Понятие массы. 
Логика естествознания

Индуктивный метод нашел классическое выражение в механике Ньютона. Всякая попытка проведения дедуктивного метода в физике являлась оппозицией Ньютону и неизбежно начинала с критики основных положений и метода Ньютона.

В споре о значении принципов Ньютона есть одна любопытная сторона, которая должна броситься в глаза всякому внимательному читателю «Principia» Ньютона: идеи Ньютона рассматриваются обычно не в их подлинном виде, но через призму позднейших интерпретаций. В результате этого получается, что многие, пишущие о механике Ньютона, имеют о ней не только неясное, но часто совершенно превратное представление: в термины Ньютона вкладывают не тот смысл, какой они имели в эпоху, современную Ньютону, и таким образом совершенно искажают его мысли.

Необходимо поэтому прежде всего заменить того условного Ньютона, о котором рассуждают современные авторы, подлинным историческим Ньютоном; необходимо воспроизвести мировоззрение Ньютона, как оно выражено в его «Principia». Без такого обращения к подлиннику невозможно разрешить спор о старой и новой механике.

В основе механики Ньютона и в основе всей его философии лежат следующие четыре постулата, или, как он их назвал, определения:

1) Количество материи есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее.

И далее, через несколько строк: это же количество подразумеваю под названием тело или масса.

• 2) Количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе.
• 3) Врожденная сила материи есть присущая ей способность к сопротивлению, по которой всякое, отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейною движения.
• 4) Приложенная сила есть действие, производимое нал телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного движения по прямой («Principia», перев. А. Н. Крылова. «Известия Ник. Морск. Акад.» вып. IV).

Прежде всего рассмотрим, что разумел Ньютон под «количеством материи». Материя в естествознании рассматривается, как субстрат или носитель свойств — не одного какого-либо свойства вещества, но всех его свойств. Поэтому под «количеством материи» у Ньютона подразумевается некоторая величина, имеющая в одинаковой мере отношение ко всем свойствам вещества. Предполагается, что, какое бы из свойств вещества мы ни взяли, в количественном отношении оно будет пропорционально прежде всего количеству материи, обладающей этим свойством. Таким образом, Ньютон указывает, что, производя измерения двоякого характера (плотности и объема), при чем при измерении не принимается во внимание ни химический состав тела, ни его структура, можно, тем не менее, получить результат, количественно характеризующий все без исключения свойства тела.

Но как возможно говорить о разнородных химических телах, что они заключают в себе равные количества материи? Пусть мы имеем кусочек свинца и некоторый объем воздуха. Если Ньютон находит возможным приравнивать материю свинца материн воздуха, то очевидно, что он допускает нечто третье, некоторый масштаб для количественного сравнения. Таким масштабом может быть только первичная материя, из которой составлены и свинец, и воздух, и все другие тела. Итак, здесь подразумевается гипотеза, без которой Ньютоново определение лишается смысла; эту подразумеваемую гипотезу можно формулировать так: существует первичная материя, из которой состоят все тела; масса тела должна равняться количеству первичной материи, содержащейся в теле.

Подлинная мысль Ньютона именно такова. В начале третьей книги «Principia» (первое издание 1687 г.) среди основных гипотез мы находим следующую: «Каждое тело может преобразоваться в тело другого какого-либо рода, проходя через все промежуточные ступени качеств». Без такой гипотезы, высказанной или подразумеваемой, определение массы оказалось бы ничего незначащей фразой.

Но откуда Ньютон взял указанные идеи первичной материи и превращения тел? Эти идеи были популярны в его эпоху, они принадлежат алхимии, которая еще не была окончательно скомпрометирована к тому времени. В широких кругах естествоиспытателей неизвестно, что и сам Ньютон был отчасти алхимиком, что он не только в теории был уверен в возможности превращения тел, но и производил опыты в указанном направлении. Следы его алхимических воззрений можно найти как в первом, так и во втором издании «Principia».

«Пары, производимые солнцем, неподвижными звездами и кометными хвостами, могут от своего тяготения падать в атмосферы планет, здесь сгущаться и превращаться в воду и в влажные спирты и затем от медленного нагревания постепенно переходить в соли, в серы, в тинктуры, в ил, в тину, в глину, в песок, в камни, в кораллы и другие земные вещества» («Principia», кн. III, стр. 580 русск. пер.).

