Идеи аристотеля галилея ньютона в динамике кратко

Обновлено: 02.07.2024

В данном трактате Аристотель утверждает, что

причиной движения является сила, т.е. тело движется до тех пор, пока на него действует сила. Скорость тела, по Аристотелю, пропорциональна приложенной силе.

Галилей утверждал, что движение возможно и без действия силы. Известен так называемый, мысленный эксперимент Галилея, в котором с наклонной плоскости скатывается шарик (тележка). У основания плоскости находится песок, который заставляет тележку остановиться. При уменьшении количества песка уменьшается сила трения, действующая на тележку. Можно убрать весь песок, но невозможно полностью устранить силу трения. Эксперимент называется мысленным потому, что можно только предположить, что произойдет с тележкой после скатывания, если все же полностью убрать силу трения. Тележка будет двигаться равномерно и прямолинейно. Вывод Галилея:

в отсутствии силы тело может находиться либо в состоянии покоя, либо в состоянии равномерного прямолинейного движения.

Позже данное утверждение Галилея легло в основу первого закона Ньютона (закона инерции). Само же явление сохранения скорости тела постоянной называется инерцией.

Из закона инерции вытекает и второй закон Ньютона, в котором сила выступает как причина появления у тела ускорения (т.е. изменения скорости).

Если вы до сих пор в душе "Аристотели", то ответьте на вопрос: "Что произойдет с ракетой вдали от звезд, когда у неё закончится топливо?"

Наши нынешние представления о движении тел восходят к Галилею и Ньютону. До них люди верили Аристотелю, утверждавшему, что естественное состояние тела — покой, а движется оно только под влиянием силы или импульса. Отсюда следовало, что тяжелое тело должно падать быстрее легкого, потому что оно сильнее притягивается к Земле.

Аристотелевская традиция провозглашала также, что все законы, управляющие Вселенной, можно вывести путем чистого умозрения, без экспериментальной проверки. Поэтому до Галилея никто не дал себе труда удостовериться, действительно ли тела различной массы падают с разной скоростью.

Говорят, что Галилей демонстрировал ложность утверждения Аристотеля, бросая предметы с накренившейся башни в итальянском городе Пиза. Эта история, скорее всего, выдумана, но Галилей все же делал нечто подобное: он скатывал шары разной массы по гладкой наклонной плоскости. Это аналогично вертикальному падению тел, но благодаря меньшим скоростям в подобном эксперименте легче выполнять наблюдения.

Измерения Галилея показали, что скорость движения тел возрастала одинаково независимо от их массы. Например, если вы пустите шар по наклонной плоскости, которая понижается на один метр каждые десять метров, то независимо от массы через секунду он будет двигаться со скоростью примерно один метр в секунду, через две секунды — два метра в секунду и так далее.

Конечно, тело из свинца падает быстрее перышка, но только потому, что падение пера замедляется сопротивлением воздуха. Два тела, не испытывающих существенного воздушного сопротивления, например два свинцовых груза разной массы, будут падать с одним и тем же ускорением. (Мы скоро узнаем почему.) На Луне, где нет воздуха, замедляющего падение, астронавт Дэвид Р. Скотт провел эксперимент, бросая перышко и кусок свинца, и убедился, что они одновременно упали на грунт.

Поведение тела под действием силы описывается вторым законом Ньютона. Он утверждает, что тело будет ускоряться, то есть изменять свою скорость в темпе, пропорциональном величине приложенной силы. (Например, ускорение увеличится вдвое, если вдвое возрастет сила.) Кроме того, ускорение тела тем меньше, чем больше его масса, то есть количество вещества. (Одна и та же сила, действующая на тело вдвое большей массы, дает половинное ускорение.) Всем, кто имел дело с автомобилями, известно: чем мощнее двигатель, тем больше ускорение, а при одной и той же мощности двигателя более тяжелая машина ускоряется медленнее.

