонардо да Винчи более ста лет назад. Об этом говорится в новом исследовании, которое было опубликовано в журнале Leonardo.

В ходе исследования были проанализированы диаграммы в уже оцифрованных записных книжках Леонардо, в том числе эскизы треугольников, которые показывают взаимосвязь между естественным движением, направленным движением и выравниванием движения — признание того, что гравитация является своего рода ускорением.

В случае Леонардо это включало в себя размышления о песке, высыпаемом из кувшина. Он понял, что, если кувшин тянуть по горизонтальной плоскости с той же скоростью, что и сила, тянущая песчинки вниз, песок образует гипотенузу треугольника. Это осознание изменения скорости падающего объекта с течением времени является решающим шагом на пути к нахождению гравитационной постоянной на Земле.

«Около 500 лет назад Леонардо да Винчи пытался раскрыть тайну гравитации и ее связь с ускорением с помощью серии остроумных экспериментов, руководствуясь только своим воображением и искусной экспериментальной техникой», — пишут исследователи в опубликованной ими статье.

Эта гравитационная постоянная позже использовалась Ньютоном для определения его законов движения (включая гравитацию) и Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности. Леонардо знал, что он что-то нашел, но не был уверен, что именно.

Частично эта неопределенность была связана с тем, что Леонардо разделял идею Аристотеля о непрерывной силе, известной как импетус, которая наполняет снаряды и дает им возможность двигаться против гравитации. Принцип инерции, когда объекты просто продолжают двигаться в одном направлении, пока не встретятся с противодействующей силой, еще не был установлен в науке того времени.

Тем временем гравитация объяснялась Аристотелем как склонность материалов располагаться в соответствии с естественным порядком. Другими словами, гравитация и летающие снаряды объяснялись двумя очень разными теориями.

Хотя в его расчетах были ошибки, воссоздание экспериментов Леонардо в лаборатории показало, что его алгоритм рассчитал неуловимую гравитационную постоянную («g») с точностью 97 процентов по сравнению с современными методами и уравнениями.

«Разработав подход геометрической эквивалентности для демонстрации законов движения, Леонардо продемонстрировал замечательное понимание динамики падающих объектов, избегая необходимости знать точное значение «g», пока мы предполагаем, что «g» представляет скорость изменения скорости или ускорения», — пишут исследователи. «Если бы он провел эксперимент, который описал в своей рукописи, то он мог бы быть первым человеком, который сознательно создал эффект силы «g», не находясь в состоянии свободного падения».

Исследователей особенно впечатлили методы Леонардо, использующие то, что было ему доступно в то время, в первую очередь геометрию, и применяя это для исследования чего-то неизвестного. То же самое новшество все еще может быть применено к науке сегодня.

Ньютон не сам придумал свой закон всемирного тяготения: Галилей признал связь между движением свободного падения и временем в 1604 году, в то время как сам Ньютон полагает, что открытия Буллиальда и Борелли легли в основу его теорий.

Как оказалось, Леонардо да Винчи тоже был на правильном пути, определяя закономерности падения объектов, которые позже использовались для объяснения движения звезд и планет — и, как известно, для предсказания существования Нептуна.

«Мы не знаем, проводил ли Леонардо дальнейшие эксперименты или более глубоко исследовал этот вопрос», — говорит инженер-механик Мортеза Гариб из Калифорнийского технологического института. «Но тот факт, что он боролся с проблемами таким образом — в начале 1500-х годов — демонстрирует, насколько далеко зашло его мышление».