Сэр Исаак Ньютон в предисловии к своему гениальному сочинению «Математические начала натуральной философии» пишет: «...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... Было бы желательно вывести из начал механики и остальные явления природы». Эта цитата содержит, по существу, смысл и цель научной методологии, от- 109 Раздел I. История науки в доклассический период крытой Ньютоном, по которой физические явления могут быть описаны математическими зависимостями и представлены таким образом количественно, и, наоборот, на основе количественно определенных наблюдений математически могут быть получены физические законы. Методология Ньютона дала математический ключ, применяемый на протяжении двух столетий при решении различных физических проблем, определивших направления в естествознании. Исаак Ньютон родился в год смерти Галилея 5 января 1643 Г. (ПО новому СТИЛЮ) В деревушке Исаак Ньютон Вулсторп недалеко от Грэнхема графства Линкольншир ( по старому стилю 25 декабря 1642 г., отсюда иногда возникает путаница с годом рождения Ньютона). Отец Исаака Ньютона — небогатый фермер, умер за несколько месяцев до рождения сына, поэтому в детстве Исаак находился на попечении родственников. Первоначальное образование и воспитание дала Исааку Ньютону его бабушка, а затем он учился в городской школе Грэнхема. Особыми успехами в школе И.Ньютон не отличался и ничем не выделялся из воспитанников. Но однажды после школьной потасовки, получив удар кулаком от лучшего ученика класса, он решил отомстить своему обидчику успехами в учебе, и действительно стал учиться лучше всех. Удачнее, чем обидчик Ньютона, кулаком никто, пожалуй, не действовал. Школу по недостатку средств Исааку пришлось оставить и в 16-летнем возрасте вернуться в деревню к матери, к тому времени овдовевшей во второй раз и желавшей видеть в Исааке хозяина фермы, управляющего всем хозяйством. Но Исаак оказался никудышным сельским хозяином и настоятельно просил отпустить его учиться. Брат матери — священник, самый образованный в семье, окончивший Тринити-колледж, — посоветовал отправить племянника в Кембриджский университет. В 1661 г. Ньютон занял одну из вакансий для неимущих студентов в Тринити-колледже Кембриджского университета. В обязанности сабсайзера (вакансия для неимущих студентов) входило прислуживание преподавателям. В 1665 г. Ньютон получил степень бакалавра. Спасаясь от ужасов чумы, охватившей Англию, Ньютон на два года уезжает в родной Вулсторп. Здесь он активно и очень плодотворно работает. Ньютон считал два чумных года — 1665-й и 1666-й — годами расцвета его творческих сил. Здесь, под окнами его дома, росла знаменитая яблоня, упавшее яблоко с которой, по легенде, подсказало Ньютону закон всемирного тяготения. В течение 93 лет после смерти Ньютона посетители Вулсторпа могли видеть эту знаменитую яблоню. В 1820 г. старое дерево погибло, сломленное бурей, и предметом поклонения посетителей мемориального музея стал стул, сделанный из древесины погибшей «святыни». Здесь, в Вулсторпе, были начаты знаменитые оптические эксперименты Ньютона, рожден «метод флюксий» — начала дифференциального и интег- 110 5. Начало эпохи науки рального исчисления. Основные научные идеи родились у Ньютона, видимо, в годы работы в Вулсторпе, но он не спешил с публикациями. В 1668г. Ньютон получил степень магистра и начал замещать в университете своего учителя — известного математика Барроу. К этому времени Ньютон приобретает известность как физик. В 1668 г. он собственноручно построил свой первый зеркальный телескоп -рефлектор. Сам Ньютон высоко ценил это свое изобретение, позволившее ему стать членом Лондонского Королевского общества. Усовершенствованный вариант телескопа Ньютон послал в дар королю Карлу II. Этот телескоп был представлен на рассмотрение Королевского общества, которое единодушно избрало Ньютона своим членом. Как и Галилей, Ньютон заслужил признание в научном мире благодаря исследованиям по оптике и, в частности, построению телескопов. В 1669 г. И.