В дополнение к законам движения, описывающим реакцию тел на действие сил, ньютоновская теория тяготения описывает, как определить величину одного конкретного вида сил — гравитации. Как уже было сказано, согласно этой теории любые два тела притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной их массам. То есть сила притяжения между двумя телами возрастает вдвое, если удвоить массу одного из тел, например тела А (рис. 4). Это вполне естественно, поскольку можно рассматривать новое тело А как два тела, каждое из которых обладает первоначальной массой и притягивает тело В с первоначальной силой. Таким образом, полная сила взаимного притяжения тел А и В будет вдвое больше первоначальной. А если бы масса одного из тел возросла в шесть раз, или масса одного вдвое, а другого — втрое, то сила притяжения между ними выросла бы в шесть раз.

Теперь можно понять, почему все тела падают с одинаковым ускорением. Согласно закону всемирного тяготения то из двух тел, чья масса вдвое больше, вдвое сильнее притягивается Землей. Но в соответствии со вторым законом Ньютона из-за вдвое большей массы его ускорение окажется вдвое меньше на единицу силы. Таким образом, эти два эффекта компенсируют друг друга, и ускорение свободного падения не зависит от массы тела.

Закон тяготения Ньютона также гласит, что чем дальше друг от друга находятся тела, тем слабее их притяжение. По Ньютону, тяготение далекой звезды будет ровно вчетверо слабее притяжения такой же звезды, находящейся вдвое ближе. Этот закон позволяет с высочайшей точностью предсказывать траектории движения Земли, Луны и планет. Если бы гравитационное притяжение звезды уменьшалось с расстоянием быстрее или медленнее, орбиты планет не были бы эллиптическими, а имели бы форму спирали, сходящейся к Солнцу или расходящейся от него.

Рис. 4. Гравитационное притяжение составных тел.

Если масса одного из тел возрастает в два раза, удваивается и сила притяжения между телами.

Важнейшее различие между учением Аристотеля и идеями Галилея и Ньютона состоит в том, что Аристотель считал покой естественным состоянием любого тела, к которому оно стремится, если не испытывает действия некоей силы или импульса. В частности, Аристотель полагал, что Земля пребывает в состоянии покоя. Но из законов Ньютона следует, что нет никакого уникального стандарта покоя.

Можно сказать, что тело А находится в состоянии покоя, а тело В перемещается относительно него с постоянной скоростью, или что тело В пребывает в покое, а тело А перемещается, и оба утверждения будут одинаково верны.

Например, если забыть на мгновение, что Земля вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца, то в равной мере можно говорить, что Земля находится в состоянии покоя, а поезд движется по ней на север со скоростью девяносто миль в час или что поезд находится в состоянии покоя, а Земля движется на юг со скоростью девяносто миль в час.

Если провести в поезде эксперименты с движущимися телами, все законы Ньютона подтвердятся. Например, играя в пинг-понг в вагоне поезда, убеждаешься, что шарик повинуется законам Ньютона точно так же, как и шарик на столе у дороги. Так что невозможно узнать, что именно движется — поезд или Земля.

Действительно ли существенно, кто прав — Аристотель или Ньютон? Идет ли речь о различии взглядов, философских систем, или это проблема, важная для науки? Отсутствие абсолютного стандарта покоя имеет в физике далеко идущие последствия: из него вытекает, что нельзя определить, случились ли два события, которые имели место в разное время, в одном и том же месте.

Чтобы уяснить это, давайте предположим, что некто в поезде вертикально бросает теннисный шарик на стол. Шарик отскакивает вверх и через секунду снова ударяет в то же место на поверхности стола. Для человека, бросившего шарик, расстояние между точками первого и второго касания будет равно нулю. Но для того, кто стоит снаружи вагона, два касания будут разделены приблизительно сорока метрами, потому что именно столько пройдет поезд между двумя отскоками шарика (рис. 5). Согласно Ньютону оба человека имеют равное право считать, что находятся в состоянии покоя, так что обе точки зрения одинаково приемлемы. Ни один из них не имеет преимущества перед другим, в противоположность тому, что считал Аристотель. Места, где наблюдаются события, и расстояния между ними различны для человека в поезде и человека на платформе, и нет никаких причин предпочесть одно наблюдение другому.

Рис. 5. Относительность расстояния.

Расстояние, которое преодолевает тело, — и его путь — могут по-разному оцениваться разными наблюдателями.

