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 изучены Леонардо да Винчи за более чем сто лет до этого, как говориться в новом исследовании.
В ходе исследования были проанализированы рисунки в уже оцифрованных записных книжках Леонардо да Винчи, 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 своей статье.
Гравитационная постоянная позже использовалась Исааком Ньютоном для определения его законов движения (включая гравитацию) и Альбертом Эйнштейном в его общей теории относительности. Леонардо знал, что он что-то нашел, но видимо 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 брошенные (летящие) тела 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 наукой того времени.
Тем временем гравитация объяснялась Аристотелем как склонность материалов располагаться в соответствии с естественным порядком. Другими словами, гравитация и летящие тела 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, избежав необходимости знать точное значение «g», пока мы предполагаем, что «g» представляет собой 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» для тела, не находящегося в состоянии свободного падения».
Исследователи были особенно впечатлены методами Леонардо, использующим то, что было доступно ему в средние века – в первую очередь геометрию – и использующим ее 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 Исмаэля Буйо и Джованни 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.
«Мы не знаем, проводил ли [Леонардо] дальнейшие эксперименты или более глубоко исследовал этот вопрос. Но тот факт, что он изучал вопросы таким образом — в начале 1500-х годов — демонстрирует, насколько далеко ушло его мышление».