Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

История и философия классической науки

..pdf
Скачиваний:
69
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
16.47 Mб
Скачать

I w a y n i з к и р и м и т а i р н

ipw im m » И с т а Н ь и тш

исвязанные с механическим характером той картины мира, которая проверялась, доказывалась, развивалась

иусложнялась при помощи эксперимента. Основой экспериментов и наблюдений, из которых Ньютон выводил свои законы, была идея механической карти­ ны мира. Суть ее сводилась к тому, что материя отли­ чается от пространства, материальные тела движутся в пустоте. Пустое пространство —абсолютно и неподвиж­ но. Перемещение в этом пространстве — абсолютное движение. Причина, вызывающая абсолютное движе­ ние, — сила, приложенная к телу. Она пропорциональ­ на ускорению. Движения небесных тел происходят под влиянием инерции и тяготения, заставляющих тела обращаться по эллиптическим орбитам вокруг цент­ ральных тел, к которым они тяготеют. Тяготение про­ порционально массам, обратно пропорционально квад­ рату расстояния между телами и связывает все мате­ риальные тела природы. Закон всемирного тяготения объясняет, почему система мира сохраняет неизмен­ ное движение после «первоначального толчка, которым Бог привел ее в движение».

Механическая картина мира, механика Ньютона опиралась на абстрактные категории пространства, времени, массы, силы и т. д. Их нельзя было получить из каких-то определенных экспериментов, чисто индук­ тивным путем. Генезис классической физики показы­ вает неоднозначную связь эксперимента с выбором физической теории. На примере Галилея мы уже виде­ ли, что закон инерции не мог быть получен из какоголибо реального изолированного эксперимента, так как он требовал представления о причинности, само же это представление опиралось на очень широкую эмпири­ ческую базу, оно вытекало из суммы известных тогда

свойств физического мира.

Ньютон поставил перед наукой задачу полной од­ нозначности. Каждая частная теория покоится на бес­ спорных строгих основаниях. Бесспорное, единствен­ но правильное, абсолютно точное объяснение приро­ ды — такова задача Ньютона. Поэтому требуется изучать природу при помощи законов, точность кото­ рых доказана экспериментально.

И §2. Онтологические проблемы нацки И.Иьютона

Важное место в творческом философско-научном наследии Ньютона занимают онтологические пробле­ мы, хотя они специально терминологически не выде­ лены как объект и предмет науки, детерминизм и т. д. Первоначальные воззрения Ньютона на строение ве­ щества и природу химических реакций можно было бы назвать эфирно-химическими. Воззрения позднейше­ го периода, напротив, динамические, основанные на идее тяготения, действующего через пустоту. Эти ко­ лебания и противоречия в вопросе об эфире несовме­ стимы с концепцией Ньютона, формулирующего зако­ ны природы в окончательном виде, и с представлени­ ями о «Началах» как о некоторых новых скрижалях завета. Подобный образ сохранился в сознании ученых, пока физика XX века не низвела систему Ньютона с пьедестала абсолютной непогрешимости на уровень аппроксимации.

Онтологические идеи, лежащие в основе механи­ ки Ньютона, нашли отражение, по преимуществу, в его оптических работах. С точки зрения общей истории естествознания оптика Ньютона имеет первостепенное значение, так как в ней обнажены самые глубокие, онтологические (физические, часто кинетические) по своему духу, корни классической механики.

Исходным пунктом обращения к этим проблемам (оп­ тическим экспериментам) Ньютона были запросы прак­ тики. Создатели первых крупныхтелескопов столкнулись с так называемой сферической аберрацией, в силу которой лучи, прошедшие возле краев сферической линзы, пересекаются несколько ближе к объективу, чем лучи, проходящие дальше от краев. Изучая преломле­ ние лучей в рефракторах, Ньютон обнаружил хрома­ тическую аберрацию, состоящую в том, что лучи раз­ ных цветов собираются в разных фокусах сзади объек­ тива рефлектора. Для того, чтобы избежать ее, Ньютон предложил заменить рефракторы отражательными телескопами. Свои идеи он изложил в докладе, пред­ ставленном Королевскому обществу, «Новая теория света и цветов». Суть исследований (эксперимента)

iMinipw зкнерииита > физин прщиш Исаи» Ниши

состояла в разложении солнечного луча стеклянной призмой. Ньютон пропускал луч через небольшое от­ верстие в темную комнату. Луч падал на призму, поза­ ди которой стоял экран. Исследуя появившийся на экране спектр, Ньютон приходит к выводу, что белый свет состоит из цветных лучей, которые, преломляясь в призме, отклоняются в разной степени. Ньютон из­ мерил преломление различных частей спектра. Для этого он пропускал через отверстие в экране лучи одного цвета и заставлял их падать на призму. Оказа­ лось, что наименьшим показателем преломления от­ личается красный цвет, а по направлению к фиолето­ вому концу спектра этот показатель возрастает.

Основные тезисы доклада, основанные на прове­ денных экспериментах, сводятся к следующему.

Цвет — это первоначальные прирожденные свой­ ства света, они вызваны не свойствами тел, прелом­ ляющих или отражающих световые лучи. Некоторые лучи по своей природе могут вызывать ощущения лишь определенного цвета (красного, желтого, зеле­ ного и т. д.).

Цвет связан с преломляемостью. Данная степень преломляемости луча соответствует определенному цвету, каждый цвет может быть вызван лишь лучами с вполне определенной степенью преломляемости.

Характерный для лучей цвет и соответствующая преломляемость не изменяются при отражении или преломлении света также и по другим физическим причинам.

При смешивании лучей различного рода происхо­ дит кажущееся изменение цвета, возникают новые цвета, свойственные смеси. Новые цвета, появляющи­ еся при смешении и разделении световых лучей, от­ нюдь не являются действительными превращениями.

Ньютон различает первоначальные и сложные вторичные цвета. Первоначальные цвета образуют спектр, который включает красный, оранжевый, жел­ тый, зеленый, синий, фиолетовый, пурпурный цвета и промежуточные оттенки. Близкие друг к другу участки спектра дают при смешивании промежуточные цвета. Цвета, которые находятся в спектре далеко друг от

друга, не дают промежуточных оттенков. Белый цвет получается при соединении -всех упомянутых выше цветов. Он представляет собой смесь лучей всех ви­ дов, испускаемых светящимися телами.

Ньютон объясняет различную окраску некоторых тел при перемене их положения. Различные вещества отражают свет одного рода и пропускают свет другого рода.

Ньютон заканчивает изложение своей теории ука­ занием на субстанциальность света: «Мы видели, что причина цветов находится не в телах, а в свете, поэто­ му у нас имеется прочное основание считать свет суб­ станцией..,»348 .

Однако Ньютон отказывается строить по этой проблеме физические гипотезы, говорящие о строгом разграничении физики принципов и физики моделей.

Теория света Ньютона исходит из существования мельчайших корпускул, которые дают на сетчатке гла­ за ощущение света. Каждая корпускула в зависимости от величины дает определенный цвет. Законы оптики Ньютон выводит из взаимодействия между частицами материи и световыми корпускулами. Переходя из од­ ной среды в другую, частицы света отклоняются в силу притяжения.

В теории света Ньютон в течение своей жизни высказывал различные гипотезы. Среди них были представления о свете как о колебаниях эфира. В 1672 году на критические замечания Гука Ньютон ответил небольшим трактатом, в котором сопоставляется вол­ новая теория света с теорией истечения световых ча­ стиц. Он набросал некоторые черты компромиссной теории, соединяющей волновые и корпускулярные представления. В дальнейшем Ньютон продолжает развивать представление об истечении частиц, вызы­ вающих волны в эфире. Он говорит, что в безвоздуш­ ном пространстве остается некоторая материальная среда — эфир, который объясняет разнообразные физические явления — магнитные, электрические и даже тяготение. Ньютон в чисто картезианском духе

246

348 Цит. по: Вавилов С.И. Исаак Ньютон. М.-Л., 1943. С. 47.

описывает различные тончайшие флюиды, из которых состоит эфир.

Электрическое притяжение и отталкивание объяс­ няются выделением тонкого флюида при трении. Гра­ витационный флюид притягивает к поверхности пор вещество. Земля впитывает эфир и сгущает его в сво­ их порах. Распространение света связано с колебани­ ем эфира. Ньютон предполагает, что волны эфира имеют величину меньшую, чем стотысячная доля дюй­ ма. Колебание эфира поддерживает движение частиц при брожении, гниении и горении вещества. Для того, чтобы сжать свои мышцы, человек сжимает проника­ ющий в них эфир. В этом процессе участвует еще один ингредиент эфира— «животный эфир».

Однако по мере того как Ньютон все глубже раз­ рабатывает идею и теорию всемирного тяготения, он отказывается от теории эфира. В 1705 году в латин­ ском переводе «Оптики» он поместил дополнительный параграф, посвященный опровержению волновой те­ ории света и идеи эфира, заполняющего межзвездное пространство. Особенно в категорической форме он отвергает представление о материальном эфире как причине тяготения. По мнению Ньютона, физики должны пользоваться индуктивно найденными закона­ ми, которые, в конце концов, приведут к определению причин.

Во втором английском издании «Оптики» (1717), третьем (1721), четвертом (1730) помещены параграфы, которые допускают существование эфира (как в пер­ вом издании), и параграфы, где оптические законы выводятся без гипотез об эфире, оптика трактуется с динамической точки зрения. По-видимому, Ньютон в течение всей своей жизни чувствовал, что без кинети­ ческих моделей эфира нельзя предметно мыслить о свете, электричестве и тяготении, но в то же время остерегался связывать с гипотезой эфира свои меха­ нические и оптические законы, которые представля­ лись абсолютными и вытекали из опыта. «Математи­ ческие начала натуральной философии» заканчивают­ ся следующими словами: «Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем

во все сплошные тела и в них содержащемся... Но это не может быть изложено вкратце, к тому же нет и достаточного запаса опытов, коими законы действия

этого эфира были бы точно определены и показа-

ны»349.

Ньютон был твердо убежден лишь в безупречной строгости законов, гипотезам и теориям он отводил иногда чисто дидактическую роль, иногда склонялся к физическому пониманию эфира, а иногда приписывал распространение света и тяготения нематериальному агенту. Таким образом, отношение Ньютона к пробле­ мам эфира и пустоты было достаточно противоречивым. В физике Ньютона и физических предпосылках его механики идея пустого пространства играла более важ­ ную роль, чем противоположная идея — материальной среды, передающей взаимодействие тел. В своих иссле­ дованиях Ньютон возвращается к представлению об эфире, но в математических, механических и астроно­ мических построениях пространство трактуется как пустота. Что же касается теологических и философских высказываний Ньютона, то здесь речь идет о непосред­ ственном вмешательстве Бога в ход физических процес­ сов. Ученики его шли гораздо дальше, чем он сам, фор­ мулировали теологические выводы динамизма.

«В “Оптике", —пишет Б.Г. Кузнецов, — Ньютон на­ зывает пространство “чувствилищем (Sensorium) Бога"». Эта концепция была произвольным догматичес­ ким абсолютизированием условий абстракции дей­ ствия через пустоту. Идея дальнодействия связана с методом Ньютона. В его механике идея взаимной свя­ зи предметов природы приобрела исторически огра­ ниченную форму взаимодействия двух тел, вырванных из общей связи. Действие тел друг на друга сообщает им ускорения. Поэтому центральными понятиями ока­ зываются: сопротивление ускорению — «масса» — и пропорциональная ей причина ускорения — «сила». Весь математический и механический аппарат «Начал» приспособлен к анализу сил тяготения без учета среды.943

349 Ньютон И. М атематические начала натуральной филосо-

248 Фии.С.592.

И ш см ри я зкиврммета и ф изии нрицииив Исаака Ньштвва

«Принцип действия на расстоянии вошел в есте­ ствознание вместе с механикой Ньютона»350 Слож­ ные и часто противоречивые идеи Ньютона относи­ тельно эфира и пустоты приводят его, в конце концов, к практическому исключению эфира из однозначной научной картины мира.

■ §3. Теоретико-методологические основы классической механики И.Ньютона

Понятия «силы», «массы», «пространства» и «вре­ мени» являются основными в механике Ньютона. Эти понятия органически связаны между собой, и вне их связи невозможно осмыслить содержание каждого из них.

Исходное определение «Начал» механики Ньюто­ на — определение массы как количества материи. «Количество материи (масса), — пишет он, — есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотнос­ ти и объему его»33510 .

Понятие «массы» не могло стать основой механи­ ки, если бы оно не приобрело количественной опреде­ ленности и масса не оказалась пропорциональной весу. «Определяется масса по весу тела, ибо она пропорци­ ональна весу, что мною найдено опытами над маятни­ ками, произведенными точнейшим образом, как о том сказано ниже»352, — отмечает Ньютон. Историческое значение констатации пропорциональности между весом и массой чрезвычайно велико. Она была и оста­ ется основой теории тяготения. Поскольку вес пропор­ ционален количеству материи, открывается широчай­ шая возможность количественного эксперимента в области теории вещества.

Вслед за материей Ньютон определяет с количе­ ственной стороны движение: «Количество движения

350 Кузнецов Б.Г. Развитие физических идей от Галилея до Эйн­ штейна в свете современной науки. С. 154 —155.

351 Ньютон И. М атематические начала натуральной филосо­ фии. С. 23.

352 Там же. С. 23.

есть мера такового, устанавливаемая пропорциональ­ но скорости и массе»353. Именно количественная сто­ рона и интересует Ньютона. Движение для него с са­ мого начала — величина, нечто, подлежащее измере­ нию. В пояснении оно сразу фигурирует как количество: движение целого есть сумма движений в отдельных частях. Исторически это понятие примыкает к карте­ зианскому пониманию количества движения.

Далее даны определения, относящиеся к понятию силы354, после чего идет «Поучение», в котором Нью­ тон выводит понятие абсолютного пространства.

