Поиск

Ньютоновы принципы классического механистического естествознания

Исаак
Ньютон (1642-1727), величайший ученый всех времен и народов, английский физик,
механик, астроном и математик, в 1687 году издал свое классическое
произведение, главный труд своей жизни — «Математические
начала натуральной философии».
«Начала»,

вершина
научного творчества Ньютона, состоят из 3-х частей: в первых двух частях речь идет о движении тел, механике тел, в
которых формулируются, постулируются три
знаменитых закона динамики Ньютона,
а последняя часть сочинения
посвящена системе мира (космологии), в
которой обосновывается вывод и даны
приложения знаменитейшего закона всемирного тяготения Ньютона.

Начать
надо с фундаментальных физических
определений и понятий,
положивших начало классического
естествознания, поскольку здесь мы имеем общий образец, которому следовали
ученые последующих поколений при построении теорий. Так вот, Ньютон, прежде
всего, определяет свойства объекта, который
является предметом изучения — это некоторая масса
(тело),
и место, и время, в которое он (объект) изучается.

Итак, слово
Исааку Ньютону из его «Начал»: «1) Количество материи (масса) есть мера
таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее.

  • Количество движения есть мера такового,
    устанавливаемая пропорционально скорости и массе.
  • Приложенная сила есть действие,
    производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного и
    прямолинейного движения.

Время, пространство, место и движение составляют
понятия общеизвестные.

а) Абсолютное, истинное, математическое время само
по себе и по своей сущности, без всякого
отношения к
чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе на
зывается длительностью.

б)   Абсолютное
пространство
по самой своей сущнос
ти, без относительно к чему бы то ни было внешнему,
остается всегда одинаковым и неподвижным.

в) Место есть
часть пространства, занимаемая телом
и, по отношению к пространству, бывает или абсолютным,
или относительным.

г) Абсолютное движение есть
перемещение тела из
одного его абсолютного места в другое».

И
далее то, как постулированы три
фундаментальные закона движения,
носящие имя Ньютона:

«I.
Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного
прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными
силами изменить это состояние.

II. Изменение количества движения пропорционально
приложенной движущей силе и происходит по направле
нию той прямой, по которой эта сила действует.

III.  Действию всегда есть равное и противоположное
противодействие, иначе — взаимодействия двух тел друг
на друга между собой равны и направлены в противопо
ложные стороны».

Четвертым
законом в «Началах» Ньютона стал закон всемирного тяготения. Анализируя законы
Кеплера, Ньютон пришел к заключению, что между небесными телами действует сила
притяжения, обратно пропорциональная квадрату расстояния между телами. Высказав
предположение, что силы тяготения имеют всеобщий (всемирный) характер и что эти
силы пропорциональны массам взаимодействующих тел, Ньютон установил закон,
олицетворяющий первую теорию тяготения (гравитации):

Ньютону
принадлежит доказательство того, что закон всемирного тяготения вместе с первым
и вторым законами динамики достаточны для описания движения тел на поверхности
и вблизи поверхности Земли. Законы движения и закон всемирного тяготения
Ньютона принадлежат

к
числу фундаментальных физических принципов, и, подобно аксиомам Евклида в
геометрии, они служат логической основой для получения других частных
физических законов.

Итак,
основное содержание или основные идеи классической механики таковы:

A)      есть
тела, которые следует наделить свойством массы;
Б) массы притягиваются друг к другу (закон всемир
ного тяготения);

B) тела могут
сохранять свое состояние — покоиться или
двигаться равномерно, не меняя
своего направления движе
ния (закон инерции, он же принцип относительности);

Г)
при действии на тела сил они изменяют свое состояние: либо ускоряются, либо
замедляются (второй закон динамики Ньютона);

Д)
действие сил вызывает обратное равное ему противодействие (третий закон
Ньютона).

Ньютону
также принадлежит честь (вместе с немецким математиком Готфридом Лейбницем) создания великолепной
математической теории
дифференциального
и интегрального исчислений,
лежащих в основании классического
естествознания. Эта математическая теория
стала одной из самых «используемых» теорий всеми учеными, работающими не только
в области естествознания, но и в технических и в социально-экономических
науках.

