Paul M. Sutter je astrofyzik na SUNY Stony Brook a Flatiron Institute, moderátor pořadů Ask a Spaceman a Space Radio a autor knihy How to Die in Space.

Existuje důvod – vlastně několik – proč je sir Isaac Newton často považován za vědce číslo 1 všech dob. A zatímco se všichni na střední škole musíme učit o jeho pohybových zákonech a pojetí gravitace, málokdy se nám podaří nahlédnout, proč je jeho stěžejní dílo „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ (neboli česky „Matematické principy přírodní filozofie“) tak zatraceně důležité. Pojďme se tedy trochu ponořit do mysli génia:

Zůstaňte na místě

Filozofové po celou dobu hledali základní zákony, jednoduchá pravidla vesmíru, která by mohla vysvětlit širokou a divokou škálu jevů, jež vidíme ve světě kolem nás. Na tomto úkolu pracovali, a většinou neúspěšně, po několik tisíciletí, dokud se na konci 16. století neobjevil Newton a neukázal jim, jak na to.

V knize Principia Newton stanovil tři jednoduchá pravidla vesmíru. Na první pohled, o více než tři sta let později, se zdají být jednoduchá, intuitivní a zřejmá, ale to jen proto, že jsme měli více než tři sta let na to, abychom si je osvojili. V té době to byly naprosté myšlenkové revoluce.

Video: Tři Newtonovy pohybové zákony vysvětleny
Související: Jeho první zákon říkal, že předměty v klidu mají tendenci zůstat v klidu a předměty v pohybu mají tendenci zůstat v pohybu. Jinými slovy, existuje něco, čemu se říká „setrvačnost“, což je míra odporu objektu vůči pohybu.

Tato myšlenka byla … nová. Dříve se většina myslitelů domnívala, že jednotlivé objekty mají přirozený sklon buď se pohybovat, nebo se nepohybovat (např. vysvětlovali, proč má vítr tendenci foukat, ale kameny raději zůstávají na místě). Stejně tak některé objekty dávaly přednost vznášení (jako mraky), zatímco jiné ne (jako lidé). Newton to však postavil na hlavu: všechny objekty měly vrozený odpor k novému pohybu a bylo zapotřebí síly, aby se změnily.

Malé zatlačení

Když už mluvíme o silách, tak to byl druhý Newtonův zákon: Síly působící na objekt mu dávají zrychlení, přičemž velikost zrychlení závisí na hmotnosti objektu. I to bylo v rozporu s převládajícím názorem, který se domníval, že síly působící na objekt mu dávají rychlost. To je sice částečně pravda, protože zrychlení je změna rychlosti, ale uniká tomu širší pohled, o který Newtonovi šlo. Jakmile je objekt urychlen na určitou rychlost, bude si ji udržovat, dokud na něj nebude působit nová síla, která ho urychlí nebo zpomalí.

Související: Podívejte se, jak astronaut testuje druhý newtonův pohybový zákon ve vesmíru

Druhý newtonův zákon je ve skutečnosti jinak zapsaný zákon zachování hybnosti. Objekty si zachovávají svou hybnost, dokud na ně nepůsobí síla, která jejich hybnost změní. Všechny interakce mezi objekty (např. srážky, nárazy, údery, bouchnutí atd.) zachovají celkové množství hybnosti mezi nimi.

Pokud jste se ještě nikdy nesetkali se zachováním hybnosti, měli byste vědět, že tento pojem je základním kamenem každého jednotlivého odvětví fyziky. Vážně, všech: obecné i speciální teorie relativity, kvantové mechaniky, termodynamiky, fyziky částic a tak dále. Všechny spočívají a řídí se zachováním hybnosti. Celá moderní fyzika se na nejhlubších úrovních omezuje na vyjádření zachování hybnosti v různých scénářích.

Od elektronů v atomu až po rozpínání vesmíru – vše je spojeno se stejným konceptem, jehož kořeny lze vysledovat až k druhému Newtonovu zákonu.

Stejná a opačná

Poslední Newtonův zákon, že každá síla má stejnou a opačnou sílu, se zdá být drobným doplňkem. Ale i on byl velkou myšlenkovou revolucí.

Když na něco tlačíte, působíte na to silou a způsobujete zrychlení. Jednoduché, že? Ale věděli jste, že předmět současně tlačí zpět na vás?

Jak je to možné, když vy se nepohybujete a objekt ano?

Klíčové je, že zatímco síly jsou stejné, zrychlení nejsou. Pokud jsi hmotnější než fotbalový míč, pak když do něj kopneš, tvé zrychlení bude malé, zatímco fotbalový míč poletí. Ale tato síla zpět na vás je to, co vám dává pocit odporu. Jiný příklad: když sedíte na židli, působíte na ni silou, ale židle působí silou i na vás – to je to, co cítíte, jak na vás tlačí.“

Tímto posledním poznatkem Newton odemkl celý vesmír. Když pozoroval jablko padající ze stromu, uvědomil si, že když Země působí silou na jablko, pak i jablko musí působit silou na Zemi. Ale my nevidíme, jak se Země pohybuje, protože je tak hmotná.

Video: Díky tomuto způsobu uvažování byl Newton schopen dokázat, že gravitační síla není jen něčím, co je pociťováno v blízkosti povrchu Země, ale že je skutečně univerzální: všechny objekty ve vesmíru jsou svázány se všemi ostatními objekty neviditelnými gravitačními řetězci. Vyzbrojen tímto poznatkem a nově objevenými zákony dokázal Newton vysvětlit vše od oběžných drah planet až po cykly přílivu a odlivu.

To je síla, kterou získáte správným pochopením základních přírodních zákonů, zákonů, které byly jediným paradigmatem po více než 200 let (až do rozvoje teorie relativity a kvantové mechaniky) a nadále hrají ústřední roli v našem každodenním životě.

Další informace získáte poslechem epizody „What was Newton’s big deal?“ v podcastu Ask A Spaceman, který je k dispozici na iTunes a na webu na adrese http://www.askaspaceman.com. Děkujeme Chrisovi C. za otázky, které vedly k tomuto dílu! Položte svou vlastní otázku na Twitteru pomocí #AskASpaceman nebo sledujte Paula @PaulMattSutter a facebook.com/PaulMattSutter.

.