Барроу передал ему университетскую Лукасовскую кафедру, и с этого времени на протяжении многих лет Ньютон читал лекции по математике и оптике в Кембриджском университете. В 1688 г. Ньютон был избран членом английского парламента и два года жил в Лондоне. Однако парламент не нашел в нем деятельного члена, так как Ньютон не любил делать доклады, в том числе и научные. По легенде, за все время пребывания Ньютона в парламенте от него слышали только одну фразу, содержащую приказ швейцару закрыть окно, из которого происходил сквозняк. Научная работа Ньютона была прервана его болезнью, граничившей с нервным расстройством. Считалось, что причиной заболевания явилась утрата в 1692г. Ньютоном его рукописей в результате пожара. Собачка Ньютона по кличке Даймонд опрокинула свечу на книгу рукописей, что и привело к пожару и тяжелой утрате научных записей. После выздоровления Ньютон в 1695 г. был назначен хранителем, а с 1699г. директором Монетного двора. Официально эта должность называлась «Мастер и работник чеканки» (Master and Worker of Mint). Под руководством Ньютона была разработана и проведена необходимая экономике Англии денежная реформа. Вольтер считал, что назначению на должность директора двора Ньютон обязан своей хорошенькой племяннице. Эту должность предоставил Ньютону его бывший ученик, канцлер казначейства Монтегю, впоследствии лорд Галифакс, который был тайно обвенчан с племянницей Ньютона Екатериной Кондьюнт — красивой и умной женщиной. После смерти лорд Галифакс завещал Екатерине почти все свое состояние, а Ньютону — пожизненную ренту в 100 фунтов стерлингов ежегодно. Предполагается, что в 1695 г., в апреле, с техникой чеканки монет в Англии знакомился Петр I. После выхода в свет «Математических начал» Ньютон пометил: «...6 — царю, для него самого и для главных библиотек Московии». С назначением на должность директором двора Ньютон отказывается от кафедры в Кембридже. Его общественное положение возросло. В 1703г. Ньютон стал президентом Лондонского Королевского общества, а в 1705г. королева Анна возвела Ньютона в дворянство. Последние годы жизни Ньютон провел в Лондоне. Здесь он издает и переиздает свои научные сочинения, много работает как президент Лондон- 111 Раздел I. История науки в доклассический период ского Королевского общества, пишет богословские трактаты, труды по историографии. Деятельность Ньютона как историка и теолога известна только узкому кругу специалистов. Вместе с тем ряд его выводов в отношении хронологии исторических событий стали в наши дни актуальными. В «Хронологии» Ньютон пытается показать, что мир моложе на четыреста или пятьсот лет, чем полагают. Он при этом основывался на наблюдениях древних астрономов и на явлении процессии равноденствий. В частности, по Ньютону, поход аргонавтов был в X веке до н.э., а не в XIV, как тогда полагали. Самым известным богословским сочинением Ньютона является «Толкование на книгу пророка Даниила». Он показывает, что пророчества всегда сбывались. Может быть, поэтому католики не любят комментировать то, что Ньютон предсказывал падение светской власти Папы в 2060 году. Исаак Ньютон был глубоко верующим человеком, христианином. Для него не существовало конфликта между наукой и религией. Автор великих «Начал» стал автором богословских произведений «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса», «Хронологии». Ньютон считал одинаково важным и изучение природы, и Священного Писания. Ньютон, как и многие великие ученые, рожденные человечеством, понимал, что наука и религия — это различные, обогащающие сознание человека формы постижения бытия и не искал здесь противоречий. ] Сэр Исаак Ньютон умер 31 марта 1727г. (нов.ст.) в возрасте 84 лет и похоронен в национальном пантеоне — Вестминстерском аббатстве. Основное научное наследие Ньютона содержится в его главных трудах — «Математические начала натуральной философии» и «Оптика». Трактат «Математические начала натуральной философии» был представлен Лондонскому Королевскому обществу 28 апреля 1686г. По инициативе Э.Гал- лея и на его средства этот трактат был опубликован в 1687г. В улучшенном и исправленном варианте «Начала» издавались в 1713 и 1726 гг. уже самим Ньютоном. «Начала» Ньютона содержат основные научные положения, лежащие в основании классической механики. Если Галилей и Гюйгенс рассматривали действие законов механики на поверхности Земли, то Ньютон нашел законы механики, справедливые для Вселенной. «Начала» Ньютона построены подобно «Началам» Евклида и начинаются с определений основных понятий. Основные понятия классической механики содержатся на первых страницах «Начал» (3-е издание). Первое определение относится к важнейшему понятию «масса». Ньютон показал фундаментальную роль, которую играет масса в механических процессах. Массу Ньютон называет «количеством материи» и «телом», при этом количество материи всегда можно определить по весу тела. По Ньютону: «Количество материи есть мера таковой, устанавливаемое пропорционально плотности и объему ее». По второму определению «Начал» выводится понятие «количество движения»: 112 5. Начало эпохи науки «Количество движения есть мера такового, устанавливаемая пропорционально скорости и массе. Количество движения целого есть сумма количества движения отдельных частей его». Третье понятие — «врожденная сила» — есть то, что мы называем «инерция». «Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Мерой инерции тела, как теперь принято, является «инертная масса», выражающая «нежелание» тела сдвинуться с места. Четвертое определение вводит понятие «силы». «Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения». Это определение поясняется далее следующим образом. «Сила проявляется единственно только в действии и по прекращению действия в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только инерции. Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной силы». Понятие силы играет ключевую роль в учении Ньютона, имеет философское значение. Все явления в природе Ньютон объясняет действием сил: и движения планет, и химические реакции, и световые явления, и явления в микромире. В определениях с пятого по восьмое Ньютон приводит классификацию сил, которая в настоящее время не используется в физике. Далее следует знаменитое «поучение», давшее на долгие годы пищу для размышлений и дискуссий и философам, и физикам. В «поучении» сформулированы постулаты, определяющие такие понятия, как «абсолютное, истинное, математическое время», «относительное, кажущееся время», «абсолютное пространство», «относительное пространство», «место», «абсолютное движение». После определений следуют три закона движения, изучаемые сегодня в школьных курсах физики и составляющие основу классической механики. «Начала» написаны Ньютоном на латыни. Русский перевод «Начал» был сделан в 1915г. академиком А.Н.Крыловым, указавшим на образность и силу выражений «Ньютона». Приведем формулировки законов механики Ньютона на латыни и в русском переводе Крылова. ИЗ Раздел I. История науки в доклассический период «Lex.I. Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uni- formiter in directam nisi quatenus illud a viribus impessis cogitur statum suum mutare». «Закон I. Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние». Этому закону — «закону инерции» Ньютон дает следующее пояснение. «Брошенное тело продолжает удерживать свое движение, поскольку его не замедляет сопротивление воздуха, и поскольку сила тяжести не побуждает это тело вниз. Волчок, коего части вследствие взаимного сцепления отвлекают друг друга от прямолинейного движения, не перестает вращаться равномерно, поскольку это вращение не замедляется сопротивлением воздуха. Большие же массы планет и комет сохраняют свои движения как поступательные, так и вращательные, совершающиеся в пространствах, менее сопротивляющихся, дольше». Lex II. Mutationem motus proportio- nalem esse vi motrice impressal et fieri secundum lineam rectam qua vis 11a imprimitur». «Закон II. Изменение количества движения пропорционально приложенной силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует». Как мы видим, этим законом Ньютон объясняет движения планет вокруг Солнца. В современном прочтении второй закон Ньютона формулируют несколько иначе: Действующая на тело сила F сообщает ему ускорение а, прямо пропорциональное величине действующей силы и обратно пропорциональное массе тела т: F= та По Ньютону, действующая сила ^пропорциональна изменению количества движения тА\, где v — изменение скорости. В соответствии с этим определением второй закон Ньютона можно выразить в виде: или FAt = mAv F=m(A\/Af), где At— промежуток времени, в течение которого действует сила F. Величину произведения FAt называют импульсом силы. Поскольку ускорение а = (Av/At), получаем знакомую формулировку: 114 5. Начало эпохи науки г = та Ньютон в «Началах» не дает приведенных здесь формул, но поясняет: «Если какая-нибудь сила производит некоторое количество движения, то двойная сила производит двойное, тройная — тройное, будут ли они приложены разом все вместе или же последовательно и постепенно. Это количество движения, которое всегда происходит по тому направлению, как и производящая сила, если только тело уже находилось в движении при совпадении направлений, прилагается к количеству движения тела, бывшему ранее, при противоположном вычитается, при наклонном прилагается наклонно и соединяется с бывшим ранее сообразно величине и направлению каждого из них». «Lex III. Actioni contrariam semper et equalem esse reactionem sive corpo- rum duorum actiones in se mutuo semper esse equales et in partes cont- rarias dirigi». «Закон III. Действию есть всегда равное противодействие, иначе: взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны». Этому закону Ньютон дает следующее разъяснение: «Если что-нибудь давит на что-нибудь другое или тянет его, оно само этим последним давится или тянется. Если кто нажимает пальцем на камень, то палец его также нажимается камнем. Если лошадь тащит камень, привязанный к канату, то и обратно (если можно так выразиться) она с равным усилием оттягивается к камню, ибо натянутый канат своей упругостью производит одинаковое усиление на лошадь в ту сторону камня и на камень в ту сторону лошади, и насколько этот канат препятствует движению лошади вперед, настолько же оно побуждает движение вперед камня. Если какое-нибудь тело, ударившись в другое тело, изменит своею силою его количество движения на сколько-нибудь, то и оно претерпит от силы второго тела в своем собственном количестве движения то самое изменение, но обратно направленное, ибо давления этих тел друг на друга постоянно равны. От таких взаимодействий всегда происходят равные изменения не скоростей, а количеств движения, предполагая, конечно, что тела никаким другим усилиям не подвергаются. Изменения скоростей, происходящие также в противоположные стороны, будут обратно пропорциональны массам тел, ибо количества движения получают равные изменения». Если в первой книге «Начал» Ньютон формулирует законы механики в предположении, что тела движутся в среде без сопротивления, то во второй книге Ньютон исследует, какие изменения претерпевают эти законы при движении тел в жидкости. Во второй книге исследованы также вопросы акустики, которые Ньютону удалось рассмотреть в рамках механических представлений, и в этих рамках акустика находится и в настоящее время. В третьей книге Ньютоном описана система устройства мира. Этой кни- 115 Раздел I. История науки в доклассический период ге предпосланы «Правила умозаключений в физике» (в оригинале «Regular philosophandi» — «правила философствования»). Эти правила отражают, по существу, методический подход Ньютона ко всем его исследованиям. «Правило 1. Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений. По этому поводу философы утверждают, что природа ничего не делает напрасно, и было бы напрасным утверждать многим то, что может быть сделано меньшим. Природа проста и не роскошествует излишними причинами вещей. Правило 2. Поэтому, поскольку возможно, должно приписывать те же причины того же рода при проявлениях природы. Так, например, дыханию людей и животных, падению камней в Европе и в Африке, свету кухонного очага и Солнца, отражению света на Земле и на планетах. Правило 3. Такие свойства тел, которые не могут быть ни усилены, ни ослаблены и которые оказываются присущими всем телам, над которыми возможно производить испытания, должны считаться свойствами всех тел вообще. Свойства тел постигаются не иначе, как испытаниями. Следовательно, за общие свойства надо принимать те, которые постоянно при опытах обнаруживаются и которые, как не подлежащие уменьшению, не могут быть устранены. Понятно, что против ряда опытов не следует измышлять на авось каких-либо бредней, не следует также уклоняться от сходственности в природе, ибо природа всегда и проста и всегда с собой согласна. Правило 4. В опытной физике предложения, выведенные из совершающихся явлений с помощью индукции, несмотря на возможность противоречащих им предложений, должны приниматься за верные или в точности, или приближенно, пока не обнаружатся такие явления, которыми они еще более уточняются или же окажутся подверженными исключениям. Так должно поступать, чтобы доводы индукции не уничтожались предположениями ...».
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Ньютон» з дисципліни «Історія науки»
