Концепция дальнодействия

Открыв закон всемирного тяготения, Ньютон смог дать ответ на вопрос, почему Луна обращается вокруг Земли и почему планеты движутся вокруг Солнца. Он нашел «рецепт», дающий возможность в каждом отдельном случае рассчитать величину силы тяготения. Но как передается взаимодействие между массами, притягивающимися друг к другу, какова природа этой силы? Ответа на этот вопрос Ньютон дать не смог.

Естествоиспытатели того времени (в первую очередь – Декарт и Гюйгенс) все еще придерживались идеи греческих натурфилософов, считая, что научные теории должны непосредственно вытекать из ясных и очевидных принципов. Таковой была теория близкодействия Декарта, согласно которой взаимодействие между частицами материи осуществляется лишь при непосредственном контакте между ними (соударение). Тяготение с его видимым дальнодействием считалось загадкой. Попытки объяснить его на основе движения каких-то скрытых сред предпринимались многими, в том числе самим Ньютоном. Его не устраивало предположение, что гравитация является внутренним свойством материи. «Нельзя представить себе, – писал Ньютон в письме епископу Бентли, – каким образом неодушевленное грубое вещество могло бы – без посредства чего-либо постороннего, которое нематериально, – действовать на другое вещество иначе, как при взаимном прикосновении. … Допустить, что тяготение врожденно материи, присуще ей так, что одно тело должно действовать на расстоянии через вакуум на другое без посредства чего-либо постороннего, с помощью которого действие и сила от одного тела проводятся к другому, есть для меня такая нелепость, что, полагаю, в нее не впадет ни один человек, способный к мышлению о философских вещах. Тяготение должно причиняться некоторым фактором, действующим согласно определенным законам».

Между тем в «Началах» Ньютона тяготение – это сила, действующая мгновенно на больших расстояниях на первый взгляд без какого бы то ни было материального посредника. Это и привело к выработке понятия о «дальнодействии», принятого на вооружение последователями Ньютона в их борьбе против концепции Декарта.

Ньютон закончил «Начала» словами: «До сих пор я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указал причины самого тяготения. Эта сила происходит от некоторой причины, которая проникает до центра Солнца и планет без уменьшения своей способности … , причем ее действие распространяется повсюду на огромные расстояния, убывая пропорционально квадратам расстояний … Причину же этих свойств силы тяжести я до сих пор не мог вывести из явлений; гипотез же я не измышляю».

Фактический отказ от объяснения тяготения и является наиболее революционным аспектом «Начал». Закон тяготения был сформулирован математически, и было показано, что он описывает многие явления. Сначала это вызвало недоумение и даже протесты, но по мере того, как в руках Л. Эйлера, Ж. Даламбера, А. Клеро, Ж. Лагранжа и П. Лапласа расчеты все точнее и лучше согласовывались с наблюдениями, сомнения в правильности избранного Ньютоном пути исчезли. В основе всех фундаментальных теорий, известных сегодня в теоретической физике, лежит набор математически сформулированных постулатов, справедливость которых проверяется согласием вычисляемых на их основе предсказаний с опытом. Ни уравнения Максвелла, ни уравнения квантовой механики не являются очевидными или «понятными». В рамках постулатов получают объяснения явления, а не сами постулаты. Следует, возможно, добавить, что постулаты предыдущих теорий в известной степени выводимы из последующих. Скажем, механику Ньютона можно представить как приближение к релятивистской механике Эйнштейна. Всегда остается, однако, некий глубинный слой – постулаты, основой которых может служить только опыт.

В то же время, концепция дальнодействия – это и самое слабое место механики Ньютона.