Следствия механики Галилея — Ньютона

Спустя семь лет после выхода в свет «Математических начал натуральной философии» Ньютона молодой религиозный деятель Ричард Бэнтли (1662—1742) написал письмо великому физику, в котором попросил его ответить на вопрос, не может ли сила тяготения быть причиной образования звезд. Этот вопрос затрагивает тему отношения теоретических понятий физики Галилея — Ньютона к реальному, материальному миру.

Данному вопросу можно придать современный смысл. Сила тяготения — это сила близкодействия? С какой скоростью она распространяется? С конечной или мгновенной бесконечной? Каким образом свет распространяется в космическом пространстве? Реальное время течет от прошлого к будущему, которые имеют собственные, не сводимые друг к другу физические состояния, почему же тогда механическое движение обратимо во времени? Как объяснить свободное падение тел? Почему инертная и гравитационная массы тела представлены разными формулами (формула F= та относится к инертной массе, формула F = G (m1m2 /R2) — к гравитационной)?

Ответы на эти вопросы можно разделить на две части: А — ответ самой физической теории Галилея — Ньютона и Б — трактовка проблем, лежащих в основе этих вопросов, самим Ньютоном в форме свободных рассуждений.

• А) Механика Галилея — Ньютона
• 1. Сила тяготения является дальнодействующей силой и распространяется с бесконечной скоростью без соприкосновения между взаимодействующими телами.
• 2. Пространство и время заданы самим Богом и не наделены физическими свойствами.
• 3. Закон всемирного тяготения точно описывает специфику этого физического взаимодействия, но причины, которые вызывают это взаимодействие, неизвестны.
• 4. Сила тяготения не действует на свет, на его траекторию движения.
• 5. В мире возможны одновременные события, так как время — это абсолютная математическая длительность, мера определения движения тел в пространстве.
• 6. Ритм времени одинаков в каждой точке Вселенной и по всем ее направлениям.
• 7. Пространство — это своеобразная арена, сцена, на которой происходят физические события.
• 8. Математическая теория пространства Евклида правильно отражает метрику

пространства при механическом движении: два прямолинейно движущихся тела никогда не пересекутся в своем движении на просторах Вселенной.

• 9. Часы, установленные на движущемся теле, не замедляют и не ускоряют свой ход, величина массы тела также остается неизменной в механическом движении тел.
• Б) Ответ Ньютона в форме свободного рассуждения.
• 1. Если бы все вещество нашего Солнца и все вещество Вселенной было бы равномерно рассеяно в небесных глубинах, и если бы каждая частица имела врожденное тяготение ко всем остальным частицам, и если бы, наконец, пространство, в котором рассеяна вся материя Вселенной, было конечным, то все вещество снаружи этого пространства в силу тяготения влеклось бы ко всему веществу, которое находится внутри этого пространства, и тем самым создало бы внутри пространства огромную сферическую массу.

В этом рассуждении Ньютон говорит о гравитационной неустойчивости Вселенной, т. е. при отсутствии силы отталкивания, противоположной силе тяготения, тяготение приведет к скручиванию массы всех тел во Вселенной в одном центре. Этот эффект называется коллапсом (падение внутрь), заимствовано из латинского языка.

2. Если пространство бесконечно и вещество Вселенной равномерно распределено в этом пространстве, то вещество Вселенной сгущалось бы в точках пространства, создавая бесконечное число массивных тел. Именно в бесконечном пространстве из вещества (частиц) могло образоваться наше Солнце и другие небесные тела под действием силы тяготения. В своих рассуждениях Ньютон отмечает важность свойств самого пространства (замкнутое, открытое) для физических процессов образования материальных тел во Вселенной. Как и Галилей, он считал, что в материальном мире все состоит из вечных, нестареющих частиц, некоторые из них имеют светящуюся природу. Из них состоят звезды.

Ньютону принадлежит интересная гипотеза о том, что «жар Солнца» и звезд сохраняется большим их весом и высокой плотностью окружающих их атмосфер, оболочек, сжимающих их со всех сторон. В последние годы своей жизни Ньютон уделял большое внимание изучению оптических явлений.

Физическая природа света. Физическая природа света была предметом исследования многих мыслителей времени Ньютона. Р. Гук рассматривал свет как волновое явление, движение волн. Это означало, что пространство между небесными телами заполнено эфиром, особым физическим материальным агрегатным состоянием. По мере изучения свойств распространения света эфир наделялся рядом фантастических физических свойств: невесомый, разряженный, всепроникающий и т. п.

Гипотеза Ньютона о корпускулярной природе света как потока частиц, подверженных колебательному движению, не была популярна в его время. Невозможно было в XVII в. и осуществить метод Галилея для измерения скорости света, который он предложил в работе «Беседы о математическом доказательстве» (1638). Астроном X. Кассини (1625—1712) утверждал, что скорость света конечна, однако приводимым им доказательствам не поверили. «Трактат о свете» (1690 г. — дата публикации) X. Гюйгенса (1629—1693) считался наиболее авторитетным трудом в то время. В нем приводились доказательства волновой физической природы света.

В конце XIX в. и в первом десятилетии ХХ в. проблема физической природы света приобрела вновь актуальное значение в работах Г. Герца (1857—1894) и А. Эйнштейна, который обратился к корпускулярной гипотезе света И. Ньютона.