Если бы обе эти силы — притяжения и отталкивания — были равны, то планеты держали бы неизменную дистанцию от Солнца, а спутники ходили бы около своих планет по четкой кольцевой траектории. Но между тем они двигаются по эллипсам, то удаляясь от центра, то приближаясь к нему! Почему так происходит? А потому, что силы, действующие на тела, постоянно перевешивают то в одну, то в другую сторону. Современным языком, возникает эффект американских горок: планета делает поворот на таком расстоянии, что ее стремление к центру перевешивает центробежную силу, — тело с ускорением «съезжает» вниз, в сторону Солнца, а затем по инерции «взлетает» в противоположную сторону — центробежная сила побеждает силу притяжения. И дальше все повторяется.
Невзирая на такие здравые мысли, и Кеплер, и Галилей, и Борелли, и все их современники ошибочно думали, будто на Земле действуют свои законы тяготения, а в космосе — свои, поскольку небо якобы устроено более совершенно, нежели земной мир. Только Ньютон догадался, что гравитация всюду работает одинаково — ей подчиняется как яблоко на Земле, так и Луна в небе. Наша планета — неотъемлемая, полноправная часть Вселенной, поэтому, согласно закону Ньютона, она притягивается к Солнцу той же силой, которой люди притягиваются к ней. Да и вообще, любая пара элементов Вселенной (будь то планета и планета, планета и звезда, Земля и океан, человек и звезда, человек и любой земной предмет, камни, пылинки и пр.) стремятся соединиться, поскольку на них действует сила притяжения. Величина этой силы прямо пропорциональна массам обоих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (то есть чем массивнее тела и чем меньше дистанция между ними, тем сильнее они притягиваются).
Кроме того, в эту формулу ученый ввел гравитационную постоянную — силу притяжения двух тел массой в килограмм, расположенных за метр одно от другого. Чтобы найти этот показатель, английский физик Генри Кавендиш (1731–1810) взял крутильные весы — подвешенную на нити длинную жердь с маленькими шариками на концах — и установил по бокам от этих шариков два больших массивных шара. По углу отклонения первых под влиянием притяжения вторых ученый вычислил искомую постоянную (6,67×10 Н). При этом все приборы он поставил в ящик и закрыл в защищенной от сквозняка комнате, а за процессом наблюдал из другой комнаты через телескоп.
С помощью своей формулы Ньютон смог рассчитать ускорение свободного падения, которое до него экспериментально нашел Галилей, сбрасывая с Пизанской башни ядра и пули. Вместо масс двух взаимодействующих тел Ньютон просто подставил в формулу массу Земли, а вместо дистанции между этими телами — земной радиус. Вышло, что ускорение, с которым падают тела, можно найти, разделив массу Земли на квадрат ее радиуса и умножив на гравитационную постоянную.