И Аристотель, и Ньютон верили в абсолютное время. То есть полагали, что можно однозначно измерить интервал времени между двумя событиями и полученное значение будет одним и тем же, кто бы его ни измерял, если использовать точные часы. В отличие от абсолютного пространства, абсолютное время согласовывалось с законами Ньютона. И большинство людей считает, что это соответствует здравому смыслу.

Тем не менее в двадцатом столетии физики были вынуждены пересмотреть представления о времени и пространстве. Как мы убедимся в дальнейшем, ученые обнаружили, что интервал времени между двумя событиями, подобно расстоянию между отскоками теннисного шарика, зависит от наблюдателя. Физики также открыли, что время не является совершенно независимым от пространства.

Ключом к прозрению стало новое понимание свойств света. Свойства эти, казалось бы, противоречат нашему опыту, но наш здравый смысл, исправно служащий нам, когда мы имеем дело с яблоками или планетами, которые движутся сравнительно медленно, перестает работать в мире околосветовых скоростей.

Рис. 5.4. Скорость, величина

скорости и ускорение

В частности, в отсутствие приложенной к телу силы его скорость постоянна. Следовательно, неизменяемое движение тела по прямой есть результат отсутствия силы (первый закон движения Ньютона).

Тела в свободном движении продолжают сохранять состояние равномерного прямолинейного движения, и для того, чтобы они пребывали в этом состоянии, никакой силы не требуется. Действительно, одно из следствий из выведенных Галилеем и Ньютоном законов движения состояло в том, что равномерное прямолинейное движение физически полностью неотличимо от состояния покоя (т. е. отсутствия движения): не существует локального способа, позволяющего отличить равномерное прямолинейное движение от покоя! Галилей особенно четко сформулировал это утверждение (даже более четко, чем Ньютон) и дал ему весьма наглядное описание, использовав образ корабля в море (см. Дрэйк [1953], с. 186–187):

Рис. 5.5. Галилеево пространство-время: частицы, движущиеся равномерно и прямолинейно, изображены в виде прямых

Трехмерные евклидовы пространства, соответствующие различным моментам времени, в этой картине действительно рассматриваются отдельно друг от друга, но все эти пространства объединены, образуя совместно полную картину четырехмерного пространства-времени. Истории частиц, движущихся равномерно и прямолинейно, описываются прямыми (называемыми мировыми линиями) в пространстве-времени. В дальнейшем я еще вернусь к проблеме пространства-времени и относительности движения в контексте эйнштейновской специальной теории относительности. Мы увидим, что довод в пользу четырехмерности обретает в этом случае гораздо бо?льшую силу.

Третья из великих догадок Галилея стала ключом к началу понимания закона сохранения энергии. Галилея главным образом интересовало движение объектов под действием силы тяжести. Он заметил, что если тело стартует из состояния покоя, то идет ли речь о свободно падающем теле, или о колеблющемся маятнике произвольной длины, или о теле, соскальзывающем по наклонной плоскости, скорость движения всегда зависит только от расстояния по вертикали, пройденного телом от начального положения. Кроме того, достигнутая скорость всегда в точности достаточна для возвращения тела на ту высоту, с которой оно начало двигаться. Теперь мы должны были бы сказать, что энергия, запасенная телом на исходной высоте над поверхностью земли (гравитационная потенциальная энергия), может превращаться в энергию движения тела (кинетическую энергию, которая зависит от величины скорости тела), а та, в свою очередь, — в потенциальную энергию, причем в целом энергия не утрачивается и не приобретается.

