Основные принципы научной программы Ньютона

Научная программа Ньютона является итогом почти двухвекового развития естествознания в Европе начиная с XV века, когда трудами Н. Коперника была создана геоцентрическая модель Солнечной сис­темы. Система научно-теоретических взглядов Ньютона определяла развитие естествознания в течение более 200 лет. Но и вся история теоретической физики как ядра естествознания после Ньютона во всех своих решающих пунктах представляет собой дискуссию о принципах научной программы Ньютона и их все более глубокую интерпретацию. Физико-мировоззренческий смысл новых физических теорий, револю­ционизировавших наше понимание природы, таких как теория относи­тельности и квантовая механика, всегда раскрывается путем сопостав­ления их новых принципов и концепций с принципами физики Ньюто­на.

Суть ньютоновского понимания природы, его научной программы была изложена им в трактате "Математические начала натуральной философии", вышедшем в свет в 1687 г. Начнем его анализ с рассмот­рения взглядов Ньютона на природу материи. С его точки зрения, Бо­гом была дана материи форма твердых, массивных, непроницаемых, подвижных частиц, причем твердость их абсолютна. Нетрудно понять, что это атомистические взгляды. Но атомистические воззрения Нью­тона специфичны. Он допускает, что частицы-атомы не только спо-* собны двигаться по инерции, – они движутся также некоторым актив­ным началом, каковым является тяготение. По Ньютону, каждая из материальных точек-атомов представляет собой центр силовой актив­ности, состоящий из двух компонентов: первый – отталкивающий, короткодействующий, быстро уменьшающийся, спадающий с расстоя­нием; второй компонент – дальнедействующее притяжение – это та сила, которой наделены все тела во Вселенной. При помощи силы тяготения как раз происходит объяснение (а не только математическое описание) явлений природы.

Свойство инерции материальных тел определяется их внутренней характеристикой, которой является масса тела (инерционная масса). Силовая активность тел определяется так называемой гравитационной массой, равной инерционной массе.

Ньютон ввел еще одно фундаментальное понятие механики – коли­чество движения – как характеристику материального тела, атома. Он определил количество движения как меру движения, пропорциональ­ную массе и скорости.

Но для понимания движения материальных тел, которое Ньютон в духе механицизма представлял как пространственное перемещение во времени, ему было необходимо определить понятия пространства и времени. Ньютон определяет их следующим образом. Абсолютное время есть сущность, которая безо всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью. Наряду с абсолютным существует – как его проявление – относи­тельное время. Последнее есть мера продолжительности, "совершае­мая" при помощи какого-либо движения, фиксируемая чувствами и употребляемая в обыденной жизни вместо истинного абсолютного ма­тематического времени, как-то: час, день, год.

Абсолютное пространство, по Ньютону, есть бесконечная протя­женность и по своей сущности остается всегда одинаковым и непо­движным. Относительное пространство есть мера абсолютного, его ограниченная подвижная часть, которая определяется чувствами по отношению к некоторым материальным телам. В обыденной жизни оно принимается за пространство неподвижное.

В соответствии с выделением абсолютного пространства и относи­тельного пространства Ньютон определяет абсолютное движение и относительное движение. Первое есть перемещение тела из одной ча­сти абсолютного пространства в другое. Второе же есть перемещение из одного относительного пространства в другое. Подчеркнем, что в ньютоновской концепции пространство и время абсолютны: они не зависят от физических тел, движущихся в пространстве и соответст­венно изменяющихся во времени, они не зависят от их взаимодействий.

Пространство имеет бесконечную протяженность, другими словами, оно простирается бесконечно по каждому из своих трех измерений. Пространство не имеет каких-либо выделенных точек, это означает, что оно однородно. Пространство также изотропно, т.е. в нем не суще­ствует каких-либо выделенных направлений. Пространство образно можно себе представить как бы бесконечно большим сосудом, в кото­ром находится множество взаимосвязанных тел.

Время тоже бесконечно. Но в отличие от трехмерного пространства оно одномерно, имеет только одно измерение. Время течет от прошло­го к будущему, превращая будущие явления в прошедшие, т.е. оно направлено. Временный поток – течение времени.– однороден, он не имеет ни начала, ни конца, никаких выделенных точек.

Отметим общность и различие позиций Ньютона и атомистов в трактовке пространства. И атомисты, и Ньютон признавали существо­вание пустоты, но атомисты, в отличие от Ньютона, не допускали воз­можности активного, силового действия на расстоянии, ибо отождествляли пустоту с небытием. Можно сказать, что пустота была для ато­мистов синонимом отсутствия. У Ньютона же абсолютное пространст­во было синонимом присутствия, но не присутствия материи, а присут­ствия чего-то внешнего – сверхфизического начала, которое и делает возможным активность сил как действия на расстоянии. Ньютон выра­жает это словами, что абсолютное пространство есть чувствилище Бо­га.

