Механистическая картина мира И. Ньютона

Научное творчество И. Ньютона принадлежит XVII и XVIII вв.

Эпоха Просвещения — время, когда капитализм качественно преобразовывал характер деятельности и тип общения людей.

На смену индивидуальной ценности личности производителя приходит ценность произведенных им вещей. В числе достижений буржуазной эпохи — создание единого мирового рынка, универсальных общественных связей. История становится всемирной, индивидуальный опыт личности обогащается социально-историческим опытом не только своей страны, но и всего человечества; человек становится носителем всемирно-исторического опыта.

Потребности развития промышленного производства и связанного с ним технического прогресса формируют потребность в накоплении объективного знания о мире. Тем самым завершается формирование объективных предпосылок новой научной революции. Дело оставалось лишь за гением, который смог бы на основе этих предпосылок сформировать принципиально новую физическую картину мира. Эту задачу выполнил один из величайших ученых в истории человечества — Исаак Ньютон

(1643−1727).

Его научное наследие многогранно: создание дифференциального и интегрального исчисления; астрономические открытия (благодаря телескопам, построенным им самим); многочисленные исследования в области оптики.

Однако обессмертило Ньютона создание им классической механики и формирование целостной и системной механистической картины мира. В итоге большинство характеристик аристотелевской картины мира утратило значение, а научное обоснование получили принципиально иные качества природных объектов.

Информация к размышлению

Эпоха Просвещения провозглашает господство «века Разума» и формирует убеждение, что предметом естественнонаучного познания являются природные явления, которые целиком и полностью подчиняются механическим закономерностям, обусловленным причинно-следственными связями. Именно в это время формируются идеалы рационализма.

Задачей естествознания становится определение количественно измеримых параметров природных явлений и установление между ними функциональных зависимостей, выражаемых посредством строгого математического языка. В этих условиях механика выходит на первое место среди естественных наук.

Ньютоновскую систему знаний о природе называют классической физической картиной мира. Вот ее основные положения.

1. В противоположность аристотелевской умозрительности, это — экспериментальная картина мира. Свою научную программу Ньютон прямо назвал «экспериментальной философией», подчеркивая решающее значение научного эксперимента в изучении природы. Его главный упрек в адрес декартовой гипотезы «вихрей» сводился к тому, что Декарт не обращался к опыту, а конструировал «обманчивые предположения» для объяснения природы. «Гипотез не измышляю», — заявлял Ньютон, но не в том смысле, что гипотезы для науки не нужны. Гипотезы надо не «измышлять» (выдумывать), а тщательно обосновывать.

Мнение эксперта

В 1687 г. вышел в свет главный труд И. Ньютона «Математические начала натуральной философии», заложивший основы современной теоретической физики. Оценивая это событие, видный физик XX в. С. И. Вавилов писал:

«В истории естествознания не было события более крупного, чем появление » Начал" Ньютона. Причина была в том, что эта книга подводила итоги всему сделанному за предшествующие тысячелетия в учении о простейших формах движения материи. Сложные перипетии развития механики, физики и астрономии, выраженные в именах Аристотеля, Птолемея, Коперника, Галилея, Кеплера, Декарта, поглощались и заменялись гениальной ясностью и стройностью " Начал" «К

В великом труде «Математические начала натуральной философии».

он обосновал метод «начал», или «принципов»: «Было бы желательно вывести из начал механики^[1] и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом, ибо многое заставляет меня предполагать, что все эти явления обусловливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел, вследствие причин, покуда неизвестных, или стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга. Так как эти силы неизвестны, то до сих пор попытки философов объяснить явления природы оставались бесплодными. Я надеюсь, однако, что или этому способу рассуждений, или другому, более правильному, изложенные здесь основания доставят некоторое освещение»².

• 2. Монистическая картина мира, которая описывала и движение небесных тел, и движение земных объектов одними и теми же законами.
• 3. Корпускулярная картина мира, поскольку материя рассматривалась как вещественная субстанция, состоящая из отдельных корпускул — «твердых, весомых, непроницаемых, подвижных частиц».
• 4. Механистическая картина мира, базирующаяся на законах движения, сформулированных Ньютоном. Изначально их было пять, затем количество законов сократилось до трех. Природа рассматривалась как сложная механическая система.

Первый закон механики Ньютона — открытый Галилеем принцип инерции: любое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямоли нейного движения до тех пор, пока приложенные к нему силы не заставляют изменить это состояние. Однако этот закон нельзя считать «новой формулировкой» принципа Галилея, ибо Галилей развивал земную механику, а Ньютон возвел свои законы в ранг универсальных законов Космоса.

Второй закон — центральный закон механики — фиксирует тот факт, что ускорение, приобретаемое телом под действием некоторой силы, оказывается прямо пропорциональным этой действующей силе и обратно пропорциональным массе движущегося тела.

Первый закон Ньютона можно получить из второго, поскольку при отсутствии воздействия на тело со стороны других тел его ускорение равно нулю.

Согласно третьему закону действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие, иначе говоря, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены противоположно друг другу.

Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.

С созданием ньютоновского «метода флюксий» (основ дифференциального и интегрального исчислений) законы механики позволили математически описывать любые виды движений — как равномерных, так и неравномерных, как прямолинейных, так и непрямолинейных.

• 1
• 2
• 5. Гравитационная система мира. Открытый Ньютоном закон всемирного тяготения утверждал, что все тела, поскольку они обладают массой, испытывают взаимное притяжение. Сила такого притяжения прямо пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Этот универсальный закон природы послужил основой для формирования небесной механики, изучающей движение тел Солнечной системы. Естествознание впервые достигло такого масштаба обобщения. Тем самым завершился тот этап преобразования аристотелевской картины мира, который был начат Коперником. До этого господствовало представление о Вселенной, как совокупности сфер, управляемых перводвигателем или ангелами, но приказу Бога. Теперь утвердилась концепция Ньютона о механизме взаимосвязи тяготеющих масс, действующем на основании простого естественного закона.

Однако Ныотои всегда подчеркивал, что закон всемирного тяготения устанавливает лишь количественную зависимость силы тяготения от величин тяготеющих масс и расстояний между ними; установление причины тяготения он считал делом дальнейших исследований^[2].

6. Картина абсолютного пространства и времени. В ньютоновском мире господствует трехмерное пространство евклидовой геометрии (абсолютное, постоянное, всегда пребывающее в покое), в котором находятся все материальные тела. Время — величина абсолютная, не зависящая ни от пространства, ни от материи. Оно течет однообразно и синхронно во всей Вселенной, выступая процессом длительности независимо от событий.

Движение рассматривалось как перемещение в пространстве по непрерывным траекториям в течение времени в соответствии с законами механики. Считалось, что все физические процессы можно свести к перемещению материальных точек под действием силы тяготения, являющейся дальнодействующей.

7. Абсолютно детерминистская картина мира. Ее итог — образ Вселенной как гигантского и полностью детерминированного механизма (подобного сложному часовому механизму), в котором события и процессы являют собой цепь необходимых взаимозависимых причин и следствий, исключающих любую случайность. Поскольку любой часовой механизм требует завода, Ньютон вынужден был решать вопрос о «мировом часовщике». Это единственная функция в его механике, которая была возложена на Бога: именно божественный «первотолчок» выступил источником механического движения — Бог завел «всемирные часы».

Из таких представлений вытекала вера в то, что теоретически можно точно реконструировать любую прошлую ситуацию во Вселенной или предсказать будущее с абсолютной определенностью. Наиболее ярко такая идея была выражена французским ученым П. С. Лапласом (1749—1827). Лапласовский детерминизм выражает идею абсолютного детерминизма — уверенность в том, что все происходящее имеет строго определенную причину (см. задание 6 в Практикуме).

Далеко не сразу и далеко не всеми учеными идеи Ньютона были приняты. Об этом говорит переписка двух великих физиков — Лейбница и Гюйгенса. «Лейбниц'. Я не понимаю, как Ньютон представляет себе тяжесть или притяжение. Видимо, по его мнению, это не что иное, как некое необъяснимое нематериальное качество.

Гюйгенс: Что касается причины приливов, которую дает Ньютон, то она меня не удовлетворяет, как и все другие его теории, построенные на принципе притяжения, который кажется мне смешным и нелепым"^[3].

Классическая механика Ньютона объясняет множество физических явлений и процессов в земных и внеземных условиях, составляет основу для многих технических достижений. На ее фундаменте сформировались многие методы научных исследований в различных отраслях естествознания. Вплоть до начала XX в. в науке господствовало механистическое мировоззрение, согласно которому, все явления природы можно объяснить движениями частиц и тел.

Авторитет Ньютона был столь силен, что ученые, работавшие в других областях — астрономии, химии и др., — старались объяснить, исходя из начал механики, самые различные явления природы. Так, П. С. Лаплас считал, что любые явления, известные к тому времени, могли быть объяснены с помощью закона всемирного тяготения. Он стремился создать молекулярную механику для объяснения сущности химических реакций, специфики агрегатных состояний вещества (твердого, жидкого или газообразного), особенностей капиллярных явлений и др.

• [1] Такие начала составляют законы Ньютона. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.: Изд-во ЛКИ, 2013.
• [2] И действительно, только в январе 2016 г. поступили первые сообщения о том, что гравитационная обсерватория LIGO смогла «поймать» гравитационные волны, порожденныесталкивающимися черными дырами звездной массы. См.: РИА Новости // URL: http://ria.ru/science/20 160 112/1358499521 .html#ixzz40XNsLLKZ (дата обращения: 15.02.2016).
• [3] Воронцов-Вельяминов Б. II. Лаплас. М.: Жургазобъедииение, 1937. Глава: Всемирноетяготение. См.: URL: http://romanbook.ru/book/246 820/ (дата обращения: 15.02.2016).