Механическая картина мира (МКМ) по И. Ньютону

Исаак Ньютон родился 04.01.1643 года, ушел из жизни 31.03.1727 года. Школу он закончил первым учеником, в 1661 году стал студентом Кембриджского университета, с 1667 по 1696 года возглавлял кафедру математики в своем университете. В 1703 году Ньютон избран Президентом Лондонского королевского общества, в 1705 году удостоен титула пэра. Он открыл дисперсию света. Интереснейшие факты его биографии, пророчества и наставления по методологии исследования природы описаны в [99], здесь мы остановимся лишь на главном деле жизни Ньютона - создании основ науки как рационального способа познания мира. Одним из величайших результатов сэра Исаака было установление закона всемирного тяготения.

Этот закон гласит: Все тела притягиваются друг к другу. Для точечных или сферически симметричных тел сила притяжения направлена по прямой, тела соединяющей, а величина сила прямо пропорциональна массам взаимодействующих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В современной транскрипции этот закон записывается в удивительно прекрасном виде:

где m и М - массы тел;

R - расстояние между точечными массами или между центрами сфер;

G - гравитационная постоянная. Она, по современным представлениям, характеризует гравитационное поле. В современной системе единиц G = 6,6720 1011 Н м2/ кг.

Закон однозначно констатировал:

  • - гравитационные силы свойственны всем телам во Вселенной, имеющим массу;
  • - гравитационные силы есть силы притяжения, и, следовательно, потенциальная энергия гравитационного взаимодействия есть величина отрицательная;
  • - источником сил являются массы тел. Масса в этом законе есть «масса тяготеющая»;
  • - силы притяжения направлены «от центра к центру» и убывают при увеличении расстояния обратно пропорционально точно второй степени расстояния. Именно такая зависимость нужна для существования явления «гравитационной» неустойчивости. Переоценить значение этого закона трудно. С концептуальной точки зрения существенна прежде всего «всемирность» закона. Закон прекрасно объяснял наблюдаемые траектории планет. Из него довольно просто можно было получить законы Кеплера. Тем самым вслед за Кеплером Ньютон опровергал натурфилософский постулат о том, что круговое движение есть какой-то «врожденный идеал». Осмысливая наблюдаемый характер движения небесных тел и тел на Земле, Ньютон сформулировал три основных закона механики.

Первый закон гласит: Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние. По школьному курсу он известен всем как закон инерции. Из закона следует возможность идентичного описания механического движения в различных системах отсчета, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно, то есть существование инерциальных систем отсчета. В инерциальных системах все механические явления протекают одинаково, и все законы механики имеют единое толкование.

Второй закон Ньютона связывает силу и изменение импульса системы. Напомним, что импульс тела р есть векторная величина, равная произведению массы тела m и вектора его скорости v. Во времена Ньютона импульс тела именовался количеством движения, поэтому второй закон гласил: Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует. Его математическая запись:

J5 л _

— = ZF

At '=1

dp r

или---= гп .

dt

Это есть основное уравнение динамики поступательного движения. Считая массу тела постоянной и учитывая, что изменение вектора скорости в единицу времени есть ускорение тела а, основное уравнение можно представить в школьнонаглядном виде:

Др Av = — = m — U At At

= та.

В этом уравнении Fo есть равнодействующая сила, а масса тела т = F/а есть «масса инертная», или скалярная мера инертности тела, мера способности тела противостоять изменениям. Сила есть причина такого изменения. Равенство «массы тяготеющей» и «массы инертной» Ньютон принял без доказательств, как аксиому или постулат. Третий закон гласит: Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе - взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны. Математическая формулировка проста:

^12 = — А1-

Заметим, что силы эти приложены к разным телам, поэтому складывать их нельзя.

