Основные положения теории Ньютона

К концу XVII в. «Новый космос», новая картина мира, т. е. когнитивная суть науки, полностью сложилась. Архитектором и «прорабом» строительства этой картины стал Исаак Ньютон (1643—1727).

Роль Ньютона в истории науки уникальна. С одной стороны, многое из того, чем он занимался и о чем писал, в частности в знаменитых «Математических началах натуральной философии» (первое издание которых вышло в 1687 г. под наблюдением Э. Галлея), было ранее высказано и описано другими. Например, в работах X. Гюйгенса (1629—1695) фактически прозвучали основные положения, которые позднее легли в основу теории Ньютона:

• • пропорциональность веса тела G его массе т (G = mg);
• • соотношение между приложенной силой, массой и ускорением (F= та);
• • равенство действия и противодействия.

В истории известны жаркие и не всегда этичные споры о принадлежности открытий, участником которых был Ныотоп (например, его спор с Лейбницем). Но все это не умаляет значения научного подвига Ньютона. Так или иначе, он не столько обобщал опыт предшественников, сколько создавал новую оригинальную концепцию мира.

Ньютона, как и Галилея, интересовали космология и механика, тесно связанные в его мировоззрении между собой (правда, в отличие от предшественников, Ньютон не затрагивал при этом область философии — вспомним его знаменитое «Гипотез не измышляю»), главными положениями которых стали следующие.

• Понятие движущей силы — силы, высшей по отношению к телу (например, снаряду или Луне), которая может быть измерена по изменению движения его производного. При этом Ньютон понял, что сила, скорость и ускорение представляют собой векторные величины, а законы движения должны описываться как соотношения между векторами.

Наиболее полно все это выражается вторым законом Ньютона: «Ускорение а, сообщаемое телу массы т, прямо пропорционально приложенной силе F и обратно пропорционально массе т> т. е. F= та».

• • Понятие инерции, которая изначально присуща материи и измеряется ее количеством. Первый закон Ньютона гласит: «Если бы на тело не действовало никаких сил вообще, то оно после того, как ему сообщили начальную скорость, продолжало бы двигаться в соответствующем направлении равномерно и прямолинейно». Следовательно, любое криволинейное движение возможно лишь под действием силы.
• • Понятие соотношения гравитационной и инертной масс, которые прямо пропорциональны друг другу. Отсюда понимание тяготения как универсальной силы, а также третий закон Ньютона: «Каждое действие вызывает противодействие, равное по величине и противоположно направленное, или, иными словами, взаимное действие двух тел друг на друга равно по величине и противоположно по направлению».

Особое место в размышлениях Ньютона занимает поиск адекватного количественного (математического) описания движения. Отсюда берет начало новый раздел математики, который Ньютон назвал «метод начальных и конечных отношений» и который позднее стал известен как дифференциальное исчисление.

Исследуя движения по некруговой орбите, Ньютон рассматривал его как постоянно «падающее». При этом он ввел понятие предельного отношения, основанное на интуитивном представлении о движении, так же как евклидовы понятия точки и линии основаны на интуитивном восприятии пространства. Предельные отношения — это своего рода кванты движения.

Важное значение при этом имеют те предельные отношения, которые характеризуют скорость изменения каких-либо величин, т. е. изменение этих величин в зависимости от времени. Ньютон назвал их флюксиями (сейчас они называются производными). Вторая производная при этом звучала как «флюксия от флюксии», что особенно возмущало одного из критиков Ньютона — епископа Дж. Беркли, который считал это нелепым изобретением, подобным призраку призрака.

В «тени» Ньютона несколько теряются фигуры других выдающихся исследователей и мыслителей XVII в., продолжавших начатые им направления исследований. Прежде всего, следует отметить Готфрида Лейбница (1646— 1716), который значительно более глубоко, чем Ньютон, осмыслил понятие дифференциала как общенаучного термина (да и сам термин принадлежит Лейбницу), как собственно научного метода, а не только языка описания конкретного научного факта. Внимания заслуживает и философская теория Лейбница — «Монадология» — учение о своеобразных квантах бытия, монадах.

Без материи нет и пространства. Пространство есть такой порядок, который делает возможным расположение тел в случае их совместного существования^[1].

Г. Лейбниц Впрочем, Лейбниц оказался в тени своего английского коллеги и конкурента. Возвращаясь к теории Ньютона, упомянем также введенные им понятия абсолютного («пустого») пространства, в котором находятся сосредоточенные массы с их взаимным дальнодействием и единым центром масс и абсолютного времени с начальной точкой отсчета — полностью обратимого, поскольку перемена знака времени в формулах механики не меняет их вида и смысла.

Теория Ньютона — простая, ясная, легко проверяемая и наглядная — стала фундаментом всего классического естествознания, механической картиной мира и философии, интегральным выражением и критерием понимания научности более чем на 200 лет. Не утратила она своего значения и сегодня.

Правило I. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений…

Правило И. Поэтому, поскольку возможно, должно приписывать те же причины того же рода проявлениям природы…

Правило III. Такие свойства тел, которые не могут быть ни усиляемы, ни ослабляемы и которые оказываются присущими всем телам, над которыми возможно производить испытания, должны быть почитаемы за свойства всех тел вообще…

Правило IV. В опытной физике предложения, выведенные из совершающихся явлений с помощью наведения, несмотря на возможность противных им предположений, должны быть почитаемы за верные либо в точности, либо приближенно, пока не обнаружатся такие явления, которыми они еще более уточнятся или же окажутся подверженными исключениям^[2].

И. Ньютон.

• [1] Лейбниц Г. В. Монадология //Лейбниц Г. В. Сочинения: в 4 т. Т. 1. М.: Мысль, 1982. С. 485.
• [2] Ньютон И. Правила умозаключений в физике // Капица С. П. Жизнь науки. М.: Наука, 1973. С. 97−99.