Закон сохранения энергии — очень важный физический принцип. Это — не независимое физическое требование, а следствие из законов движения Ньютона, до которых мы скоро дойдем. На протяжении столетий все более понятные формулировки закона сохранения энергии делались Декартом, Гюйгенсом, Лейбницем, Эйлером и Кельвином. Позднее в этой главе и в главе 7 мы еще вернемся к закону сохранения энергии. Оказывается, что в сочетании с галилеевским принципом относительности закон сохранения энергии приводит к другим законам сохранения, имеющим немалое значение: закону сохранения массы и закону сохранения количества движения (импульса). Количество движения частицы равно произведению ее массы и ее скорости. Знакомые примеры сохранения количества движения возникают при рассмотрении реактивного движения, когда увеличение направленного вперед количества движения ракеты в точности уравновешивается направленным назад количеством движения выхлопных газов (обладающих меньшей массой, но зато большей скоростью). Отдача ружья при выстреле — еще одно проявление закона сохранения количества движения. Еще одним следствием из законов движения Ньютона служит закон сохранения углового момента (момента количества движения), описывающий постоянство вращения системы вокруг собственной оси. Вращение Земли вокруг собственной оси, равно как и вращение теннисного мяча вокруг собственной оси, не затухают благодаря закону сохранения их угловых моментов. Каждая частица, образующая любое тело, вносит свой вклад в полный угловой момент тела, причем величина этого вклада равна произведению количества движения частицы на расстояние ее от оси вращения (длину перпендикуляра, опущенного из точки, где находится частица, на ось вращения). (Следовательно, угловую скорость свободно вращающегося объекта можно увеличить, сделав объект более компактным. Это приводит к поразительному, но хорошо знакомому действию, часто исполняемому спортсменами на льду и воздушными гимнастами на трапеции. Прижав к себе руки или поджав ноги, они резко увеличивают скорость вращения просто вследствие закона сохранения углового момента!) Как будет показано в дальнейшем, масса, энергия, количество движения (импульс) и угловой момент принадлежат к числу важных для нас понятий. Наконец, мне следовало бы напомнить читателю о пророческой догадке Галилея, понявшего, что в отсутствие атмосферного сопротивления все тела под действием силы тяжести падают с одной и той же скоростью. (Возможно, читатель вспомнит известную легенду о том, как Галилей сбрасывал с наклонной башни в Пизе по несколько предметов одновременно.) Три столетия спустя то же самое озарение привело Эйнштейна к обобщению принципа относительности на ускоренные системы отсчета и стало, как мы увидим в конце этой главы, краеугольным камнем его необычайной общерелятивистской теории относительности.

Рис. 5.6. Сложение векторов по правилу параллелограмма

Ускорения этих частиц определяются действующими на них силами. Сила, приложенная к каждой из частиц, получается путем сложения (по правилу сложения векторов, см. рис. 5.6) всех сил, действующих на данную частицу со стороны всех остальных частиц. Чтобы система была хорошо определенной, необходимо задать некоторое четкое правило, которое позволяло бы установить, какая сила действует на частицу А со стороны другой частицы В. Обычно мы требуем, чтобы эта сила действовала по прямой, соединяющей частицы А и В (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Сила, действующая между двумя частицами, направлена по прямой между ними (и по третьему закону Ньютона сила, действующая на частицу А со стороны частицы В, всегда равна по величине и противоположна по направлению силе, действующей на В со стороны А)

Если речь идет о гравитационной силе, то между А и В возникает сила притяжения, величина которой пропорциональна произведению масс частиц А и В и обратно пропорциональна квадрату расстояния между частицами: закон обратных квадратов. Для других типов сил зависимость от взаимного расположения частиц может быть другой, и величина силы в этом случае будет зависеть не от масс частиц, а от какого-то иного их свойства.

Великий Иоганн Кеплер (1571–1630), современник Галилея, заметил, что орбиты планет, описываемые ими вокруг Солнца, имеют форму эллипсов, а не окружностей (причем Солнце всегда находится в фокусе, а не в центре эллипса), и сформулировал два других закона, задающих скорости, с которыми планеты движутся по орбитам. Ньютон сумел показать, что три закона Кеплера следуют из его собственной общей модели (с учетом силы притяжения, обратно пропорциональной квадрату расстояния между телами). Кроме того, Ньютон внес многие поправки к кеплеровским эллиптическим орбитам, а также объяснил ряд других эффектов (например, медленное движение оси вращения Земли, замеченное задолго до Ньютона еще древними греками). Чтобы прийти к таким результатам, Ньютону, помимо дифференциального исчисления, пришлось разработать немало дополнительных математических методов. Феноменальный успех, увенчавший эти усилия, во многом объясняется его высочайшим искусством математика и великолепной физической интуицией.

Наши современные представления о движении тел восходят к Галилею и Ньютону. До них бытовала точка зрения Аристотеля, существенно отличались от представлений Галилея и Ньютона тем, что Аристотель считал состояние покоя неким предпочтительным состоянием, в котором всегда должно оказываться тело, если на него не действует сила.

Иными словами, Аристотель считал, что естественным состоянием любого тела является состояние покоя. Тело начинает двигаться только под действием силы. Отсюда следовало, что тяжелое тело должно падать быстрее, чем легкое, потому что его сильнее тянет к земле.

Говорят, что Галилей демонстрировал ложность учения Аристотеля, бросая тела разного веса с падающей Пизанской башни. Другие же утверждают, что он скатывал по гладкому откосу шары разного веса. Такой эксперимент аналогичен сбрасыванию тяжелых тел с башни, но он проще для наблюдений, так как меньше скорость. Измерения Галилея показали, что скорость всякого тела увеличивается по одному и тому же закону независимо от веса тела.

О том, что происходит с телом, когда на него действует сила, говорится во Втором законе Ньютона. Он гласит, что тело будет ускоряться, то есть менять свою скорость, пропорционально величине силы. Если, например, сила возрастет в 2 раза, то и ускорение в 2 раза увеличится. Кроме того, чем больше масса тела, тем меньше ускорение. То есть, действуя на тело вдвое большей массы, та же сила создает вдвое меньшее ускорение. Всем хорошо известно, как обстоит дело с автомобилем: чем мощнее двигатель, тем больше создаваемое им ускорение, но чем тяжелее автомобиль, тем меньше ускоряет его тот же двигатель.

Кроме законов движения Ньютон открыл закон, который касается силы тяготения. Закон тяготения Ньютонагласил, что всякое тело притягивает любое другое тело (всякие тела притягивают друг друга) с силой, пропорциональной массам этих тел (произведению их масс). Следовательно, если массу одного из тел увеличить в 2 раза, то и сила притяжения, с которой тела будут действовать друг на друга, тоже увеличится в 2 раза. То есть, сила, с которой они будут притягивать друг друга (или, другими словами, притягиваться друг к другу), тоже увеличится в 2 раза.

Мы так считаем потому, что новое тело (назовем его А), масса которого больше в два раза массы старого тела, можно представить себе составленным из двух старых тел. Каждое из этих тел притягивало бы другое тело (назовем его В) с силой, равной первоначальной силе. Следовательно, суммарная сила, с которой бы А действовало на В и, следовательно, суммарная сила, действующая между телами А и В, была бы вдвое больше этой первоначальной силы. А если бы масса одного из тел увеличилось вдвое, а второго – увеличилось втрое от первоначальной массы, то сила взаимодействия возросла бы в 6 раз. Теперь понятно, почему тела, сброшенные с одинаковой высоты, падают с одинаковой скоростью: тело с удвоенной массой будет тянуть вниз удвоенная гравитационная сила. По Второму закону Ньютона эти два эффекта компенсируют друг друга, и ускорение будет во всех случаях одинаковым. Иными словами, если в известной нам формуле F = ma, являющейся математическим выражением Второго закона, увеличить в два раза одновременно силу (F) и массу (m), величина ускорения (a)останется неизменной.

Кроме того, закон тяготения Ньютона говорил, что чем дальше тела друг от друга, тем меньше сила их взаимодействия. Согласно этому закону, гравитационная сила притяжения звезды составляет ровно четверть силы притяжения такой же звезды, которая находится на вдвое меньшем расстоянии. Закон Ньютона позволяет с большой точностью предсказать орбиты Земли, Луны и планет. Если бы закон всемирного тяготения был иным, и сила гравитационного притяжения уменьшалась с расстоянием быстрее, чем по закону Ньютона, то орбиты планет были бы не эллипсами, а спиралями, сходящимися к Солнцу.

В статье кратко рассмотрено становление механистической картины мира. Основоположником механики по праву считается Галилей, на основе работ которого впоследствии Ньютон смог создать первую научную теорию. Перечислены основные идеи, принципы и законы окружающего мира, принятые в рамках концепции механицизма.

Ключевые слова

Текст научной работы

Развитие физики как науки в современном ее понимании начато трудами Галилео Галилея (1564–1642), и его заслуга в формировании классической механики и становлении нового мировоззрения очень велика.

Галилеем открыт закон свободного падения тел и доказана независимость ускорения свободного падения тел от их плотности и массы. Он также разграничил понятия равномерного и неравномерного движения, ускоренного движения, сформулировал понятие ускорения, современное понятие скорости как отношения расстояния ко времени, вывел формулу, связывающую ускорение, путь и время:

Галилей показал, что воздействие на данное тело окружающих тел определяет не скорость (как считалось в механике Аристотеля), а ускорение тела (фактически это утверждение представляло собой первую формулировку закона инерции) [3].

Важнейшие открытия Галилея — введение инерциальной системы отсчета, формулировки принципа инерции и принципа относительности, закон независимости действия сил (принцип суперпозиции). Изобретение им первого термометра позволило начать количественные изучения тепловых явлений.

Усовершенствовав зрительную трубу, изобретенную им в 1608 г., и превратив ее в телескоп с 30-кратным увеличением, Галилей сделал ряд выдающихся астрономических открытий: спутники Юпитера и Сатурна, фазы Венеры, солнечные пятна; обнаружил то, что Млечный Путь представляет собой скопление бесконечного множества звезд, и т.д. По некоторым источникам, наблюдал кольца Сатурна в период благоприятной их видимости с Земли, но не смог объяснить, что это такое — а при более поздних своих повторных наблюдениях не смог их обнаружить, т.к. наступил неблагоприятный период видимости колец (промежуток времени, когда луч зрения наблюдателя на Земле лежит в плоскости колец и они видны с ребра — в это время из-за незначительной толщины они не видны), и предположил, что ошибся.

Относительно произвольной системы отсчета законы движения тела могут иметь весьма сложный вид, пространство может являться не однородным и неизотропным, а время — неоднородным. Напомним, что однородность означает отсутствие выделенных направлений, а изотропность — отсутствие выделенных точек. Однако всегда можно найти инерциальную систему отсчета, по отношению к которой пространство является однородным и изотропным, а время — однородным.

Свойства пространства и времени в инерциальных системах отсчета:

пространство однородно, то есть физические явления протекают одинаково в двух системах отсчета, сдвинутых параллельно друг относительно друга;
пространство изотропно, то есть физические явления протекают одинаково в двух системах отсчета, повернутых относительно начала координат;
время однородно, то есть физические явления протекают одинаково при изменении начала отсчета времени.

Однородность и изотропность пространства и времени обеспечивает сохранение некоторых физических величин. Строгий вывод этого факта дается теоремой Нетер, которая позволяет явно выписывать вид законов сохранения. В частности из однородности пространства следует закон сохранения импульса, а из однородности времени следует закон сохранения энергии. Теорема Нетер гласит, что если свойство системы не меняется при каких-либо преобразованиях переменных, то ему соответствует некоторый закон сохранения.

Во всех инерциальных системах отсчета законы движения, удовлетворяющие принципу инерции, выглядят одинаковым образом. Принцип относительности равносилен утверждению о том, что все инерциальные системы отсчета эквивалентны, и ни одной из них нельзя отдать предпочтение. Принцип равноправия (эквивалентности) всех инерциальных систем отсчета выражен в методе преобразования координат (правилах описания одного и того же физического события в разных системах отсчета). Эти преобразования называются преобразованиями Галилея и вводятся следующим образом.

Пусть (x,t) — инерциальная система отсчета, а (x',t') — инерциальная система отсчета, движущаяся с постоянной скоростью v относительно первой (рис. 1).

Рисунок 1. К объяснению преобразований Галилея

Тогда будут справедливы следующие выражения:

Согласно этим преобразованиям, течение времени и его ритм во всех инерциальных системах отсчета происходит одинаково. Неизменными также остаются размеры движущегося тела и его масса в разных системах отсчета. Правило сложения скоростей в преобразованиях Галилея не допускает существования конечной (предельной) скорости движения.