Здесь интересна также алхимическая терминология. Но, так или иначе, идея первичной материи или возможности превращения тел логически необходима для определения ньютонианской массы. По существу же мы видим, что Ньютон не ошибся, допустив первичною материю, так как на наших глазах первичная материя стала осязательной. Современная физика учит об электрической природе всякой материи. Отрицательные электроны одинаковы во всех атомах; после открытия Астоном изотопов мы то же самое с уверенностью можем сказать и о положительно заряженных атомных ядрах. Раньше допущение, что все атомные ядра построены из одной простой единицы, встречалось с той трудностью, что атомные веса элементов представляют собою дробные величины. После того, как Астон элементы с дробным атомным весом разложил на изотопы, имеющие в качестве атомного веса целое число, указанное затруднение исчезло.

В новой физике мы встречаемся с направлением, отрицающим самое существование материи. Для этого направления определение массы Ньютона, конечно, неприемлемо; оно стремится заменить определение Ньютона определениями чисто формального характера. Сравним с ньютонианским определением массы те определения, которые дают позитивисты:

«Телами, имеющими равные массы, мы называем такие, которые при взаимодействии сообщают друг другу равные и противоположные ускорения. Если мы примем за единицу взятое для сравнения тело А, то массу m мы припишем тому телу, которое телу, А сообщает в m раз большее ускорение по сравнению с тем, которое оно само получает от тела А. Отношение масс есть отрицательное и обратное отношение взаимных ускорений… В нашем понятии массы не заключается никакой теории; „количество материи“ в нем совершенно излишне, в нем содержится лишь точное установление, описание и обозначение факта» (Мах, «Механика»).

«Даже в хороших учебниках можно найти в качестве определения массы бессмысленное выражение: масса есть „количество материи“, при чем не дается никакого указания, как это количество измерять. Из предыдущих соображений вытекает подходящее к делу определение массы, как емкости энергии движения» (Оствальд, «Натурфилософия»).

«Во-первых, мы видим, что масса какого-нибудь тела находится в отношении к некоторому тельцу — эталону, или что масса есть всегда относительное количество. Во-вторых, масса оказывается простым числом, представляющим отношение ускорений. Мы имеем, таким образом, перед собой вполне ясное и понятное определение» (Пирсон, «Грамматика науки»).

Нельзя, конечно, отрицать логической строгости подобных определений. Но дело в том, что определение Ньютона дает бесконечно больше. Количество энергии движения, поглощаемой телом, есть осязательный факт; но и количество всякой другой энергии, находящейся в теле, также пропорционально массе тела. Количества потенциальной энергии, химической, тепловой, точно также пропорциональны массе тела. Если мы разрежем хлеб и будем сравнивать два куска между собою, то не только емкости по отношению к ускорениям, но и питательности этих кусков будут пропорциональны массам. Совершенно непонятно, как, исходя из позитивных определений массы, можно связать эти разнородные свойства и объяснить, почему питательности обратно пропорциональны ускорениям. Между тем материалистическое определение Ньютона делает указанный факт само собою разумеющимся.

Позитивист со своим определением массы неизбежно попадает в смешное положение человека, у которого теория расходится с практикой. Пусть хотя бы тот же самый Оствальд желает приобрести для своей лаборатории несколько миллиграммов радия. Ему не придет в голову сомневаться, что за два миллиграмма радия следует заплатить вдвое больше, а за три — втрое больше, нежели за один миллиграмм. Откуда же берется подобная уверенность в том, что активная энергия также окажется обратно пропорциональной ускорениям? Очевидно, что с понятием «миллиграмм» против воли связывается именно понятие о некотором количестве материи. Таким образом, утверждать, что масса есть не что иное, как единица, деленная на ускорение и взятая с обратным знаком, или что-либо подобное, — значит убеждать себя в том, что мы знаем меньше, нежели знаем на самом деле.

Позитивисты просмотрели ценную идею, заключающуюся в определении Ньютона. Эту идею можно выразить так: существует универсальный коэффициент пропорциональности, или масса, который должен войти во всякое выражение, количественно характеризующее тело, коэффициент пропорциональности, не зависящий ни от строения, ни от химической природы тела, зависящий только от количества первичной материи, содержащейся в теле.

Поэтому, с точки зрения материализма, вполне понятно, почему инертная масса равна тяжелой массе, почему недавно открытые колоссальные запасы внутриатомной энергии в телах также пропорциональны массе и т. п.