Здесь мы сталкиваемся еще раз с важнейшим понятием физики и научной программы Ньютона – с понятием силы. Сила в научной про­грамме Ньютона есть причина реального движения, а не движения абстрактного, математического. Но реальное движение – это движе­ние в абсолютном пространстве. Поэтому для определения силы как выражения абсолютно данной действительности, реального физиче­ского бытия, необходимы понятия абсолютного пространства и време­ни. Сказанное можно выразить следующим образом. Тело, которое движется в абсолютном пространстве, обладает абсолютным движе­нием. Изменение состояния такого тела необходимо требует приложе­ния сил. Хотелось бы подчеркнуть, что, вводя в свою научную про­грамму понятия абсолютного пространства и силы, Ньютон мыслит не просто как гениальный ученый-физик – теоретик и экспериментатор. Он мыслит как гениальный философ, который пытается выразить сущность бытия.

Коснемся далее некоторых других элементов ньютоновского виде­ния мира, его научной программы. Начнем с раскрытия аналитическо­го видения мира и связанного с ним аналитического метода исследова­ния физических объектов и процессов. Это один из важнейших момен­тов классической физики. Любой материальный объект, согласно Ньютону, состоит из атомов или некоторых частей, которые хотя и взаимодействуют друг с другом, однако могут исследоваться как не­кие индивидуумы. Значит, любой объект и его часть могут быть выде­лены из окружающей среды и рассмотрены как таковые, т.е. как само­стоятельное, отдельное, конечное образование. Вместе с тем любой объект может быть расчленен на составляющие части вплоть до ато­мов. И исследование характеристик этих составляющих позволяет по­нять существенные характеристики данного объекта. При этом на лю­бом уровне мыслимого анализа физических объектов предполагается абсолютная, однозначная определенность их свойств.

Конечно, взаимодействие данного индивидуального объекта (или его расчленение) меняет, даже разрушает его характеристики. Однако можно всегда оценить меру такого изменения, "разрушения", учитывая всякий раз взаимодействие между частями объекта и его окружением в их временном срезе. Почему это возможно? Во-первых, потому, что изменения в мире Ньютона, в мире классической физики, имеют непрерывный характер, т.е. состояние объекта, которое полностью опре­делено в любой момент времени заданием координат и скорости объ­екта, меняется непрерывно, ибо и координаты, и скорости физических объектов являются непрерывно изменяющимися величинами, выра­женными непрерывными функциями времени. Именно на этом основа­но понимание движения тела в абсолютном (или относительном) про­странстве по определенной кривой – траектории. Непрерывный ха­рактер изменения состояния объекта позволяет сделать это изменение в принципе сколь угодно малым, уменьшая также непрерывный про­межуток времени изменения. А во-вторых, сохранение индивидуализа­ции выделенного объекта возможно благодаря однозначному характе­ру происходящих изменений. Выражением последнего является поня­тие классического детерминизма, суть которого можно пояснить сле­дующим образом: если известно состояние объекта в некоторый мо­мент времени, а также все силы, приложенные к нему, то можно абсо­лютно точно предсказать состояние данного объекта в любой после­дующий момент времени. Так, зная положение и скорость свободно падающего камня в некоторый момент времени, можно точно указать его положение и скорость в любой другой момент. Другими словами, классическая ньютоновская физика предполагает жесткую однознач­ную связь настоящего с будущим, равно как и прошедшего с настоя­щим.

Подчеркнем, что мы пытались раскрыть внутреннее логическое единство элементов классического видения мира – аналитического метода исследования, принципа классического детерминизма и непре­рывности изменения физических величин, "завязанных" воедино на ос­новании понятия индивидуального себетождественного объекта.

Важную роль в научной программе Ньютона играет эксперимен­тальная деятельность. Конечно, все математическое естествознание Нового времени опирается на эксперимент. Начиная с Галилея физики все настойчивее стремились изгнать из науки отвлеченные философ­ские рассуждения. Конечно, последнее невозможно. Но именно в нью­тоновской программе эксперимент играет роль ее действительного фундамента. Как известно, эксперименты Галилея часто были в сущ­ности мысленными, что не уменьшает их научной значимости.

Совсем не то у Ньютона. Когда Ньютон говорит об эксперименте и ссылается на него, то можно не сомневаться, что речь идет о действи­тельном эксперименте. Опыты, эксперименты Ньютона выполнены с большой тщательностью и остроумием, отличаются поразительной точностью и стремлением количественно фиксировать характер на­блюдаемых процессов. До сих пор некоторые его работы считаются лучшим введением в искусство эксперимента.

Добавим, что раскрытое выше единство аналитического метода исследования, принципа классического детерминизма и непрерывности изменения физических ввеличин позволяет понять характер связи объекта наблюдения, эксперимента и изучающего естествоиспытате­ля, субъекта познания, "вооруженного определенными" приборами. Понятно, что объект наблюдения и измерительный прибор (наблюда­тель) могут и должны рассматриваться независимо друг от друга. Предполагается, что внешний мир – объект естествознания и познаю­щий этот объект, вооруженный приборами мыслящий субъект, могут быть в идеале полностью отделены друг от друга. Другими словами, существует принципиальный способ исследования явлений без вме­шательства в их течение. Такой подход составляет ядро исследова­тельской деятельности в классической физике, базирующееся на сис­теме принципов ньютоновской научной программы.