Становление классической физики

Горяев М.А.

Говоря о формировании классической физики, естественно, в первую очередь сказать об отце классической механики в ее современном виде Ньютоне.

Ньютон Исаак (04.01.1643-31.03.1727) – английский механик, оптик, астроном и математик, член Лондонского королевского общества (1672, с 1703 – президент), Парижской АН (1699). Родился в Вулстропе в семье фермера. Окончил Кембриджский университет (1665 - бакалавр, 1668 - магистр), в 1669-1701 возглавлял в нем кафедру. В 1688-90 - член парламента, с 1695 – смотритель, с 1699 – директор Монетного двора.

Заложил основы современного естествознания. Физические работы в области механики, акустики, оптики. Сформулировал основные законы классической механики, открыл закон всемирного тяготения, дисперсию света, разработал дифференциальное и интегральное исчисления (независимо от Лейбница). “Математические начала натуральной философии” (1687) содержали основные понятия и аксиоматику механики, три закона динамики и закон всемирного тяготения. Открытие закона всемирного тяготения ознаменовало переход от кинематического описания солнечной системы к динамическому, он развил теорию формы Земли, теорию приливов и т.п. Установил основной закон внутреннего трения в жидкостях и газах, получил формулу для скорости распространения волн.

Создал физическую картину мира (Ньютонова теория пространства и времени): пространство и время – абсолютны. Выдвинул идею дальнодействия – мгновенной передачи действия на расстояние по пустому пространству.

В 1666 разложил при помощи призмы белый свет в спектр, открыл хроматическую аберрацию. В 1668 и 1671 сконструировал зеркальный телескоп – рефлектор без аберрации. Исследовал интерференцию и дифракцию (кольца Ньютона в тонких слоях). В 1675 предпринял попытку создать компромиссную корпускулярно-волновую теорию света.

По мировозрению – второй после Декарта великий представитель механистического материализма в естествознании 17-18 веков.

В его честь названа единица силы – ньютон.

Первые работы Ньютона относятся к области оптики, но затем от экспериментальных исследований он перешел к обобщениям и увлекся вопросами механики.

1. Механика.

Именно в механике Ньютон достиг вершин своего творчества. Он обобщил все исследования предшественников и основные положения механики изложил в своей книге "Математические начала натуральной философии". В своих "Началах" Ньютон сформулировал три закона движения, обобщив при этом принцип инерции и понятие силы, ввел понятие массы и распространил действие законов механики на всю Вселенную. Если в оптике для Ньютона, как мы увидим ниже, присущи гениальность постановки и разносторонность опытов, то в механике его талант проявился, прежде всего, в упорядочении и обобщении частных результатов предшественников. Так, закон всемирного тяготения был сформулирован на основе существовавших в то время экспериментальных данных о движении планет, которые содержали только кинематическое описание, а Ньютон вскрыл причину такого движения, введя количественную характеристику гравитационного взаимодействия. И все же гениальные обобщения в механике были бы вряд ли возможны, если бы Ньютон не имел опыта экспериментатора, общей физической культуры, полученных им в оптике.

В этом же трактате Ньютон сформулировал правила рассуждения, которые должны составлять основу всякого физического исследования. Он не ставит задачи отыскания причины явления и противопоставляет "физике гипотез" Декарта "физику принципов", базирующихся на обобщении опытов. В соответствии с этим при провозглашении закона тяготения Ньютон не собирается определять причину тяготения: "Причину этих свойств силы тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю. Все же, что не выводится из явлений, должно называться гипотезой, гипотезам же метафизическим, физическим, механистическим, скрытым свойствам не место в экспериментальной философии. В такой философии предложения выводятся из явлений и обобщаются с помощью индукции. Так были изучены непроницаемость, подвижность и напор тел, законы движения и тяготение. Довольно того, что тяготение на самом деле существует и действует согласно изложенным нами законам и вполне достаточно для объяснения всех движений небесных тел и морей".

Согласно ньютоновскому правилу индукции можно перенести действие законов на все тела, хотя эксперимент можно поставить лишь на некоторых. И в соответствии с правилами рассуждения следует считать правильным всякое утверждение, полученное из опыта с помощью индукции, до тех пор, пока не будут обнаружены другие явления, которые ограничивают это утверждение или противоречат ему.

Если Галилея мы называем основоположником экспериментального метода в физике, то величие Ньютона определяется не только тем, что он открыл фундаментальные законы физики, но и тем, что он создал основы физического мышления. Его путь построения физического знания, "метод принципов" оказался необычайно плодотворным и все последующие фундаментальные теории (электродинамика, термодинамика, теория относительности и квантовая теория) созданы по этим правилам.

Следует сказать еще об одной заслуге Ньютона - его мемуарах о дифференциальном и интегральном исчислении, которые были для него и остаются поныне важным средством для раскрытия физических закономерностей. Однако, в своих "Началах" Ньютон принял геометриче