Экономическая и философская газета, 26 января 2014 г. № 2 (996)
Почему современным физикам следует почитать “Математические начала натуральной философии” И. Ньютона
Известно, что книга Исаака Ньютона “Математические начала натуральной философии” является теоретическим фундаментом классической физики. Известно также, что в ХХ веке на основе критики идей Ньютона была создана новая физика (теория относительности, квантовая механика и др.), которая в настоящее время находится в кризисе. Можно предположить, что выход из кризиса следует искать используя идеи “Начал”, на основе которых создавалась классическая физика. Однако использованию этих идей
мешает то, что современные физики имеют о них ошибочные представления, поскольку не читали трудов Ньютона и судят о них по работам его недобросовестных или некомпетентных комментаторов. Настоящей статьей автор хотел бы развеять ряд заблуждений относительно основополагающих идей Ньютона.
Главное отличие воззрений Ньютона от “физики ХХ века” является в то же время отличием классической науки от “современной”.
“…Классическая наука восприняла от философии, от культурно-исторических традиций теоретического мышления установку на исследование объективной реальности, на поиск сущностей по их проявлениям на основе опыта и размышлений, отображая этот мир сущностей в создаваемой картине реальности” (Чешев В.В. Проблема реальности в классической и современной физике.
Томск. Изд-во Томск. ун-та, 1984, с. 42).
“Общую гносеологическую установку классической науки на постижение истинного, сущностного бытия по его проявлениям, по его преходящим формам Ньютон реализует применительно к задачам механики, стремясь отделить преходящее, субъективное, кажущееся от “истинного”, которое и является в конечном счете объектом науки. Эта гносеологическая установка недвусмысленно выражена Ньютоном в замечании, предваряющем основные определения: “Время, пространство, место и движение составляют понятия общеизвестные. Однако необходимо заметить, что эти понятия обыкновенно относятся к тому, что постигается нашими чувствами. Отсюда происходят некоторые неправильные суждения, для устранения которых необходимо вышеприведенные понятия разделить
на абсолютные и относительные, истинные и кажущиеся, математические и обыденные” (Ньютон И. Математические начала натуральной философии. В кн.: А.Н. Крылов. Собрание трудов, т. VII. М.-Л., 1936, с. 30)” (там же, с. 47)
“…Ньютон ставит своей задачей описать движение как некоторый объективный процесс, совершающийся в природе сам по себе и не зависящий в своих характеристиках от выбора системы отсчета. Для этого нужно указать на такие характеристики, по которым можно распознавать истинные движения тел… Ньютон
выдвигает следующий критерий: “Причины происхождения, которыми различаются истинные и кажущиеся движения, суть те силы, которые надо к телам приложить, чтобы произвести эти движения. Истинное абсолютное движение не может ни произойти, ни измениться иначе, как от действия сил, приложенных непосредственно к самому движущемуся телу, тогда как относительное движение тела может быть и произведено, и изменено без приложения сил к этому телу” (там же, с. 32)” (там же, с. 48–49).
В.В. Чешев приводит такой пример. С кинематической точки зрения полет самолета из Томска в Москву можно рассматривать как движение самолета относительно покоящейся Земли, а можно – как движение Земли относительно покоящегося самолета. Но обратившись к причинам изменений, легко обнаружить неадекватность второй точки зрения, поскольку гигантские изменения состояния Земли нельзя без противоречий соотнести с другими фактами (там же, с. 51).
Те, кто высказывался против ньютоновских абсолютного пространства и времени, по-видимому, не читали его “Начал” и не знают о происхождении этих понятий из практики астрономии, которая пользовалась такими понятиями до Ньютона (хотя их так не называла) и пользуется сейчас. Разумеется, по мере развития астрономии определения абсолютного пространства и времени изменяются.
“В XVIII веке абсолютное время и пространство отождествлялись соответственно со средним солнечным временем и гелиоцентрической системой координат… В эпоху Ньютона Солнце еще рассматривалось как центр Мира, равномерно окруженный бесконечно далекими звездами, поскольку расстояния до звезд не поддавались определению...
Астрономам последующих веков пришлось отказаться от идеи “неподвижности звездной сферы” и учитывать вращение осей координат, направленных на звезды. Необходимо было “остановить” вращение осей координат, т.е. перевести все положения опорных объектов (звезд) к координатным осям одной “начальной” эпохи, чтобы в таком пространстве изучать движения планет и комет. Центром координатной системы, в которой изучались их движения, по-прежнему оставалось Солнце, либо барицентр Солнечной системы. За этой системой сохранялось название “абсолютной системы координат”…
В XX веке окончательно утвердилось мнение об иерархическом строении Вселенной, возникла необходимость создания (или построения, если следовать астрономической терминологии) новых систем отсчета координат для изучения движений в кратных звездных системах, движений звезд и Солнца в Галактике, уточнения вращения Земли. Абсолютными, или истинными, движениями тел стали называться их движения по
отношению к центру массы конкретной системы тел. Следовательно, с этими центрами необходимо было совместить новые системы координат (гео-, гелио- и галактоцентрические). Различными стали не только центры, но и направления осей координат, предназначаемых для изучения движений в разных системах тел” (Толчельникова С.А. Причины, побуждающие к пояснению аксиоматики “Начал” Ньютона. Международная конференция “V Окуневские чтения”, БГТУ “Военмех”, СПб., 2007, т. 1, с. 160–170, http://www.antidogma.ru/library/katalog/alphabet_tr.html).
Таким образом, в астрономии (астрометрии, небесной механике) оперируют абсолютными пространством, временем и движением вопреки широко распространенному мнению, будто теория относительности доказала несостоятельность этих понятий.
Положение Ньютона “абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно” (Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М., Наука, 1989, с. 30) лежит в основе измерения времени и перехода к новым системам его измерения – эфемеридному, атомному и др. (см.: Абалакин В.К. Основы эфемеридной астрономии. М., Наука, 1979, с. 211–261).
Многие обвиняют Ньютона в том, что он ввел в науку ложное представление о (мгновенном) действии на расстоянии (через пустоту). Это обвинение не только ошибочно по сути, но и вопиюще противоречит недвусмысленным заявлениям и разъяснениям самого Ньютона.
В “Отделе XI. О движении тел, взаимно притягивающихся центростремительными силами” он писал: “…я перехожу теперь к изложению учения о движении тел, притягивающихся взаимно, рассматривая центростремительную силу как притяжение, хотя следовало бы, если выражаться физически, именовать ее более правильно – напором. Но теперь мы занимаемся математикой и, оставляя в стороне физические споры, будем пользоваться более обычным названием, чтобы быть понятнее читателям математикам” (там же, с. 216). В другом месте: “Название же “притяжение” (центром), “натиск” или “стремление” (к центру) я употребляю безразлично одно вместо другого, рассматривая эти силы не физически, а математически, поэтому читатель должен озаботиться, чтобы, в виду таких названий, не думать, что я ими хочу определить самый характер действия или физические причины происхождения этих сил…” (там же, с. 29–30).
В письме Р. Бентли от 25 февраля 1693 года Ньютон писал: “То, что тяготение должно быть врожденным, внутренне присущим материи, существенным для нее, дабы одно тело могло воздействовать на другое на расстоянии через пустоту, без посредства какого-либо агента, посредством и при участии которого действие и сила могли бы передаваться от одного <тела> к другому, представляется мне столь вопиющей нелепостью, что, по моему убеждению, ни один человек, способный со знанием дела судить о философских материях, не впадет в нее. Тяготение должно вызываться агентом, постоянно действующим по определенным законам…” (цит. по: Данилов Ю.А. Ньютон и Бентли. Вопросы истории естествознания и техники, 1993, № 1, с. 39).
А.К. Тимирязев указывал: “Взгляды Ньютона были всегда хорошо известны тем, кто его труды изучал в подлиннике. Так, например, М.В. Ломоносов писал: “Невтон притягательных сил не принимал при жизни, по смерти учинился невольным их представителем излишним рачением своих последователей” (“Слово о твердости и жидкости тел”)” (Тимирязев А.К. Волна идеализма в современной физике на Западе и у нас. Под знаменем марксизма. 1933, № 5, с. 105.)
