Борис Кузнецов - Ньютон

• Название: Ньютон
• Автор: Борис Кузнецов
• Издательство: Мысль
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 1982

Книга рассказывает о жизненном и творческом пути великого английского мыслителя, физика, астронома и математика Исаака Ньютона (1643—1727). Ньютон является одним из крупнейших представителей механистического материализма в естествознании XVII—XVIII вв., его основные идеи оказали большое влияние на философскую мысль, науку и культуру.

Книга рассчитана на широкий круг читателей.

---

Речь идет о классической электродинамике. Она заполнила пространство физической средой, иначе говоря, ответила на самый трудный вопрос ньютоновской концепции вещества, силы и пространства. Ньютон искал в пространстве нечто, передающее воздействие одного тела на удаленное от него другое тело. Отсутствие однозначной концепции, обладающей «внутренним совершенством» и «внешним оправданием», приводило к плюрализму, к не удовлетворявшим Ньютона картезианским моделям и к не удовлетворявшим никого ссылкам на пространство как «чувствилище» божества. В конце концов Ньютон остановился на феноменалистической концепции сил, действующих на расстоянии, а в физику XVIII—XIX вв. вошел эфир с теми или иными введенными ad hoc гипотетическими свойствами. Но от феноменалистической концепции сил отказались, когда наряду с силами тяготения были открыты электрические и магнитные поля. Открытие их взаимодействия привело к изменению концепции поля. В ньютоновой теории тяготения силы существуют при наличии взаимодействующих, притягивающих друг друга тел. У Фарадея напряженность поля — это не формальная математическая характеристика той силы, которая действует в данной точке на тело с зарядом, равным единице, если такой заряд помещен в поле. Это состояние среды в данной точке, не зависящее от появления в ней пробного заряда. Фарадей рассматривает поле как совокупность реальных силовых трубок. Теория поля получила дальнейшее развитие у Максвелла. Максвелл сформулировал дифференциальные уравнения, показывающие возникновение магнитного поля при изменении электрического и возникновение электрического поля при изменении магнитного. Если где-то появляется переменное электрическое поле, оно вызывает магнитное поле, которое, будучи переменным, в свою очередь вызывает электрическое поле; в результате будут распространяться колебания электрического и магнитного полей — электромагнитное поле.

Все это означает, что понятие силы получает физическую расшифровку: сила перестает быть модусом субстанции, обладающей лишь одним предикатом — протяженностью (как у Декарта), перестает быть непротяженной субстанцией (как у Лейбница), перестает быть проблемой: модус субстанции или непротяженная субстанция (как у Ньютона). Отныне сила становится физическим полем, обладающим протяженностью, движением, энергией и, как выяснилось на рубеже XIX и XX вв., — массой. Рядом с механикой, отвечающей на первый вопрос «Начал» (как движется тело под воздействием силы?), вырастает физика поля, которая ищет ответ на второй вопрос «Начал» и не только находит силы по расположению тел, но и изучает их как субстанцию, как нечто, обладающее самостоятельным бытием.

Теория поля вступает в конфликт с механикой. В момент, когда картина мира, созданная Ньютоном, кажется достигшей абсолютной достоверности и законченности, на ее чистом небе появляются небольшие облака, которые предвещают бурю. Именно так Дж. Томсон назвал два наметившихся в самом конце XIX в. проявления указанного конфликта. Он говорил, что в классической физике, как будто пришедшей в гавань и окончательно решившей основные вопросы, существуют две проблемы: 1) отсутствие экспериментальных доказательств движения тел относительно эфира и 2) парадоксальные результаты экспериментов с излучением электромагнитных колебаний. Из этих проблем возникла: из первой — теория относительности, из второй — квантовая физика. Таким образом были заложены основы неклассической физики, резко изменившей соотношение двух направлений физической мысли, вышедших из первой и второй задач «Начал» — механики и теории поля.

