Тимкин С. История естествознания

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 4. НОВАЯ НАУКА.

4.1. Галилей. Переворот в физике.

Галилей в своих научных пристрастиях, несмотря на «кабинетное», университетское происхождение своей учености, сильно отличается от типичного профессора-схоласта. Для него характерно /1/:
1. Интерес прежде всего к природным явлениям, в «пределах чистых естественных понятий».
2. Отказ от поиска глубоких, тем более метафизических причин явлений и, прежде всего, движения. Они ему попросту неинтересны, так как недостоверны. Поэтому Галилей в своей защите Коперника не обращается к причинам движения, для него тяготение, понятие которого тогда активно формировалось, это нечто мистическое. «Мне кажется, что сейчас неподходящее время для занятий вопросом о причине ускорения естественного движения тел, по поводу которого различными философами было высказано столько различных мнений; одни приписывали его приближению к центру, другие - к постепенному уменьшению сопротивления среды, третьи - некоторому воздействию окружающей среды, которая смыкается позади тела и оказывает на него давление, как бы постепенно его подталкивая. Все эти предположения следовало рассмотреть, что, однако, принесло бы мало пользы». Т.о. Галилей сознательно абстрагируется от природы сил, действующих в мире, сводя тем самым решение задачи движения к самым простым - кинематическим моделям.
3. Галилей, не смотря на свой конфликт с церковью, «добрый католик». Для него характерно применение учения о двойственной истине (существовании истины божественной и высшей по сравнению с естественной, природной см. выше). Однако суть этого принципа несколько смещена. Галилей настаивает на физическом смысле системы Коперника: именно так движутся планеты. Тогда как в предисловии Оссиандера к главному труду Коперника «О вращении небесных кругов» дана «классическая» интерпретация принципа: система Коперника имеет скорее символический смысл, это удобная для расчетов модель, а истинный физический смысл имеет согласованная с Писанием аристотелева система Космоса. Нет, для Галилея символический смысл по отношению к миру имеет, скорее, Писание. Кардинал Беллармини, глава инквизиции пишет письмо единомышленнику Галилея патеру Фоскарини: «Мне кажется, что Вы и синьор Галилео поступили бы осторожно, если бы удовлетворились предположительными высказываниями и отказались от абсолютных; так поступал, как я всегда думал, Коперник. Действительно, когда утверждают, что в предположении, что Земля движется, а Солнце неподвижно, все наблюдаемые явления объясняются лучше, чем при гипотезе эпициклов и эксцентров, то это прекрасно сказано и не заключает в себе никакой опасности; а этого и достаточно для математики; но когда начинают говорить, что Солнце действительно покоится в центре мира и только вращается вокруг самого себя, но не движется с востока на запад, и что Земля находится на третьем небе и с большой скоростью вращается вокруг Солнца, то это вещь очень опасная и не только потому, что она раздражает всех философов и ученых теологов, но и потому, что она вредит святой вере, поскольку из нее вытекает ложность Священного Писания». Смысл конфликта Галилея с церковью не в противоречии с догматами веры, а в противеречии с объективизацией Писания в форме аристотелевой схоластики, осуществленной к тому времени поколениями христианских философов.
4. Начиная с Галилея природа есть бесконечное поле для исследования, которое пользуется мирскими, рациональными методами. Причем эти методы заключаются в объяснении всех природных явлений законами механики. Механика дает универсальное объяснение природе. Наука о природе становится бесконечным рядом механических причин и механических следствий. Именно этот круг идей лежит у истоков классического механистического естествознания. Религиозные же убеждения ученого - это его внутреннее дело, Галилей стремится убрать их из науки. Скоро, впрочем, пойдет «обратный» процесс привлечения данных науки для целей теологии (Бойль, Ньютон).

Теория движения Галилея.

Переворот, осуществленный Галилеем именно в объяснении движения, положил начало новому пониманию науки вообще. Поэтому нам важно показать, в чем именно состоит этот переворот, и какие методологические принципы легли в основу галилеевской механики /2/.
Средневековая физика при рассмотрении движения исходила из двух фундаментальных принципов перипатической кинематики:
1. Всякое движение предполагает двигатель.
2. Любому движению тело оказывает сопротивление. Это сопротивление должно быть преодолено, чтобы движение началось, и постоянно преодолеваемо, чтобы движение продолжалось.
Первый закон дополнялся положением, что состояние покоя для своего сохранения не нуждается ни в каком внешнем факторе. Тем самым утверждалась онтологическая неравноценность 2-х различных состояний: покоя и движения. Движение мыслится Аристотелем как изменение состояния тела, а покой - как неизменность этого состояния. Движение и покой здесь не относительные понятия, какими они стали в механике нового времени как раз благодаря Галилею, а абсолютные: движется ли тело или покоится, это определялось не через отношение его к любому другому телу или системе тел, которые онтологически равноправны с первым, а по отношению к абсолютным точкам отсчета: центру и периферии космоса, абсолютному «низу» и «верху». С этим связано, в свою очередь, конечность космоса, физическое различие надлунного «верха», неба (имеет эфирную природу) от подлунного (элементного).
Все взаимосвязано в этой системе: физика с философией. Поэтому всякая попытка критически пересмотреть положения перипатетической философии тут же сказывалось на ситеме физического знания и, наоборот, критика отдельных положений аристотелевой физики вела к необходимости пересмотра и его философии в целом.
Тем не менее еще в средневековье отдельные положения Аристотеля подвергались пересмотру и переработке. В первую очередь это теория «импетуса», напора, введенного для объяснения насильственного движения брошенного тела (или движения по инерции, как сказали бы сейчас).

Основные положения «физики импетуса».

1. Нормальным случаем движения для неодушевленных тел считалось движение тела, непосредственно связанного со своим двигателем, это движение продолжается лишь до тех пор, пока действует сила. Причем скорость тела прямо пропорциональна силе двигателя и обратно пропорциональна сопротивлению среды. При постоянной движущей силе и постоянном сопротивлении скорость оказывается постоянной. И наоборот, всякое равномерное движение (при неизменном сопротивлении) предполагает неизменную, постоянную действующую силу. Т.о., сила есть причина скорости, а не ускорение как в классической механике. И это не может быть иначе, пока сохраняется аристотелево убеждение в неравноценности покоя и движения: всякое тело, согласно схоластической физике, стремится в состояние покоя. Эта тенденция к покою как бы постоянно присутствует в движущемся теле, поэтому движущая сила должна преодолевать эту тенденцию в каждый момент движения точно так же как и в первый момент, когда она выводила тело из состояния покоя.
2. Эта «тенденция к покою и есть инертность тела в средневековом, схоластическом ее понимании. (Тогда как в понимании классической физики это стремление к сохранению движения «по инерции».) Возникало, однако же, затруднение в связи с необходимостью объяснить, почему для приведения тела в движение из состояния покоя требуется большая сила, чем для дальнейшего поддержания его в состоянии движения. Это затруднение физика XIV-XVI вв. решала с помощью указания на то, что сила двигателя передается движимому не мгновенно, а постепенно и тем медленнее, чем тяжелее движимое тело.
3. Для объяснения метательного движения вводится понятие «импетуса» или vis impressa (запечатленной силы), которую сообщает бросаемому телу двигатель и которая движет тело в течение некоторого времени. Величина импетуса пропорциональная скорости, с которой двигатель движет тело в момент бросания и массе бросаемого тела. И как нагретое тело постепенно охлаждается, теряя сообщенное ему тепло, точно так же брошенное тело по мере движения «расходует» сообщенный ему импульс-импетус - этот импульс иссякает, уходя на преодоление инертности тела - его тенденцию к покою. Таким образом, инерция толчка в физике импетуса - это то, что способствует прекращению движения, то есть трате импетуса, в противоположность инерции в классической механике, сохраняющей состояние равномерного движения.

Вопрос о системе отсчета.

Итак, по Аристотелю существуют принципиально отличные друг от друга истинный покой и истинное движения. Тело, покоящееся относительно Земли, абсолютно покоится, движущееся относительно Земли - абсолютно движется.
Кузанский первый выступил против такой концепции, провозгласив отсутствие неподвижного центра вселенной. Коперник первый поместил систему отсчета на Солнце и описал астрономические явления с точки зрения солнечного наблюдателя. Галилей блестяще подтвердил эту систему, поэтому систему отсчета, связанная с центром солнечной системы, принято называть галилеевой. Для физики (не астрономии) этот шаг был плодотворен потому, что выдвинул вопрос о влиянии системы отсчета на ход процессов в изучаемой системе (на Земле). Влияет ли движение Земли на ход процессов на ней или нет? Галилей делает вывод, что в случае равномерного движения - нет, не влияет. Для доказательства этого он в «Диалогах...» приводит, в частности, знаменитый мысленный эксперимент о поведении мух, птичек, капель воды, человека и т.п. в закрытом трюме плывущего корабля.
Тем самым установлен факт огромной принципиальной важности: любая система отсчета, находящаяся в равномерном и прямолинейном движении относительно галилеевой равноправна с ней в отношении описания механических процессов. Галилеева и равноправные с ней системы называются инерциальными системами отсчета. В них справедлив закон инерции и другие законы Ньютона. В этом и заключается классический принцип относительности Галилея.
Следующий шаг Галилей в кинематике - установление рациональных классификаций движения. Все движения по Галилею естественны. Равномерное движение это такое, в котором «расстояния, проходимые движущимся телом в любые равные промежутки времени, равны между собой. Главной добавкой здесь было слово «любые», что означает независимость скорости от времени для этого вида движения (понятия направления скорости еще нет). Для неравномерных движений скорость зависит от времени и в каждый момент своя. Это представление об истинной скорости в данный момент (мгновенная скорость по нынешней терминологии) целиком принадлежит Галилею.
Весьма важна мысль и доказательство ее, что падающее тело (неравномерно движущееся) проходит, начиная с нулевой все степени скорости до окончательной скорости падения. Эта мысль была новой и трудной. Сагредо /4/ возражает: «...надлежит признать, что для промежутков времени все более и более близких к моменту выхода тела из состояния покоя, мы придем к столь медленному движению, что при сохранении постоянства скорости тело не пройдет на мили в час, ни в день, ни в год, на даже в тысячу лет; даже в большее время оно не продвинется и на толщину пальца, - явление, которое трудно себе представить, особенно когда наши чувства показывают, что тяжелое падающее тело сразу же приобретает большую скорость». Здесь опять мы сталкиваемся с парадоксами движения по Зенону, связанными с соотношениями конечного с бесконечным. Это хорошо понимает Галилей и отвечает устами Сальвиати: «Это случилось, если бы тело двигалось с каждою степенью скорости некоторое определенное время, но оно только проходит через эти степени, не задерживаясь более чем на мгновение, а так как в каждом, даже самом малом промежутке времени содержится множество мгновений, то их число оказывается достаточным для соответсвия бесконечному множеству уменьшающихся степеней скорости».
Этот ответ Сальвиати замечателен в двух отношениях. Прежде всего здесь Галилей порывает со статичностью движения, с рассмотрением его как суммы покоев. Нет, движущееся тело проходит через каждое свое состояние. Во-вторых, Галилей отчетливо переносит идею взаимно-однозначного соответствия на сравнение бесконечных совокупностей. Например, в «Беседах ...» Галилей прямо высказывает положение, что всех чисел натурального ряда столько же сколько полных квадратов чисел. Отсюда ясно, что Галилей глубоко и тонко понимал трудности математического описания движения, так как полное логическое преодоление этих трудностей ведет к обоснованию новой ветви математики - математическому анализу.
В качестве наглядного доказательства всех степеней движения падающего тела Галилей приводит следующие рассуждения (мысленный эксперимент): «Если груз, падающий на сваю с высоты 4-х локтей, вгоняет последнюю в землю приблизительно на 4 дюйма, при падении в высоты 2-х локтей он вгоняет ее в землю меньше, и, конечно, еще меньше при падении с высоты одного локтя или одной пяди. И когда, наконец, груз падает с высоты не более толщины одного пальца, то производит ли он на сваю больше действия, чем если бы он был положен без всякого удара? Еще меньшим и совершенно незаметным будет действие груза, поднятого на толщину листа. Так как действие удара находится в зависимости от скорости ударяющего тела, то кто может сомневаться в том, что движение чрезвычайно медленно и скорость минимальна, если действие удара совсем незаметно?»
Это рассуждение по поводу степеней скорости при переходе к вопросу об изменении зависимости скорости от времени для падающего тела логично приводит к зависимости v~S (пути). И Галилей исследует этот закон v=cS, убеждаясь быстро, что в этом случае движение невозможно. Современным математическим языком это можно показать следующим образом:
;v=dS/dt=cS; \int{0,s} dS/S= \int {0,t} S dt ; ln S - ln 0=c \delta t ;ln 0=-\infty .
Галилей, впрочем, проходит мимо открытия логарифмического исчисления.
Далее Галилей переходит к гипотезе v ~ t, v = at, где а = const - ускорение. И блестяще эту гипотезу подтверждает, выводя геометрическим путем знаменитую формулу:
S=(at^2)/2; и ее экспериментально проверяет. Современный вывод проще:
dS/dt=at ;dS=at dt ; \int{0,s} dS=\int{0,t} dt ;S=(at^2)/2 .
Здесь он определяет ускорение - второе из важнейших понятий кинематики и само понятие равноускоренного движения. «Равномерно или единообразно ускоренным движением называется такое, при котором в равные промежутки времени прибавляются и равные моменты скорости».
Далее Галилей ставит вопрос о причинах движения того или иного типа (прорыв в динамику). Как будет двигаться тело вниз по наклонной доске? - равноускоренно. А вверх по наклонной доске? - равнозамедленно. «...теперь скажите, что будет с тем же телом на плоскости, которая ни вниз не опускается, ни вверх не поднимается? ...Ясно, что тело будет двигаться столько же времени, сколько хватит плоскости....Когда тело движется по горизонтальной плоскости не встречая никакого сопротивления, то ... движение его является равномерным и продолжалось бы бесконечно». Таким образом, естественно равномерное движение, а не покой. Галилей демонстрирует современное понимание инерции и инертности тела, почти формулируя 1-й закон Ньютона.
Этот закон сохранения скорости приводит Галилей к формулированию принципа суперпозиции, сложения скоростей. Что будет, если доска кончится? «Если же плоскость конечна и расположена высоко, то тело, имеющее вес, достигнув конца плоскости, продолжает двигаться далее таким образом, что к его первоначальному, равномерному, беспрепятственному движению присоединяется другое, вызываемое силою тяжести, благодаря чему возникает сложное движения, слагающееся из равномерного горизонтального и естественного ускоренного движения». Тело будет двигаться по параболе. Благодаря этому объясняется невозможность из механических явлений, наблюдаемых внутри равномерно движущейся системы, обнаружить движение этой системы (пример пушки, стреляющей ядром вертикально на корабле ).

Так закон инерции, принцип суперпозиции и принцип относительности сплетаются у Галилей в единое целое, представляющее собой фундамент динамики /3/.

Представления Галилей о строении материи.

Рассуждения Галилея о материи, впрочем, предпринимаемые им не очень часто и большей частью лишь при рассмотрении конкретных механических проблем, например, тепла, сопротивления материалов, направлены, главным образом, против перипатетиков.
Механическая программа понимала единство мира лишь как механическое единообразие. Вместо качественных различий нужно было включить в научное мировоззрение чисто количественные различия элементов, тождественных по своей природе и свойствам. Нужно было подчинить всю науку механическому сведению всех явлений природы к перемещению качественно однородных, а количественно различных элементов /1/.
Поэтому Галилей критикует учение Аристотеля о качествах: Я вполне понимаю, что как только я представляю что-нибудь телесное, материальное, я должен вместе с тем понимать, что оно ограничено, имеет ту или иную форму, большое или малое по отношению к другим вещам, находится в том или ином месте, в тот или иной момент времени, движется или неподвижно, касается или не касается другого тела, существует в единственном теле, в нескольких или во многих, и никакое воображение не может оторвать вещь от этих условий. Но то, что она должна быть белой или красной, горькой или сладкой, звучащей или немой, дурно или хорошо пахнущей, - не понимаю, почему я должен заставить себя считать, то вещам должны обязательно сопутствовать эти характеристики. Наоборот, если бы чувства не служили нам проводниками ощущений, возможно, не возникло бы и разговора, и даже самого представления о них. Поэтому я думаю, что все эти вкусы, запахи, цвета и т.д. с точки зрения предмета, в котором, казалось бы, они пребывают, суть не что иное, как одни лишь наименования; местом их пребывания является лишь ощущающее тело, так что если убрать ощущающее животное, то будут устранены и уничтожены все эти свойства».
В своем рассуждении о первичных и вторичных свойствах Галилей наиболее близок традиции Демокрита, который также считал все ощущения отображением материальных объектов, не обладающих собственными качественно именно такими же свойствами: чувства находятся внутри человека. Вот наиболее близкое Демокриту рассуждения Галилея: «Никогда не стану от внешних тел требовать чего-либо иного, чем величина, фигура, количество и более или менее быстрые движения для того, чтобы объяснить возникновение ощущений вкуса, запах и звука; я думаю, что если бы мы устранили уши, языки, носы, то остались бы только фигуры, числа, движения».
Поэтому для Галилея нет ничего необыкновенного в том, чтобы измерить тепло или холод - создать, так называемый термоскоп, действующий на принципе теплового расширения. Перипатетику и в голову не пришла бы возможность измерения степени тепла и холода, потому что для них холод и тепло - это различные свойства, перемешанные в материи. Для Галилея же холод - это просто отсутствие тепла, не являющееся положительным качеством.
Далее Галилей высказывает в высшей степени значительную мысль, в которой сплетаются корни таких важнейших научных идей XVII в. как неуничтожимость вещества, однородность материи и сведение качественных различий к конфигурации элементов материи. «Я никогда не мог представить себе такого превращения веществ друг в друга, при котором одно тело признается уничтоженным, а из него получается другое тело, совершенно отличное от первого. Я считаю возможным, что превращение сводится просто к изменению взаимного расположения частей, причем ничто не уничтожается и ничего нового не нарождается.
Рассуждая о природе сопротивления материалов («Беседы и математические доказательства...»), Галилей идет еще дальше по пути возрождения идей Демокрита. Тела состоят из бесконечного множества микропустот и частиц, которые разделяют эти микропустоты. Сами пустоты, как ни парадоксально, связывают частицы, а разрушение тела происходит при попадании в эти микропустоты другого вещества (при плавлении - огня). Рассуждая о числе и делимости этих частиц Галилей, в конце концов, признает их неделимыми, то есть атомами, не пускаясь, впрочем в рассуждения вглубь и далее.

Платонизм Галилея.

То, что Галилей является противником научной программы - физики Аристотеля, тем более в несколько омертвевшей, окостеневшей, схоластической форме - это несомненно. Но насколько он близок математической программе Платона, какова «степень его платонизма» - это предмет серьезных дискуссий и поныне /5/.
То, что Платон является авторитетом для Галилея, доказывает следующая цитата: «Отсюда станет понятным на бесчисленных примерах сколь полезна математика в заключениях, касающихся того, что предлагает нам природа и насколько невозможна настоящая философия без помощи геометрии, в соответствие с истиной, провозглашенной Платоном». Однако мы помним, что для Платона натурфилософия, т.е. собственно физика, наука о природе (кстати, именно Галилей стоит на стыке между натурфилософией и физикой в современном смысле) не является наукой, чувственный мир не может быть предметом научного знания (не только высшего - диалектики, но и промежуточного уровня - математики). «...Нам приходится довольствоваться в таких вопросах правдоподобным мифом, не требуя большего». Пример такого рода мифа он привел в «Тимее», разработав теорию первообразов стихий.
Для Галилея познание чувственного мира вполне достижимо. «Экстенсивно, то есть по отношению ко множеству познаваемых объектов, а это множество бесконечно, познание человека - как бы ничто, хотя он и познает тысячи истин, так как тысяча по сравнению с бесконечностью как бы нуль, но если взять познание интенсивно, то, поскольку термин интенсивное означает совершенное познание какой-либор истины, то я утверждаю, что человеческий разум познает некоторые истины столь совершенно и с такой абсолютной достоверностью, какую имеет сама природа». Налицо коренная противоположность во взглядах на познаваемость природы.
Однако это становится не столь очевидным, если учесть и понять тот метод познания, который ввел в естествознание именно Галилей, и который превратил натурфилософию в физику (если хотите, сделал из физики строгую науку). В процессе исследования природы Галилеем можно выделить 4 момента или фазы:
1-я фаза - восприятие явления, чувственный опыт, опыт Аристотеля. Как говорил Галилей - привлекающий наше внимание к изучению определенной частной группы явлений. Но еще не дающий законов природы;
2-я фаза - так называемая Аксиома или, согласно современной терминологии - рабочая гипотеза. Это центральный момент открытия, возникающий из внимательного, критического рассмотрения чувственного опыта путем творческого процесса, сходного с интуицией художника. На этом аристотелево познание заканчивается. У Галилея же далее идет:
3-я фаза - математическое развитие, то есть нахождение логических следствий из принятой рабочей гипотезы. Но почему математические следствия должны соответствовать данным ощущениям? Потому что (знаменито!): «Книга природы ... написана на языке математики, ее буквами служат треугольники, окружности и другие геометрические фигуры, без помощи которых человеку невозможно понять ее речь; без них - напрасное блуждание в темном лабиринте».
И, наконец, 4-я фаза - опытная проверка следствия, как высшего критерия всего пути открытия.
Чувственный опыт, рабочая гипотеза, математическая разработка и опытная проверка - таковы четыре фазы исследования природы, которое начинается с опыта и к нему возвращается, но не может развиваться без обращения к математике. Сравнивая с Платоном, выделим важность математического метода в процессе познания. В этой части исследователь оперирует с чистым разумом, неизменными математическими идеями, но две опытных фазы привязывают весь процесс к изменчивому и ложному чувственному миру.
В том то и дело, что опыт, наблюдение, эксперимент Галилея коренным образом отличается от всего подобного до него. В 1-й фазе опыт может быть тем же непосредственным наблюдением. Во 2-й фазе разум абстрагируется от наблюдаемых явлений, пытаясь вывести предположение, не обязательно соответствующее непосредственному наблюдению, но как бы отвлеченно суммируя и усредняя наблюдаемое.
А вот 4-я фаза - является совершенно новой и совершенно по новому оформленным опытом. Это, во-первых, целесообразно поставленный эксперимент, специально поставленный эксперимент. Во-вторых, и самое главное, эксперимент поставленный так, чтобы максимально отвлечься от всех других явлений кроме исследуемого, убрать посторонние влияния, идеализировать эксперимент. Да и сама «мыслительная» часть познания построена у Галилея на принципе идеализации явления, принципе научной абстракции.
Особенно отчетливо новый метод Галилея веден на примере исследования явления свободного падения тел (см. выше). Галилей начинал с предположения о том, что все тела падают с постоянным ускорением, то есть, что приращение скорости падающего тела пропорционально времени. Это - гипотеза. Она построена на непосредственном наблюдении за падающими телами (по легенде - бросании ядер с пизанской башни). Причем уверенно этого сказать нельзя, разные тела, разной тяжести в реальности падают по разному. То, что скорость не зависит от массы вовсе не очевидно. Аристотель как раз утверждал обратное. Кроме того , можно предположить (и Галилей первоначально предположил), что скорость зависит от пути. Чтобы проверить гипотезу, Галилей выводит из нее следствие - закон зависимости пути от времени. Уже на этом этапе отбрасывается ложная гипотеза: v=cS, так как вывод из нее закона пути приводит к логической бессмыслице, математическим выражением которой является появление «минус» бесконечности в формуле.
Полученное следствие-закон S=(at^2)/2 Галилей проверяет на специально поставленном эксперименте по движению тела на наклонной плоскости (т.к. для вертикального падения не было столь точных хронометров и методик). Галилей доказывает, что движение по наклонной плоскости происходит по закону той же формы, но с другим, меньшим коэффициентом (а<g - ускорения свободного падения). Эксперимент ставится на узкой доске длиной 12 локтей с желобом, выстланном пергаментом для устранения силы трения. По желобу движется бронзовый шарик. Все делается в рамках возможностей той техники. Чтобы влияние силы трения свести к 0.
 
Подтверждение зависимости пути от времени - следствия из основной гипотезы - подтверждает и саму гипотезу, которую непосредственно Галилей проверить не мог. Поэтому опыты Галилея с наклонной плоскостью являются не просто опытами, но целесообразно проведенным экспериментальным исследованием, пожалуй, первым в истории физической науки.
Итак из непосредственных наблюдений путем «почти озарения» к идеальной модели явления, затем логическое развитие идеи идеализированного опытная проверка следствия идеи. Наверное, эта новая по сравнению с Аристотелем, но и новая по сравнению с Платоном, схожая по своей сущности метода Галилея, позволила Гейзенбергу /6/ написать:
«Исходный пункт физики Галилея абстрактен и полностью лежит на линии, предсказанной Платоном. Аристотель еще описывал действительное движение в природе и потому он установил, что легкие тела вообще падают медленнее, чем тяжелые. Галилей же, наоборот, ставит вопрос, как падали бы тела , если бы не было сопротивления воздуха: как они падали бы в «пустом пространстве». Ему удалось математически сформулировать законы для теоретического движения, которые экспериментально реализовать можно только приблизительно. Вместо непосредственного изучения процессов природы нас окружающих, выступает математическая формула предельного закона, который можно проверить только при исключительных условиях. Возможность получить предельно сформулированные законы из процессов природы покупается отказом применить эти законы непосредственно к тому, что происходит в природе». Таким образом, Гейзенберг, по сути, говорит, что после Галилея ученые стали открывать законы (и очень успешно), которые в чистом виде никогда в действительности не выполняются.
1. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки. - М.: «Наука», 1980.
2. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII - XVIII вв.) - М.: Наука, 1987.
3. Кудрявцев П.С. История физики. Т,1. - М.: Изд-во «Просвещение», 1956.
4. Галилей Г. Избранные труды: В 2 т. - М.:Наука, 1964.
5. Койре А. Очерки истории философской мысли О влиянии философских концепций в развитии теорий. - М.: «Наука» 1985.
6. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. - М.: Наука, 1989.

4.2. Френсис Бэкон.

Френсис Бэкон (1561-1626) - английский философ, родоначальник английского материализма и методологии опытной науки /1,2/. В 1618-1626 гг. лорд-канцлер Англии. Свои сообщения, связанные с предвидением огромной роли науки в жизни человечества, с изысканием эффективного метода научного исследования, с выяснением перспектив развития науки и ее практических применений, умножающих могущество человека и его власть над природой Бэкон изложил в незаконченном труде «Великое восстановление наук», частями которого были трактаты «О достоинстве и приумножении наук» (1623), «Новый Органон или Истинные указания для истолкования природы» (1620) и цикл работ, касающихся «естественной истории», отдельных явлений и процессов природы.
В «Новом Органоне» Бэкон констатирует противоречие между состоянием науки (теории) и техники (практики). Первая высказывает привлекательные и красивые общие положения, но полна противоречий в частностях, не видно прогресса. «В механических же искусствах мы наблюдаем противоположное: они, как будто восприняв какое-то живительное дуновение, с каждым днем возрастают и совершенствуются».
В чем причина неудовлетворительного состояния теории? Бэкон выделяет 12 причин:

- Молодой возраст науки. Из 25 веков человеческой истории менее 6-ти благоприятствовали ей.
- В философии малое внимание уделено философии природы (естествознанию). Без связи же отдельных наук с философией природы не будет прогресса. Философия природы - «великая мать наук». Время ее расцвета у греков было непродолжительным.
- Неверная цель, поставленная перед науками (поставлены недостижимые цели). Подлинная цель - наделение человеческой жизни новыми открытиями и благами.
- Неверный метод - верен опытный метод - «все было предоставлено или мраку преданий, или круговращению силлологизмов, или случайности, или произволу смутного, неупорядоченного опыта.
- Разрыв между теорией и опытом (платоновский разрыв между разумом и чувством). Пренебрежение опытом.
- Благоговение перед древними авторитетами.
- «Головокружение от успехов». Переоценка достигнутого. На самом деле наука находится только в начале познания.
-Мелочность и ничтожность ставящихся задач.
- Сильный противник науки - «суеверие и слепое неумеренное религиозное рвение». «Более того, по теперешнему положению дел условия для разговора о природе стали более жестокими и опасными по причине учения и метода схоластов. Ибо схоласты не только в меру своих сил привели теологию в порядок и придали ей форму науки, но вдобавок, добились того, что строптивая и колючая философия Аристотеля смешалась, более, чем следовало, с религией».
- Университетская, «школьная» наука «оказывается противной движению науки вперед».
- Наука не поощряется. Плата и награда зависят «от толпы и знатных мужей».
- Но величайшим препятствием является «отчаяние людей и допущение существования Невозможного». Отчаяние это возникает при рассуждении о непонятности природы, краткости жизни, об обмане чувств, о трудностях опытов и т.п.
Своей задачей Бэкон считает создание новой методологии, которая «оказывала бы разуму помощь в извлечении правильных закономерностей из наблюдений над реальной действительностью».
В основу познания он кладет опыт и именно опыт, а не первичное наблюдение. Бэкон критикует голый, «бескрылый» эмпиризм. «Те, кто занимались науками, были или эмпириками, или догматиками. Эмпирики, подобно муравью, только собирают и пользуются собранным. Рационалисты, подобно пауку, из самих себя создают ткань. Пчела же избирает средний способ, она извлекает материал из цветов сада и поля, но располагает и изменяет его собственным уменьем».
«Союз опыта и рассудка» - таков исходный пункт методологии Бэкона. Разум должен очищать опыт и извлекать из него плоды в виде законов природы, или, как выражается Бэкон «форм». Этот процесс совершается индукцией. Индукция ( наведение) - вид обобщения, связанный с предвосхищением результатов наблюдений и экспериментов на основе данных опыта. В индукции данные опыта «наводят» на общее, или индуцируют общее, поэтому индуктивные обобщения обычно рассматривают как опытные истины ли эмпирические законы. Противопоставляется у Бэкона этот метод дедукции или аксиоматико-дедуктивному методу, когда из общих теоретических посылок выводятся законы-следствия. Примером такого метода может служить вывод газовых законов (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Менделеева-Клапейрона) из модели идеального газа. «Разум не должен воспарять от частных фактов к общим всеобъемлющим законам, из которых потом дедуктивным путем получались бы следствия. Человеческому разуму надо придать скорее не крылья, а свинец и тяжести, чтобы они сдерживали всякий прыжок или полет. Для наук следует ожидать добра только тогда, когда мы будем восходить по истинной лестнице, по непрерывным ... ступеням... Наш путь и наш метод ... состоит в следующем: мы извлекаем не практику из практики и опыт из опытов (как эмпирики), а причины и аксиомы из практики и опытов, а из причин и аксиом - снова практику и опыты, как верные истолкователи Природы».
«Истина и полезность ... суть одни и те же вещи!» Польза становится не только целью науки, но и критерием истинности, в противоречие с греческим подходом. Но все же, «сама практика должна цениться больше как залог истины, а не из-за жизненных благ».
Бэкон в разработке методологии естествознания идет еще дальше. Он разрабатывает всеобщий и полный метод нахождения истины, подробный, последовательный, скрупулезный и всеприложимый. Бэкон считал возможным обучить любой ум процессу научной индукции и расписать этот процесс о таблицам! Сначала, по Бэкону, надо свести все факты, в которых фигурирует изучаемое явление, в «таблицу положительных инстанций». Затем надо подыскать аналогичные факты, в которых данное явление отсутствует и свести их в «таблицу отрицательных инстанций». Сопоставлением таких таблиц будут исключены те факты, которые являются несущественными для данного явления. Затем составляется таблица сравнения, показывающая, какую роль играет усиление одного фактора для данного явления. В результате такого сравнения получается искомая «форма» или закон природы. Данный метод, без сомнения является прототипом современных теорий факторного, планируемого эксперимента.
К этому надо добавить глубокие замечания Бэкона о коллективной научной деятельности, о необходимости учреждения особого «дома Соломона», дома науки. Эти указания Бэкона явились исходным пунктом в организации научных обществ, академий, в частности, Лондонского Королевского Общества.

Рене Декарт или Картезий.

Большое внимание методологии науки уделил великий философ и математик нового времени Рене Декарт (1596-1650), латинизированное имя Картезий. Впрочем, значение его для истории науки значительно шире. П.П. Гайденко называет его создателем первой научной программы нового времени. /1/.

Методология.

Требование простоты и ясности - основной принцип его методологии. Простота математических принципов играет первостепенную роль. В установлении исходных принципов и их проверке важную роль играет опыт.
Свой метод Декарт формулирует в виде 4-х правил:
1. «Никогда не принимать за истинное ничего, что не познал бы таковым с очевидностью, иначе говоря, тщательно избегая опрометчивости и предвзятости и включать в свои суждения только то, что представляется моему уму столь ясно и столь отчетливо, что не дает мне никакого повода подвергать их сомнению». Итак, начинать надо с простого и очевидного.
2. «Делить каждое из исследуемых мною затруднений на столько частей, сколько это возможно и нужно для лучшего их преодоления.». Принцип анализа, разъятия явления на составные части, упрощения-редукционизма.
3. Поддерживаться определенного порядка мышления, начиная с предметов наиболее простых и наиболее легко познаваемых и восходя постепенно к познанию наиболее сложного, предполагая порядок даже «там, где объекты мышления вовсе не даны в их естественной связи». Другими словами, из простого и очевидного путем дедукции получать более сложное.
4. Составлять всегда перечни столь полные и обзоры столь общие, чтобы была уверенность в отсутствии упущений. Действовать так, чтобы не было упущено ни единого звена, то есть сохранение непрерывной цепи заключений.
Метод, как его понимает Декарт, должен превратить познание в организованную деятельность, освободив его от случайности, от таких субъективных факторов, как наблюдательность, острый ум, удача, случайное стечение обстоятельств. Образно говоря, метод превращает научное познание из кустарного промысла в промышленность, из спорадического и случайного обнаружения истин - в систематическое и планомерное их производство. Так же как Бэкона можно считать основателем программы и метода экспериментальной физики, Декарта надо считать основателем программы и метода физики теоретической /2/.

Аналитическая геометрия.

Принципы Декарта приводят его к аналитической геометрии и геометризации физики. Отвлеченные числовые соотношения проще и общее геометрических. Отсюда вытекает задача сведения такого чисто геометрического свойства, как положение точки в пространстве, к числовой характеристике (декартова система координат). Решая эту проблему Декарт создает аналитическую геометрию (алгебраическое описание геометрических задач).
Вклад Декарта в развитие математики трудно переоценить. Достаточно отметить его критику и известную противоположность греческой математике (и ее наиболее разработанной части - геометрии). А также принцип движения, внесенный им в математику. Геометрические фигуры создаются движением точки по закону функциональной зависимости. Здесь математика почти впервые сближается с кинематикой и динамикой, а не только со статической механикой.
Органическое соединение физики как науки о движении с математикой, соединение, положившее начало эксперментально-математическому естествознанию нового времени, требовало, во-первых, пересмотра оснований античной математики, внесение в нее начала движения, а во-вторых, пересмотра старой физики, освобождения ее от предпосылки, что сфера реального, природного бытия принципиально отличается от сферы бытия идеального, каким занимается математика.
В математику вводится принцип движения, а из природы, напротив, изгоняется начало жизни и души, без которых не мыслили природу ни платоники, ни перипатетики. Оба этих процесса - пересмотр античной математики, с одной стороны, и античной физики - с другой, составляет содержание новой науки - «универсальной математики» Декарта. Математика в руках Декарта становится формально-рациональным методом, с помощью которого можно «считать» любую реальность, устанавливая в ней меру и порядок с помощью нашего интеллекта.
При рассмотрении физического мира в своем стремлении свести реальные вещи к наиболее простым и общим понятиям, он приходит к выводу об отождествлении материальности и протяженности. Протяженность - общее свойство всех вещей, его Декарт и объявляет единственным признаком материальности. Мир Декарта - это однородное пространство, или, что то же самое, протяженная материя: «Тело, совершенно плотное и одинаково заполняющее всю длину, ширину и глубину того огромного пространства, посреди которого мы остановим наше мышление». Декарт как и Аристотель континуалист и антиатомист.
Материя - субстанция (то, что может существовать само по себе, не нуждаясь ни в чем другом), составляющая единство мира. Именно со времен Ф. Бэкона и Р.Декарта материя утратила свой прежний статус чего-то неопределенного, находящегося на грани небытия (возможности), и получила новое определение: она стала началом плотным, неизменным, устойчивым. Мы можем мыслить ясно и отчетливо только ее величину, фигуру, движение, расположение ее частей (первичные качества, все остальные - вторичные, как у Демокрита, Галилея). Все изменения, которые наблюдаются в этом пространстве-материи, сводятся к единственному простейшему изменению - механическому перемещению. «Я знаю только одно движение, - говорит Декарт (у Аристотеля было 4 вида), - это движение заключается в том, что тела переходят из одного места в другое, последовательно занимая все пространства, которые находятся между этими местами».
Дайте мне материю и движение и я построю мир - вот девиз картезианской физики. Декарт ставит грандиозную задачу - все объяснить из этих основных понятий. Для него и животные подобны автоматам. Он серьезно предлагает брать в плавание петуха для определения долгот (полагая, что парижский петух всегда будет кукарекать по парижскому времени). Таким же автоматом является и тело человека. Это «машина, которая будучи создана руками бога, несравненно лучше устроена и имеет в себе движения более изумительные, чем любая из машин, изобретенная людьми». Впрочем, у человека есть душа, животные же ее лишены вовсе, это чистые автоматы. Последователь Декарта, врач Леруа пошел еще дальше - объявил душу модусом (производной) тела, а идеи - механическими движениями.
Метафизика Декарта, начиная с критики всех оснований, на которых может покоиться система мировоззрения, сомневается в существовании всего сущего, пока, наконец, не находит, как ему кажется, абсолютный тезис: «Мыслю, следовательно, существую». Здесь опять работает 1-й тезис Метода - начинать с самого простого, ясного, в чем сомневаться нельзя. Это формула самосознания, мышления, отождествляемого с душой (нет разделения духовной и душевной субстанций). Этот тезис является исходным для вывода тезиса о существовании бога, а, затем, внешнего, материального мира, сотворенного богом.
Декарт признает суждение «мыслю, следовательно, существую» достоверным потому, что оно обладает признаком ясности и отчетливости, а эти последние - признаки истины. Однако само сознания, взятое автономно, не может быть залогом истины. Истинность ясного и отчетливого знания гарантировано тем, что существует бог, что он - всесовершенное существо, а, следовательно, не может быть обманщиком. При создании мира бог внес в него определенное количество силы, которое постоянно и поддерживает. Однако, хотя материальный континуум, материальное пространство, материальный мир создан богом, бог не принимает участия в его дальнейшем развитии, мир развивается по естественным законам. «Из одного того, что бог продолжает сохранять материю в одном и том же виде, следует с необходимостью то, что должны существовать известные изменения в ее частях. Изменения эти, как мне кажется, нельзя приписать непосредственно действию бога, ибо это последнее неизменно. Поэтому я приписываю их природе. Правила, по которым совершаются эти изменения, я и называю законами природы».

Декарт и физика.

Декарт впервые после Левкиппа разработал вариант материалистической космогонии - учения о возникновении Вселенной и изложил ее в виде вымысла «фаблио».
Известны 3 закона Декарта в механике: два закона инерции, причем вслед за Галилеем, но абсолютно точно, с указанием на прямолинейность инерционного движения формулирует 1-й закон Ньютона и закон постоянства количества движения - закон сохранения импульса, впрочем еще не в векторной форме и без четкого различия упругого и неупругого удара.
Декарт был одним из тех, кто создавал в XVII в. новое понятие науки - универсальной механики, которая царила вплоть до конца XVIII века, времени открытия тепловых, магнитных и электрических явлений. Даже те, кто были противниками континуалистской концепции (атомисты) и те, в конце концов, пользовались языком механической науки, созданной Декартом.
О современных оценках классических научных методологий, разработанных Бэконом и Декартом, см. в Приложении 1.
Атомисты XVII века.
Атомистическая теория была признана в 1543-1563 гг. догматом католической церкви «ересью» и приверженец этого учения мог быть признан «еретиком» с соответствующими выводами. Поэтому становление атомизма в Европе нового времени проходило непросто /1/.
Одним из первых был Пьер Гассенди (1592-1655) - француз. Он дал философское обоснование атомизма, восстановил воззрения Эпикура-Демокрита на атом как неделимое физическое тельце. Вселенная, вечная и бесконечная, состоит из атомов и пустоты. Наш мир - один из множества миров, возникает случайно. Гассенди задается вопросом: в чем причина движения атомов? Атомы наделены помимо тяжести или веса энергией, благодаря которой движутся или постоянно стремятся к движению
Гассенди принадлежит приоритет в создании понятия молекулы как «соединеньица атомов».
Как и в античности не только тела, но и души состоят из атомов. «Душа - это нежнейшее тело, как бы сотканное из мельчайших и тончайших телец, большей частью, кроме того, из самых гладких и самых округлых, ибо в противном случае душа не могла бы проникнуть в тело и быть внутренне связана с ним и со всеми его частями». Существует, впрочем, и разумная бессмертная, нетелесная душа, вне связи со всей атомистической системой, как и бог.
Теорию Гассенди воспринял знаменитый математик и механик Христиан Гюйгенс (1629-1695), голландец. Он знаменит разработкой теории удара, в частности, удара упругих шаров; волновой теории света, базирующейся на теории мирового эфира, исследованием движения маятника - важнейшей механической задачи того времени, наконец, открытием явления двойного лучепреломления. В астрономии ему принадлежат открытия полярных шапок на Марсе, колец Сатурна, 6-го спутника Юпитера и др.
Другим великим ученым атомистом был Роберт Бойль (1627-1691), англичанин. Этот талантливый экспериментатор попытался создать химию как теоретическую науку, построенную на принципах механической натурфилософии, в частности, атомистической теории. Сразу скажем, что этот подход оказался наиболее плодотворным, хоть и несколько преждевременным. Бойль обращал внимание не столько на разнообразие форм атомов, сколько на вопросы их движения. Согласно ему, движение - не внутреннее свойство атомов, но свойство их от бога. Природа в целом машина бога до мельчайших деталей. Бойль - последователь индукции Бэкона, сторонник экспериментальных методов в науке.
1. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII - XVIII вв.) - М.: Наука, 1987.
2. Кудрявцев П.С. История физики. Т,1. - М.: Изд-во «Просвещение», 1956.

4.3. Ньютон.

Великий английский физик Исаак Ньютон родился 25 декабря 1642 г., в день рождественского праздника в деревушке Вульсторп в Линкольншире. Отец его умер еще до рождения ребенка, мать родила его преждевременно и новорожденный Исаак был поразительно мал и хил. Исаак воспитывался в доме своей бабушки. В 12 лет он посещал общественную школу в Грэнтэме, учился слабо. Но зато рано проявил склонность к механике и изобретательству. Так, будучи мальчиком 14 лет он изобрел водяные часы и род самоката. В юности Ньютон любил живопись, поэзию и даже писал стихи. В 1656 г., когда Ньютону было 14 лет умер его отчим, священник Смит. Мать вернулась в Вульсторп и забрала Исаака к себе для помощи в делах. Однако он оказался плохим помощником и предпочитал больше заниматься математикой, чем сельским хозяйством. Его дядя как-то однажды нашел его под изгородью с книгой в руках, занятого решением математической задачи. Пораженный таким серьезным и деятельным направлением еще столь молодого человека, он уговорил мать Исаака отправить его учиться далее.
5 июня 1660 г., когда Ньютону еще не исполнилось 18 лет, он был принят в Тринити-Колледж.
Кембриджский университет был в то время одним из лучших в Европе. Ньютон обратил внимание на математику, не столько ради самой науки, с которой был еще мало знаком, сколько потому, что был наслышан об астрономии и хотел проверить, стоит ли заниматься этой таинственной премудростью? О первых трех годах пребывания Ньютона в Кембридже известно немногое. В 1661 г. он был «субсайзером» (subsizzar), так назывались неимущие студенты, в обязанности которых входило прислуживать членам колледжа. Только в 1664 г. он стал настоящим студентом.
В 1665 г. он получил степень бакалавра изящных искусств. Довольно трудно решить вопрос, к какому времени относятся первые научные открытия Ньютона. Можно только констатировать, что к достаточно раннему. В 1669 г. он получает Люкасовскую кафедру математики, которую до этого занимал его учитель Барроу. В это время Ньютон был уже автором бинома и метода флюксий, исследовал дисперсию света, сконструировал первый зеркальный телескоп, подошел к открытию закона тяготения. Педагогическая нагрузка Ньютона состояла из одного часа лекций в неделю и из четырех часов репетиций. Как преподаватель он не пользовался популярностью и его лекции по оптике посещались плохо.
Сконструированный в 1671 г. телескоп-рефлектор (второй, улучшенный) послужил поводом для того, чтобы 11 января 1672 г. Ньютон был избран членом Лондонского Королевского общества. Однако он отказался от членства, ссылаясь на отсутствие денежных средств для уплаты членских взносов. Совет Общества счел возможным сделать исключение и ввиду научных заслуг освободил его от уплаты взносов.
Слава его как ученого постепенно росла. Но не чужд Ньютон был и общественной деятельности. В достаточно сложной политической ситуации того времени университеты Оксфорда и Кембриджа играли существенную роль. За отстаивание позиции независимости университета от королевской власти он был предложен кандидатом и избран в члены парламента. В 1687 г. были изданы его знаменитые «Математические начала натуральной философии». Однако в 1692 г. произошло событие, так потрясшее его нервную систему, что в течение 2-х лет с некоторыми промежутками этот великий человек обнаруживал признаки явного душевного расстройства и были периоды, когда с ним случались припадки настоящего, так называемого тихого умопомешательства, или меланхолии. Как свидетельствует другой великий ученый того времени Христиан Гюйгенс (в письме от 22 мая 1694 г.): «Шотландец доктор Кольм сообщил мне, что знаменитый геометр Исаак Ньютон полтора года назад впал в умопомешательство, частью от чрезмерных трудов, частью же вследствие горести, причиненной ему пожаром, истребившем его химическую лабораторию и многие важные рукописи. Тогда друзья взяли его для лечения и, заключив в комнату, заставили принимать волею или неволею лекарства, от которых здоровье его поправилось настолько, что теперь он начинает уже понимать свою книгу «Начала..». К счастью, болезнь прошла бесследно.
Ньютону было уже 50 лет. Несмотря на свою огромную славу и блестящий успех его книги, жил он в весьма стесненных обстоятельствах, а, иногда, просто нуждался. В 1695 г., материальное положение его, впрочем, изменилось. Близкий друг Ньютона Чарльз Монтегю достиг одного из самых высоких положений в государстве: он был назначен канцлером казначейства. Через него Ньютон получил должность смотрителя монетным двором, приносившую 400-500 фунтов годового дохода. Под его руководством в 2 года была перечеканена вся монета Англии. В 1699 г. он был назначен директором монетного двора (12-15 тыс. фунтов). Он оставил кафедру и переехал в Лондон окончательно. В 1703 г. Ньютон избирается президентом Королевского общества. В 1704 г. издается вторая по важности его книга. «Оптика». В 1705 г. королева Анна возводит его в рыцарское достоинство, он занимает богатую квартиру, держит слуг, имеет карету для выездов.20 марта 1727 г. в возрасте 85-ти лет Исаак Ньютон скончался и был пышно похоронен в Вестминстерском аббатстве. В честь Ньютона была выбита медаль с надписью: «Счастлив, познавший причины».

Основные открытия Ньютона.

Открытие исчисления (анализа) бесконечно малых (дифференциального и интегрального исчисления).
Продолжатель Барроу - своего учителя по математике, Ньютон вводит понятия флюэнт и флюксий. Флюэнта - текущая, переменная величина. У всех флюэнт один аргумент - время. Флюксия - производная функции-флюэнты по времени, то есть флюксии - скорости изменения флюэнт. Флюксии приблизительно пропорциональны приращениям флюэнт, образующиеся в равные, весьма малые промежутки времени.
Был дан способ вычисления флюксий (нахождения производных), основанный на способе разложения в бесконечные ряды. Попутно решены многие задачи: нахождения минимума и максимума функции, определение кривизны и точек перегиба, вычисления площадей, замыкаемых кривыми. Разработана Ньютоном и техника интегрирования (путем развертывания выражений в бесконечные ряды).
Видно, насколько владели Ньютоном образы непрерывного движения при создании математического анализа /1/. Равномерно текущая независимая переменная у него, как правило, время. Флюэнты - это переменные величины, например, путь, меняющиеся в зависимости от времени. Флюксии - скорости изменения этих величин. Флюэнты обозначаются буквами x, y ... , а флюксии теми же буквами с точками над ними.
Независимо от Ньютона к открытию дифференциального и интегрального исчислений пришел знаменитый немецкий философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716). Между ними и их последователями даже состоялось судебное разбирательство о приоритете открытия анализа. Как выяснилось позже, Международную комиссию по разрешению спора, возглавлял сам Ньютон (тайно) и она признала его приоритет. Впоследствии оказалось, что школой Лейбница был разработан более красивый вариант анализа, но в варианте Ньютона более выражена и важна «физичность» метода.
В общем, и Лейбниц и Ньютон работали независимо, но Ньютон раньше завершил работу, а Лейбниц раньше опубликовал. Сейчас в анализе используется в основном подход Лейбница, в том числе и его бесконечно малые числа, отдельное существование которых Ньютон не рассматривал.

Оптические исследования.

В этой области физики Ньютону принадлежат большие заслуги. «Оптика» - один из главных его трудов.
Главной заслугой было исследование дисперсии (разложения) света в призме и установление сложного состава света: «Свет состоит из лучей различной преломляемости». Показатель преломления зависит от цвета света. Ньютон провел знаменитый опыт со скрещенными призмами, показавший, что разложение белого света на цвета радуги - не свойство стеклянной призмы, а свойство самого света. Был выделен монохроматический свет. Главное, что цветность луча его изначальное и неизменное свойство. «Всякий однородный свет имеет собственную окраску, отвечающую степени его преломляемости, и такая окраска не может измениться при отражениях и преломлениях»,
Созданный Ньютоном зеркальный телескоп-рефлектор - следствие убежденности Ньютона в принципиальной неустранимости хроматической аберрации линз вследствие дисперсии света в них. При этом Ньютон, что дисперсия одинакова для всех веществ.
Ньютон изучает цвета тонких пленок. Придумывает замечательное расположение линз, которое ныне известно под именем установки для получения ньютоновых колец, и в отраженном и в проходящем свете. Он установил, что квадраты диаметров колец возрастают в арифметической прогрессии нечетных или четных чисел. Тем самым он внес вклад в изучение явления интерференции света. В последней части «Оптики» Ньютон описывает некоторые дифракционные явления.
В области установления природы света Ньютон был сторонником корпускулярной теории. Собственно, он ее обосновал, в противовес волновой теории Гюйгенса.
Тяготение.
Проблемой тяготения Ньютон начал заниматься в те же 1665-66 гг., что и оптикой, и математикой. Поначалу он истолковывает наличие тяготения теорией эфира в картезианском духе. Качественная картина подсказывала закон зависимости силы тяготения от расстояния обратно пропорционально квадрату последнего. Отсюда было недалеко до вывода, что Луна удерживается на своей орбите действием земной тяжести, ослабленной пропорционально квадрату расстояния. Можно было вычислить напряжение поля тяжести на лунной орбите и сравнить его с величиной центростремительного ускорения. Первые расчеты показали расхождения. Но более точные измерения радиуса Земли, проведенные Пикаром, позволили получить удовлетворительное совпадение. Луна, несомненно, непрерывно падает на Землю, одновременно удаляясь от нее равномерным движением по касательной.
Далее из законов Кеплера, Ньютон математическим анализом приходит к выводу, что силой, удерживающей планеты на орбитах вокруг Солнца, является сила взаимного тяготения, убывающая пропорционально квадрату расстояния.
Закон тяготения оставался гипотезой (экспериментальное доказательство получено лишь в XVIII веке), но Ньютон неоднократно проверив его в астрономии, более не сомневался. Ныне закон тяготения представлен компактной формулой: F=G m_1 m_2 /(r^2) . Этот закон дал динамическую основу всей небесной механике. Более 200 лет теоретическая физика и астрономия рассматривались в соответствие с этим законом, пока не возникли квантовая механика и теория относительности. Ньютон полагал его выведенным чисто индуктивным путем. Сам он находил действие на расстояние бессмысленным, но отказывался публично обсуждать природу сил тяжести. В заключении «Начал...» Ньютон делает следующее утверждение: «движущиеся тела не испытывают сопротивления от вездесущия божия», т.е. бог является посредником пр действии на расстоянии. «Причину ... этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».
«Математические начала натуральной философии».
Вершиной научного творчества Ньютона был именно этот труд, после издания которого он во многом отошел от научных трудов. Величие замысла автора, подвергнувшего математическому анализу систему мира, глубина и строгость изложения поразили современников /2/.
В предисловии Ньютона (есть еще предисловие Котса, его ученика) мимоходом набрасывается программа механической физики: «Сочинение это нами предлагается как математические основания физики. Вся трудность физики, как будет видно, состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления (так, в 1-х и 2-х книгах по наблюдаемым явлениям выводится закон действия центральных сил, и в третьей найденный закон применяется к описанию системы мира). ... Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом, ибо многое заставляет меня предполагать, что все эти явления обуславливаются 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».
«Начала...» начинаются с раздела «Определения», где даны определения количества материи, инерционной массы, центростремительной силы и некоторых других. Заключается этот раздел «Поучением», где дается определение пространства, времени, места, движения. Далее идет раздел аксиом движения, где даны знаменитые 3 закона механики Ньютона, законы движения и ближайшие следствия из них. Таким образом, мы наблюдаем определенное подражание «Началам ...» Евклида.
Далее «Начала ...» распадаются на 3 книги. Первая книга посвящена теории тяготения и движения в поле центральных сил, вторая - учению о сопротивления среды. В третьей книге Ньютон изложил установленные законы движения планет, Луны, спутников Юпитера и Сатурна, дал динамическую интерпретацию законов, изложил «метод флюксий», показал, что сила, притягивающая к Земле камень, не отличается по своей природе от силы, удерживающей на орбите Луну, а ослабление притяжения связано только с увеличением расстояния.
Благодаря Ньютону Вселенная стала восприниматься как отлаженный часовой механизм. Регулярность и простота основных принципов, которыми объяснялись все наблюдаемые явления, расценивались Ньютоном как доказательство бытия бога: «Такое изящнейшее соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе как по намерению и во власти премудрого и могущественного существа...Сей управляет всем не как душа мира, а как властитель Вселенной, и по господству своему должен именоваться Господь бог Вседержитель»/3/.
1. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (XVII - XVIII вв.) - М.: Наука, 1987.
2. Кудрявцев П.С. История физики. Т,1. - М.: Изд-во «Просвещение», 1956.
3. Дубнищева Т.Я. Ретрофизика в зеркале философской рефлексии. - М.: ИНФРА-М, 1997.
.

Ваш комментарий о книге
Обратно в раздел Наука