Научная программа Ньютона не отличается прин­ ципиально от декартовской: она представляет собой строго продуманную систему принципов. УДекарта свойства тела сводятся к протяжению, фигуре и дви­ жению, причем источником движения Декарт считает Бога, а Ньютон присоединяет к перечисленным свой­ ствам еще одно — силу, и это последнее становится у него решающим. Сила, которой наделены все тела без исключения, как на Земле, так и в космосе, есть, по Ньютону, тяготение. «Подобно тому, как нельзя пред­ ставить себе тело, которое бы не было протяженным, подвижным и непроницаемым, так нельзя себе пред­ ставить и тело, которое бы не было тяготеющим, т. е. тяжелым»355.

Закон всемирного тяготения, вызвавший в свое время огромное количество споров потому, что современ­ никам Ньютона, разрабатывавшим в основном кинема­ тику и исходившим из непосредственного столкновения тел (например, Гюйгенс и Гук), трудно было понять принцип дальнодействия. Между тем, Ньютону и не требовался в данном случае факт непосредственного соприкосновения, так как речь шла о взаимодействии сил.

Именно сила тяготения тел есть та причина, с помощью которой, по убеждению Ньютона, можно

353 Ньютон И. М атематические начала натуральной филосо­ фии. С. 24.

354 Там же- С 25 26' 27' 28-30.

250 355 Там же. С. 30.

объяснить— а не только математически описать — явления природы356. Это — та последняя причина, к которой восходит всякое физическое, или механичес­ кое, познание природы; сама же она, как подчеркива­ ют Ньютон и его последователи, в рамках механики объяснена быть не может. «Я изъяснил, —пишет Нью­ тон, — небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Эта сила происходит от некоторой причины, которая проникает до центра Солнца и пла­ нет без уменьшения своей способности и которая дей­ ствует не пропорционально величине поверхности частиц, на которые она действует (как это обыкновен­ но имеет место для механических причин), но пропор­ ционально количеству твердого вещества, причем ее действие распространяется повсюду на огромные рас­ стояния, убывая пропорционально квадратам расстоя­ ний. Тяготение к Солнцу составляется из тяготения к отдельным частицам его и при удалении от Солнца убывает в точности пропорционально квадратам рас­ стояний, даже до орбиты Сатурна, что следует из по­ коя афелиев планет, и даже до крайних афелиев ко­ мет, если только эти афелии находятся в покое. При­ чину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измыш­ ляю»357

Поскольку все, что невозможно объяснить с помо­ щью механических причин, в XVII —XVIII веках квали­ фицировалось как «скрытое свойство» и изгонялось из науки, то оппоненты Ньютона настойчиво требовали либо исключить «гипотезу тяготения», либо найти ей объяснение, выведя ее если не из явлений, то из более простой и понятной причины. Последователи Ньюто­ на защищали идею тяготения от нападок ее противни­ ков.

Ньютон не сразу пришел к тому пониманию силы тяготения, которое он излагает в «Началах». В течение многих лет он размышлял над природой силы, приво-

356 Там же. С. 13.

357 Там же. С. 661-662.

дящей тела в движение, но не мог дать однозначного ответа на этот вопрос. Первоначально Ньютон придер­ живался гипотезы всемирного эфира как той среды, с помощью которой передаются различные силы, при­ чем как в неживой, так и в живой природе. С помощью гипотезы эфира Ньютон объяснял в то время и приро­ ду тяготения, при этом не допуская действия на рас­ стоянии и тем самым не отходя слишком далеко от механистических принципов картезианства. Тяготение Ньютон рассматривал тогда как «универсальную силу, которая, по всей видимости, является притяжением, следующим закону обратных квадратов, хотя фактичес­ ки она возникает при контактном взаимодействии меж­ ду эфиром и материей». Механизм действия эфира на плотную материю Ньютон представлял себе примерно так: любое тело — планеты или Солнце — является носителем циклического процесса, преобразующего эфир; поток эфира постоянно падает на Землю и про­ никает в ее части, плотность эфира возрастает по мере потери им количества движения в процессе взаимо­ действия с материей Земли; сгущенный эфир вытека­ ет из Земли, образуя атмосферу, а затем рассеивается в эфирных пространствах, принимая первоначальную форму.

Однако даже после того, как Ньютон отказался от гипотезы эфира в своей небесной механике, он все же не отбросил эту гипотезу совсем. Во втором издании «Начал» в заключительном «Общем поучении» у Нью­ тона вновь появляется понятие эфира358

В течение нескольких лет Ньютон пытался найти способ объединения силы тяготения как космической силы, определяющей движения планет, с силой тяже­ сти земных тел. В 1685 году он открыл закон, согласно которому земной шар притягивает находящееся вне его тело так, как если бы вся масса Земли была сконцен­ трирована в одной точке — центре. Это открытие по­ зволило Ньютону подойти к точному математическому сравнению земного тяготения и космического притя-