Теория относительности Эйнштейна радикально отличается от предшествующих попыток объяснить парадоксальные с точки зрения классического правила сложения скоростей результаты измерения скорости света в движущихся системах. Свет подобен путнику, с одной и той же скоростью движущемуся относительно поезда, который он догоняет, относительно поезда, который идет ему навстречу, и относительно поезда, стоящего на месте. Лоренц объяснил этот результат измерений, исходя из классического правила сложения скоростей: согласно его предположению, расстояние в движущейся системе изменяется таким образом, что изменение скорости света становится незаметным. Эта теория была лишена «внутреннего совершенства», она вводила для объяснения данного экспериментального результата специальную дополнительную гипотезу. Эйнштейн объяснил этот результат иначе: он показал, что правило сложения скоростей — приближенное правило, что движение тела по отношению к эфиру — физически бессодержательное понятие, что ньютоновский закон зависимости ускорения от силы неточен: приближаясь к скорости света и испытывая все новые импульсы, тело приобретает все меньшие ускорения, масса его растет, становится бесконечной при скорости тела, равной скорости света, и, таким образом, скорость тела не может превысить скорости света. Тем самым из картины мира была устранена бесконечная скорость, стало ясно, что «моментальная фотография» Вселенной не может описать реальный мир. Последний оказывается не трехмерным, а четырехмерным — роль четвертого измерения играет время. Устранение эфира как абсолютного тела отсчета было результатом специальной теории относительности. Общая теория относительности устранила абсолютное пространство, обобщив принцип относительности движения по инерции, распространив его на ускоренные движения. Она опровергла ньютоново доказательство абсолютного ускоренного движения. При этом «внутреннее совершенство» теории Эйнштейна, выведение экспериментальных данных из наиболее общих и отнюдь не гипотетических законов, означало неизбежное подчинение механики новым законам, включающим понятия теории поля.

Таков был финал ньютоновой коллизии первой и второй задач «Начал», теории движения тел и истоков теории поля. Этот финал — результат субстанциализации поля. Когда поле стало физическим объектом, понятие физического объекта должно было измениться. Физический объект стал рассматриваться как четырехмерный. Не менее значительной трансформацией представления о соотношении поля и тел была квантовая физика. Здесь субстанциализация поля привела к соединению понятий «волновое поле» и «тело». Эйнштейн показал, что электромагнитное поле можно рассматривать как множество частиц, впоследствии получивших название фотонов. Луи де Бройль высказал мысль, что тела, частицы, именно электроны, можно рассматривать в рамках волновых представлений. Фотоны были открыты в начале XX столетия, а волны де Бройля — на исходе первой его четверти. С тех пор обнаружено множество новых типов элементарных частиц и соответствующих полей.

Мы подошли к ответу на вопрос: является ли физика XX в.— неклассическая физика — завершением идей Ньютона, завершением классической физики? Это один из главных вопросов, относящихся к судьбам ньютонианства в нашем столетии.

Ответ на этот вопрос не может быть простым и однозначным. Прежде всего, назвав неклассическую физику завершением классической физики, мы убедимся, что при этом меняется смысл понятий «завершение» и «классическая физика». Вообще, с какой бы стороны мы ни рассматривали современную неклассическую науку, каким бы эпитетом мы ее ни наделяли, к какому бы классу ее ни относили, мы сталкиваемся с известной деформацией включающего класса. Термин «завершение» прежде означал возведение теории в ранг окончательной истины, а классическую науку считали таковой в ее основаниях. Таким образом, завершение сводилось к подчинению до того не подчиненных классической физике, не объясненных явлений, по крайней мере тех, о которых говорил Томсон. Но неклассическая физика — неклассическая в гносеологическом смысле, она по своему стилю не может стать классической. Неклассическая физика меняет смысл и историческую оценку классической физики. Гносеологическая ценность неклассической ретроспекции состоит в том, что она делает отчетливыми наиболее общие, исторически инвариантные определения познания. Познание было и всегда будет диалогом человека с природой и диалогом человека с самим собой. Диалогом, в котором ни один фундаментальный вопрос не получает окончательного ответа без существенного изменения предмета беседы. В этом и состоит определение фундаментальных вопросов — они модифицируют, конкретизируют и обобщают сквозное, непреходящее содержание знания. В неизбывных коллизиях диалога, в апориях познания отображается бесконечность постижения неисчерпаемой объективной истины.

Вернемся к характеристике диалогичности познания. Уже говорилось, что классическая наука выросла в диалоге с перипатетической мыслью. В том, что можно назвать диалогом Ньютона с Аристотелем — не с Аристотелем в тонзуре, не с официальным, воинствующим перипатетизмом, окружившим себя частоколом канонизированных текстов и инквизиционными допросами, а с перипатетической мыслью, которая была куртуазней своих адептов и могла быть стороной диалога в платоновском смысле — как процесса и метода познания. Перипатетическая концепция мироздания опиралась на схему неизменных естественных мест, неподвижного центра и неподвижных границ мирового пространства. Эта статическая мировая гармония была первым звеном исторической цепи инвариантов, которая является осью всей истории науки: инвариантные положения тел (абсолютное пространство), сохраняющиеся импульсы (инерция), энергия, направление энергетических переходов (энтропия), энергия-импульс (теория относительности) и иные, более сложные инварианты, из которых каждый ограничивает и релятивирует другие.