В
XVIII-XIX веках
знаменитыми математиками — швейцарцем (проработавшим большую часть своей жизни
в России, а потому признаваемым как русский ученый) Леонардо Эйлером, французами Луи Лагранжем (1736-1813 гг.), Пьером Симоном Лапласом (1749-1827 гг.) и ирландцем Уильямом Роаном Гамильтоном (1805-1865
гг.), механике Ньютона были приданы изящные, математически строгие формы. Этих
форм две, и их принято называть

лагранжева и гамилътонова
формы (часто это также
характеризуют словами лагранжев и
гамильтонов формализм). Они, эти
великие математики, в этом нет никакого сомнения, завершили построение здания
под названием классическая механика.

Теперь
можно сформулировать основные научные положения механистической ньютоново-картезианской парадигмы или
механистической картины мира, которые составляют, вместе с тем, основные принципы и закономерности классического
механистического естествознания:

  • мир состоит из массивных (материальных) объектов конечных объемов
    (размеров),
    видимые контуры которых являются их физическими
    границами;
  • эти объекты движутся в пустом трехмерном евклидовом пространстве, евклидовыми
    также являются линии (траектории) их движения — прямые, окружности, эллипсы,
    параболы, спирали и другие линии;
  • время — четвертая координата пространственно-временного
    континуума, независимая от пространственных
    координат;
  • три закона
    динамики Ньютона управляют движениями (траекториями) материальных (наделенных
    массой или масссивных) объектов,
    заполняющих
    пространственно-временной континуум;
  • поле тяготения (гравитация) распространяется в
    пространственно-временном континууме с
    бесконечной скоростью
    и никак не
    затрагивает течения времени;
  • линейный
    характер
    ньютоновой
    динамики означает, что интенсивность
    следствия
    в мире механических явлений прямо пропорциональна интенсивности причины (так называемый лапласовский детерминизм).

Указанные фундаментальные положения классического формализма
могут быть дополнены следующими эвристическими (методологическими) выводами:

  1. Природных возможностей человеческого
    разума вполне достаточно для того, чтобы понять
    (выразить) мир механических явлений в понятиях и теориях.
  2. Изучение мира механических явлений и
    процессов не оказывает существенного влияния
    на их течение.
  3. Теоретический
    расчет движения
    реальных
    массивных объектов можно сделать сколь
    угодно точно,
    задавая экспериментальные так называемые начальные условия в какой-либо точке
    пространственно-временного континуума (начальные значения пространственных координат
    и скорости объекта в какой-либо его точке).
  4. Уравнения динамики обратимы во времени, т. е. для них
    безразлично, куда развивается процесс из настоящего времени — в будущее или
    прошлое.
  5. Точный численный расчет движений
    массивных объектов позволяет эффективно
    изменять и преобразовывать его по своему усмотрению.

Итак,
именно эти перечисленные выше концептуальные положения и выводы, именуемые как ньютоново-картезианская (Картезий
латинизированное имя Декарта) парадигма, являются
методологической основой классического механистического и физического
естествознания. Вместе с лапласовским
детерминизмом
ньютоново-картезианская парадигма создала основу
классического естествознаний и всей классической науки, господствующих в
мышлении людей с XVIII века,
а во многих случаях, и до сих пор, хотя время их уже давно прошло.

Ключевые
слова классического механистического этапа науки: абсолютное пространство, абсолютное время, масса, инерция, динамические
законы Ньютона,

лапласовский
детерминизм, лагранжев формализм, гамилътонов формализм, объективность,
абсолютная предсказуемость событий будущего.

Резюме

  1. Классическая механика дала четкие ориентиры в понимании фундаментальных категорий — пространства, времени и движения
    материи.
  2. Законы классической механики с большой точностью (но все же приближенно) отражают истинные законы природы. До сих пор с помощью законов, сформулированных
    И. Ньютоном, производится, например, расчет траекторий искусственных спутников Земли. Пределы применимости классических законов механики устанавливаются в другой теории, возникшей в XX веке — в специальной теории относительности Эйнштейна.
  3. Формирование классической физики, начатое в XVII веке работами Галилея, завершилось в XIX веке созданием Дж. Максвеллом теории электромагнитного
    поля, положившему начало в XX веке новому этапу в науке — неклассическому.

Невообразимо широк спектр использования этой теории в науке,
технике, быту.

Оцените статья

Нет комментариев. Ваш будет первым!