Нет оснований считать Ньютона сторонником феноменологического подхода (методологии чистого описания). Он отказывался от обсуждения механизма тяготения и других явлений лишь потому, что сознавал недостаточность фактических знаний для этого обсуждения.
Ньютон писал: “До сих пор я изъяснил небесные явления и
приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины
самого тяготения… Тяготение к Солнцу составляется из тяготения к отдельным
частицам его и при удалении от Солнца убывает в точности пропорционально
квадратам расстояний даже до орбиты Сатурна, что следует из покоя афелиев
планет, и даже до крайних афелиев комет, если только эти афелии находятся в
покое. Причину же этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из
явлений, гипотез же я не измышляю. Все же, что не выводится из явлений, должно
называться гипотезою, гипотезам же метафизическим, физическим, механическим,
скрытым свойствам, не место в экспериментальной философии.
В такой философии предложения выводятся из явлений и обобщаются помощию наведения. Так были изучены непроницаемость, подвижность и напор тел, законы движения и тяготение. Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам, и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и моря.
Теперь следовало бы кое-что добавить о некотором тончайшем эфире, проникающем все сплошные тела и в них содержащемся, коего силою и действиями частицы тел при весьма малых расстояниях взаимно притягиваются, а при соприкосновении сцепляются; наэлектризованные тела действуют на большие расстояния, как отталкивая, так и притягивая близкие малые тела, свет испускается, отражается, преломляется, уклоняется и нагревает тела, возбуждается всякое чувствование, заставляющее члены животных двигаться по желанию, передаваясь именно колебаниями этого эфира от внешних органов чувств мозгу и от мозга мускулам. 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 показаны” (там же, с. 661–662).
Ньютон принял положение Декарта о том, что единственным свойством (частиц) материи является ее (их) способность двигаться прямолинейно и равномерно. Он писал: “Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения” (Ньютон И. Указ. соч., с. 25). В современных курсах физики не приводят ту часть формулировки, где говорится о материи, чем искажают мысль Ньютона.
Из указанного положения Декарта следует, что при изучении явлений нельзя отделываться схоластическими “объяснениями” свойств тел изначально присущими им качествами (тяжелым телам свойственно падать вниз). Необходимо познание механизма явлений. Когда же создатели квантовой механики под влиянием махистской философии провозгласили неприменимость механических понятий к явлениям микромира, это закономерно привело к возрождению схоластики. Микрочастицам стали приписывать “аромат”, “цвет”, “очарование” и другие “качества”, невыразимые в понятиях механики. Разумеется, методы “объяснения” средневековых схоластов не могли не завести исследования в этой области в тупик.
Не нужно думать, что в своих исследованиях Ньютон руководствовался исключительно идеями Декарта. Переводчик “Начал” на русский язык академик А.Н. Крылов отмечал: “Ньютоново воззрение, что при изучении природы надо от наблюдаемых явлений восходить к установлению причин, коими они объясняются, шло вразрез с декартовым учением, согласно которому надо вперед установить первопричины и из них выводить следствия” (там же, с. 502). Теоретики, которые априори считают первопричиной всего пространственно-временной континуум, действуют вопреки методу Ньютона и опять-таки оказываются в тупике.
Суть метода Ньютона изложил кембриджский профессор Р. Котс в “Предисловии издателя ко второму изданию” “Начал”. Он писал: “…те, кто является последователями экспериментальной философии (т.е. экспериментального метода при исследовании явлений природы)… также стремятся вывести причины всего сущего из возможно простых начал
(как и картезианцы. – В.И.), но они ничего не принимают за начало как только то, что подтверждается совершающимися явлениями. Они не измышляют гипотез и не вводят их в физику иначе, как в виде предположений, коих справедливость подлежит исследованию. Таким образом, они пользуются двумя методами – аналитическим и синтетическим. Силы природы и простейшие законы их действия они выводят аналитически из каких-либо избранных явлений и затем синтетически получают законы остальных явлений…” (там же, с. 5–6).
Этот метод позволяет развивать теорию постепенно, по мере накопления новых данных. Не применяя его, нельзя преодолеть кризис физики. Поэтому о методе Ньютона нужно будет сказать особо.
Владимир Николаевич ИГНАТОВИЧ, кандидат технических наук
Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