Законы, открытые Ньютоном, составили основу механики. Чтобы их использовать, нужен был специальный язык. Ньютон сделал и это - он создал дифференциальное и интегральное исчисление, а также разработал основы прикладной математики. Этот язык, в силу гениальной идеи, заложенной в его основу, зажил своей удивительной и плодотворной жизнью, став в наше время универсальным языком. Фактически Ньютон создал язык всей науки, а не только механики.

В результате обобщения для процесса познания получилась система:

  • - наблюдения;
  • - умозаключения, гипотезы, модели;
  • - эксперимент;
  • - описание на определенном языке, преимущественно на языке математики.

Эта системность означала появление научного способа познания.

Существенно отметить, что изящно построенная система Ньютона никоим образом не означала какого-либо «финиша». Была создана общая схема, из которой вытекало множество частных задач, каждая из которых была достойна самых талантливых умов. И. Бернулли развивал исчисление бесконечно малых и создал вариационное исчисление, что давало возможность решать все более сложные задачи механики. П. Мопер-тюи сформулировал принцип наименьшего действия. Д. Бернулли исследовал движение жидких и газообразных тел. Трудами Л. Эйлера и Ж. Лагранжа была создана аналитическая механика, которая представляла собой математическую «сверхмодель» механических явлений. Г. Кавендиш экспериментально определил гравитационную постоянную, что дало возможность оценить массу Земли; он же тщательно изучил состав воздуха. С. Лаплас создал теорию вероятности и изучал явления капиллярности. Т. Юнг (1773-1829 гг.) создал основы теории упругости, он же вместе с О. Френелем (1788-1827 гг.) разработал основы волновой теории света, открыв принцип суперпозиции и явление интерференции света. Волновая теория света не совпадала с представлениями самого Ньютона о сущности света как физического явления, но при её построении во всю мощь использовались математические модели и описания, разработанные Ньютоном. Базировалась волновая теория на механистической модели эфира, то есть представлении о том, что Вселенная заполнена упругим разреженным «световым эфиром». Юнг утверждал: «излучаемый свет состоит из волнообразных движений светоносного эфира». Френель, исповедуя идею о том, что «природа проста и плодотворна», уже тогда отмечал, что волновая теория предъявляет весьма противоречивые требования к свойствам виртуального «эфира».

На основе механики Ньютона и трудов многих его последователей и оппонентов к концу XVIII - началу XIX века сформировалась механическая картина материи и мира (МКМ). Её основные положения:

  • 1. Материя выступает в виде вещества. Вещество дискретно, оно состоит из множества невидимых глазом корпускул. Тяготение и инертность корпускул определяются их массой.
  • 2. Движение есть способ бытия материи и происходит оно так, как его описал сэр Исаак Ньютон, то есть по законам механики. Все явления в этом мире объясняются механическим движением атомов и молекул - элементарных корпускул вещества. Коль скоро механическое движение подчиняется точным уравнениям Ньютона, то возможно описание мира на языке математики.
  • 3. Пространство и время были, есть и будут неизменными. Они абсолютны, ибо созданы Богом. Пространство и время непрерывны.
  • 4. Все явления в этом мире объясняются механическим движением атомов и молекул - элементарных корпускул вещества. Взаимодействуют частицы через тяготение и удары.
  • 5. Все виды энергии сводятся в конечном счете к энергии механического движения частиц и их гравитационного притяжения.
  • 6. Все причинно-следственные связи в природе однозначны. Случайность - это следствие нашей временной неспособности учесть влияние всех факторов. В природе реализуется жесткий детерминизм по Лапласу.
  • 7. Вселенная устроена по Копернику, Кеплеру и Джордано Бруно. Её устройство определяется законом всемирного тяготения и вечным движением. Микромир подобен макромиру. Планеты и атомы подчиняются одному и тому же своду законов природы. Вещество всюду дискретно, а пространство, время и движение всюду непрерывны. Человек создан Богом и ведению механики не подлежит. В свое время Бог запустил мир, ввел в действие законы гравитации и механики, и с той поры («с сотворения мира») все движется, как предписано.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >