Борис Кузнецов - Ньютон

• Название: Ньютон
• Автор: Борис Кузнецов
• Издательство: Мысль
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1982

Книга рассказывает о жизненном и творческом пути великого английского мыслителя, физика, астронома и математика Исаака Ньютона (1643—1727). Ньютон является одним из крупнейших представителей механистического материализма в естествознании XVII—XVIII вв., его основные идеи оказали большое влияние на философскую мысль, науку и культуру.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

Как и в других параллельных потоках своего творчества, в учении о веществе Ньютон переходит (с постоянными возвратами) от кинетических концепций к динамическим. В основе его атомистики лежит представление об иерархии корпускул, образованной все менее интенсивными силами взаимного притяжения частей. Эта идея бесконечной иерархии дискретных частиц вещества связана с идеей о единстве материи. Ньютон не верил в существование не способных превращаться друг в друга элементов. Напротив, он предполагал, что представление о неразложимости частиц и соответственно о качественных различиях между элементами связано с исторически ограниченными возможностями экспериментальной техники.

Если раздробить вещество на эти относительно неделимые частицы, то получится обычная химическая реакция. Однако можно использовать более эффективные химические воздействия и таким образом раздробить частицы на более мелкие дискретные элементы, на атомы второго порядка. При этом обнаружится единство материи, один элемент превратится в другой. Такие представления поддерживали надежду Ньютона на успех его алхимических опытов. В статье «О природе кислот» Ньютон, рассматривая растворы золота в ртути и царской водке, высказывает предположение о растворителе, который разделял бы составные части атомов золота, неделимых в обычных реакциях.

Ньютон рисует иерархию дискретных частиц вещества. Первые соединения — это наиболее прочные сочетания элементов металла, связанных наибольшими силами взаимного притяжения. Можно думать, пишет он, что и эти первые единицы имеют сложную природу и делимость вещества продолжается бесконечно. Вторые соединения состоят из первых соединений, причем взаимное притяжение здесь не так прочно соединяет элементы и связь между ними может быть разорвана химическим воздействием. Следовательно, единство вещества и превращение элементов могут быть результатом более энергичных воздействий, которые раздробят более дробные дискретные части вещества. Таким образом, общий принцип единства материи, лежавший в основе развития химии, вытекает у Ньютона из динамических воззрений на структуру вещества, из представления о реальной иерархии дискретных частиц и об иерархии динамических взаимодействий, связывающих воедино каждую дискретную часть материи.

Перейдем теперь к главному событию биографии Ньютона, резко разделившему его жизнь, так что все предыдущее превратилось в подготовку этого события. Таким событием не только в жизни английского ученого, но и в истории науки в целом было опубликование его основного труда — «Математических начал натуральной философии». В чем основа подобного совпадения биографии мыслителя и определенного этапа истории человеческой мысли? Для первоначального и самого общего ответа на этот вопрос можно обойтись без изложения «Начал»: задача состоит не в описании той картины мира, которая изложена в «Началах», а в анализе того взлета, триумфа и в то же время трагедии познания, какими был финал научной революции XVI—XVII вв. Сейчас в рамках рассказа о жизни Ньютона мы попытаемся понять с такой по преимуществу гносеологической точки зрения, что именно в «Началах» было основанием для подобного историко-культурного, историко-философского, историко-научного феномена. Дальше последует необходимый для ответа на заданный вопрос интегральный анализ идей Ньютона и сопоставление этих идей с их модификациями в XVIII—XIX вв. и в XX в.

Несколько справок о создании «Начал» и об их содержании. В 1683 г. Э. Галлей на основе открытых Кеплером законов движения сделал вывод: тяжесть планеты и ее стремление к центру притяжения — Солнцу обратно пропорциональны квадрату расстояния до Солнца. Но он не мог вывести из этих законов эллиптическую форму планетных орбит. Одновременно К. Рен пришел к выводу, что движение планеты вокруг Солнца складывается из ее равномерного и прямолинейного движения и ее падения на Солнце. Эту же мысль сформулировал Р. Гук. Но найденная Кеплером эллиптическая форма орбит не следовала из такой схемы, ее нужно было вывести из обратной зависимости силы, толкающей планету к Солнцу, от расстояния. Собравшись в лондонской кофейне, Галлей, Гук и Рен по предложению последнего назначили символическую премию — книгу стоимостью в сорок шиллингов — тому, кто найдет доказательство эллиптической формы орбит. В августе 1684 г., во время визита в Кембридж, Галлей посетил Ньютона, рассказал ему о проблеме и услышал, что тот уже располагает доказательством. В феврале 1685 г. небольшой доклад Ньютона «О движении» был доложен Галлеем Королевскому обществу, а год спустя, весной 1686 г., Ньютон (он, как всегда, не торопился с публикацией) через Галлея передал Королевскому обществу «Математические начала натуральной философии». Они вышли в свет в середине 1687 г.

«Начала» состоят из трех книг. В первой книге рассматриваются движения тел под влиянием сил, во второй — те же движения в среде, оказывающей сопротивление, в третьей излагается система мира. В начале первой книги Ньютон дает определения количества вещества, количества движения, инерции и силы. Затем идет «Поучение», где определяются абсолютное и относительное время, пространство и движение. Далее помещены знаменитые классические законы движения и некоторые следствия из них. Первоначальные определения, «Поучение» и формулы классических законов составляют введение ко всей книге. После такого введения Ньютон излагает законы движения тел под действием центростремительных сил. Вначале даны некоторые понятия анализа бесконечно малых. После этого Ньютон на протяжении семи разделов рассматривает движения тел, к которым приложены центростремительные силы. Основные теоремы этой части «Начал» касаются движений материальных точек, притягивающих друг друга с силой, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Далее Ньютон переходит к анализу притяжения тел.

Вторая книга посвящена движению тел в среде, оказывающей сопротивление, а также движению и равновесию жидкостей. Ньютон исследует, как будет двигаться в такой среде тело, испытывающее воздействие силы тяжести, в частности он рассматривает движение маятника. Кроме того, здесь формулируются законы гидростатики. Одной из основных задач этой части «Начал» является опровержение вихревой теории Декарта. Ньютон исследует вопрос о вращении жидкости и приходит к заключению, что такое вращение не может объяснить движение планет.

В третьей книге «Начал» изложена астрономическая система мира. Ей предпослана методологическая декларация Ньютона «Правила философствования». Затем перечисляются основные астрономические наблюдения, на основе которых, используя весь предыдущий материал «Начал», можно получить истинную картину Вселенной. Из этих наблюдений выводится заключение об универсальности тяготения.

Затем Ньютон излагает законы движения Солнца и планет. В конце книги доказывается, что Земля, как и всякая вращающаяся вокруг своей оси планета, должна быть сжата вдоль оси вращения. Ньютон рассматривает, далее, вес тел в разных географических точках и, наконец, объясняет приливы притяжением небесных тел. Во втором и во всех последующих изданиях «Начал» в этот раздел были включены теоремы о движении Луны под влиянием возмущающего воздействия солнечного притяжения. Наконец, как заключение ко всей книге в целом помещено «Общее поучение», где Ньютон излагает некоторые теологические и натурфилософские соображения.

Каковы главные идеи «Начал»?

Из опыта, по мнению Ньютона, можно вывести основные определения материи, пространства, времени и движения. Материя отличается от пространства, материальные тела движутся в пустоте. Пустое пространство неподвижно и абсолютно.

Перемещение в этом пространстве — абсолютное движение. Причина, вызывающая абсолютное движение,— сила, приложенная к телу. Ускорение пропорционально этой силе. Движения небесных тел происходят под влиянием инерции и тяготения, заставляющих тела обращаться по эллиптическим орбитам вокруг центральных тел, к которым они тяготеют. Тяготение прямо пропорционально массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между телами. Оно связывает все материальные тела. Закон всемирного тяготения объясняет, почему система мира сохраняет неизменное движение после первоначального толчка, которым бог привел ее в движение.

Таким образом, в «Началах» однозначное выведение определений пространства, времени, материи и движения из опыта дополняется другим логическим процессом — выведением, причем максимально естественным, экспериментально проверенных заключений из наиболее общих принципов. Конечно, в «Началах» уже в то время, когда они появились, содержались некоторые явные недостатки «внешнего оправдания» и «внутреннего совершенства». За двести с лишним лет до того, как Эйнштейн сформулировал эти критерии, такие исходные понятия «Начал», как абсолютное пространство, действие на расстоянии, первоначальный толчок, уже подвергались критике. Эта критика по существу указывала на объяснение экспериментальных результатов с помощью искусственных допущений. Но «Начала» удовлетворяли данным критериям настолько, насколько это было возможно в то время. Само название «натуральная философия» оправдывалось не только существовавшей (и отчасти сохранившейся поныне) традицией. Оно оправдывалось и максимальной общностью исходных принципов. Ньютон объяснил эллиптические орбиты, распространив понятие тяжести на космос, на Всё, на «объект, созданный в одном экземпляре». Отныне, после разработки «аксиом движения», физическое мышление включало анализ проблем бесконечной Вселенной и ее определений — понятий абсолютного и относительного движения, материи и пустоты, мгновенного и временного действия. Оно приобрело уже не только традиционные основания, но и новые аргументы для того, чтобы называться «натуральной философией». Главным аргументом был синтез понятия тяжести, обладающего максимальной эмпирической базой, схемы мироздания, основанной на чрезвычайно точных наблюдениях звездного неба, и представления о силе как о причине ускорения, представления, основанного на всем предшествующем развитии производительных сил, механики и физики.