Часть 1 МЕХАНИКА

Глава 2 ДИНАМИКА МАТЕРИАЛЬНОЙ ТОЧКИ

2.22. Философские выводы из механики Ньютона

В XV-XVII вв. во время зарождения капиталистических отношений в Западной Европе достигли значительного развития промышленное производство, военное дело и мореходство. Хозяйственные и культурные связи между различными странами и появление печатного станка стимулировали научное общение, обмен знаниями между народами. Это поставило перед наукой новые задачи и подготовило условия для их решения.

Чтобы выполнить эти задачи, наука стать на путь самостоятельного развития и систематического экспериментального исследования природы. Началом такого исследования была гелиоцентрическая система Коперника, которая пришла на смену космологічній системе Птолемея.

Развивая геліоцентризм М. Коперника, И. Кеплер открыл основные законы движения планет вокруг Солнца. Г. Галилей обнаружил также внутреннюю противоречивость динамики Аристотеля и разработал некоторые ее основные научные принципы. Исследования Г. Галилея в области динамики и астрономии положили начало внедрению экспериментального метода в естествознании. Систематизируя и обобщая результаты, полученные Г. Галилеем, И. Кеплером и другими своими предшественниками, И. Ньютон сформулировал основные законы механики. Ньютонівська физическая картина мира рассматривалась не только как основа для научного объяснения явлений природы, но и как синтез научных знаний своего времени. Поскольку в те времена механика была главной наукой, научное объяснение природы было механическим, а синтез научных знаний о природе отождествлялся или с самой механикой, либо с механической картиной мира. Как следствие этого механическая картина мира иногда охватывала такие явления, которые фактически не принадлежали к механике. Она была средством механического объяснения немеханических явлений (тепловых, электромагнитных) и основой для попыток построить механические теории этих явлений. Считалось, что механическая картина мира в принципе способна объяснить любое явление природы. При этом за идеал научного бралось объяснения, что получается из простых и наглядных механических моделей.

В ньютоновской механике пространство и время рассматриваются как объективные формы существования материи, но в отрыве друг от друга и от движения материальных тел. И. Ньютон полагал, что тела и их движения вплоть никак не влияют на течение времени и на свойства пространства. Его взгляды на материю, пространство и время, их взаимосвязь противоречивые.

Кроме относительного времени и относительного пространства, которые характерны для повседневной жизни, И. Ньютон вводит понятие абсолютного времени и абсолютного пространства, существуют независимо от процессов и тел. Абсолютное пространство по своей сути безвідносний до всего внешнего, остается всегда одинаковым, неподвижным. Абсолютное время само по себе и по своей сущности, без всякого отношения к чему-то внешнему, протекает равномерно. Его называют еще продолжительностью.

Абсолютное время и абсолютное пространство существуют независимо от тел и процессов в природе, независимо друг от друга. Взаимосвязь между абсолютным пространством и телами, за Ньютоном, имеет такой характер: пространство является неограниченным вместилищем материальных тел, в котором происходят процессы природы и которое существует как пустая емкость, что во всех направлениях одинаковые свойства. Эти взгляды, которые отделяют пространство и время от материи и друг от друга, получили свое конкретное выражение в «теории далекодії», которая основывается на метафизическом отрыве пространства и времени от материи, на признании пустого пространства, лишенного материальных предметов и процессов. Защищая теорию далекодії, ее сторонники отрицали неразрывную связь пространства, времени и материи. Однако если нет пустого пространства, лишенного каких-либо видов материи и материальных процессов, то взаимодействие между телами будет происходить обязательно с участием промежуточного среды, которое разделяет их. При этом она передаваться с некоторой конечной скоростью, а сигнал, идущий от одного тела к другому, повлечет в пространстве, что окружает их, определенные материальные процессы, требующих определенного промежутка времени. В этом заключается главная идея теории близкодействия.

И. Ньютон был первым, кто сформулировал полную систему принципов механики и на их основании построил стройную здание этой науки. Достижения механики Ньютона, а также его научный авторитет почти на 200 лет отвлекли внимание ученых от недостатков его механики. Серьезное критическое отношение к механике Ньютона появилось лишь в второй половине XIX в.

После Ньютона механика быстро развивалась. Однако ничего принципиально нового в физических основ механики не было внесены вплоть до XX в., когда положение изменилось с развитием А. Эйнштейном теории относительности. Теория относительности подсказала, а опыт подтвердил, что механику Ньютона нельзя применять для описание движения частиц, скорость которых приближается к скорости света в вакууме. Опыт показывает, что классический подход нельзя применять к изучению явлений микромира, точнее его применяют до этого круга явлений ограничено. Адекватное описание явлений микромира дает квантовая механика, которая существенно отличается от классической.

Механика Ньютона может характеризоваться как классическая нерелятивістська механика. Это означает, что она изучает медленные движения макротел. Релятивистская механика является более общим теорией по сравнению с механикой Ньютона. Последняя содержится в ней как приближенный предельный случай. Релятивистская механика переходит в механику Ньютона в случае медленных движений. Квантовая механика переходит в механику Ньютона, если тела имеют достаточно большие массы и движутся в силовых полях, плавно меняются.

Условно связь механики Ньютона с другими разделами современной физики представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Примечание. М - масса тела; m_a - масса атома; υ - скорость тела; с - скорость света в вакууме; h - постоянная Планка.

Итак, механика Ньютона не потеряла своего значения до настоящего времени. Отказываться от механики Ньютона вынуждены лишь вне пределов ее применимости, когда она приводит либо к неправильным, или к недостаточно точных результатов. Такими, например, являются задачи о движении заряженных частиц в ускорителях, где следует использовать уравнения релятивистской механики, и о движении электронов в атомах, которые решаются с помощью квантовой механики.