Пространственные преобразования системы координат сводятся к преобразованиям двух типов: повороту относительно начала координат и параллельному переносу.

Свойства преобразований Галилея:

преобразования Галилея сохраняют метрику евклидова пространства (расстояния между точками);
пространственный поворот системы координат сохраняет расстояние между телами;
параллельный перенос системы координат сохраняет расстояние между телами.

Принцип эквивалентности всех инерциальных систем отсчета Галилея не позволяет проверить, покоится данная инерциальная система отсчета, или движется прямолинейно и равномерно. Решение данного вопроса вызвало дискуссию, существует ли в мире абсолютная система отсчета. Поиски такой абсолютной системы отсчета сохранились вплоть до конца XIX века.

Введение абсолютного пространства позволяло обосновать понятия инерциальной системы отсчета и относительного движения. Абсолютное время (или чистая длительность) обуславливало одновременность событий в любой точке пространства (принцип дальнодействия). Пространство у Ньютона является пустым вместилищем всех вещей и процессов, оно трехмерно, бесконечно и пусто.

В процессе обоснования своей теории Ньютон пришел к необходимости разработки исчисления бесконечно малых величин, что позволило ввести ему понятия ускорения и мгновенной скорости. В разработке этого метода, являющегося сегодня частью математического анализа, принимали участие также Декарт и Лейбниц.

Наиболее значительными результатами Ньютона являются три закона механики, закон всемирного тяготения и открытие дисперсии света. Он первым дал теоретическое обоснование гелиоцентрической модели и эмпирически полученных законов Кеплера, что сыграло решающую роль в победе системы Коперника.

Ньютон также выдвинул принцип дальнодействия — передачи взаимодействия между телами на расстоянии через пустоту с бесконечно большой скоростью. Это было сделано для объяснения явления гравитации, однако физического обоснования этому явлению Ньютон так и не смог дать (хотя косвенно он объяснял это тем, что т.к. в закон всемирного тяготения время не входит, то гравитационное взаимодействие распространяется мгновенно). Принцип дальнодействия противоречил принятому тогда в науке представлению о корпускулах — частицах, между которыми осуществляется взаимодействие посредством контакта (принцип близкодействия).

На основе закона всемирного тяготения Ньютон вывел в качестве простых следствий и уточнил законы Кеплера, а также показал, что в общем случае движение тел Солнечной системы может происходить по любому коническому сечению, в том числе по параболе и гиперболе [2]. Он делает вывод о единстве законов движения комет и планет и впервые включает кометы в состав Солнечной системы; развивает математический метод вычисления истинной орбиты кометы по данным ее наблюдений. Закон всемирного тяготения также дал возможность объяснить приливы и отливы, сжатие планет (в частности, обнаруженное у Юпитера), прецессию. Ньютону принадлежит и объяснение возмущающего движения в Солнечной системе, исходя из которого в 1781 г. была открыта планета Уран, в 1846 г. — Нептун, а в 1930 г. — Плутон.

В связи с обсуждениями теории Ньютона, швейцарский ученый Фотье дю Дюийе (1664 — 1753) высказал гипотезу о существовании гравитонов — частиц, которые позволяют силе тяготения распространяться с мгновенной скоростью.

Открытие Ньютоном явления дисперсии света в 1666 г. состояло в том, что белый свет состоит из света различных цветов, и, значит, белый свет имеет более сложную природу, чем цветной. После открытия сложного состава белого света Ньютон приступил к изучению преломления монохроматических лучей и выяснил, что оно зависит от цвета луча. В результате Ньютон понял причину хроматической аберрации линзовых объективов телескопов. Сделав неправильный вывод о принципиальной неустранимости этого дефекта (это верно только для однолинзовых объективов — впоследствии были созданы многолинзовые объективы, лишенные этого недостатка), в 1668 г. он изобретает отражательный телескоп с металлическим зеркалом — рефлектор.

Механистические представления доминировали вплоть до середины XIX века. Считалось, что все явления природы и душевной сферы человека могут быть сведены к механическим (концепция механицизма). Дальнейшее развитие физики показало ограниченность механистического подхода, а новые теории приходили в противоречия с механикой Ньютона.

Читайте также: