Концептуальные основания физики, страница 3

Также как и Евклид вводит свои аксиомы (например, в природе нет идеальных окружностей или треугольников), Галилей сумел придумать опыты, в которых влияние сил замедляющих движение, оказывается несущественным, а свойства процесса падения раскрываются из аналогии со скольжением по наклонной поверхности. И сумел провести эти опыты не для примитивного наблюдения, а для того, чтобы понять, что могло бы быть в идеале (например, при отсутствии сил трения).

Но самое мощное теоретическое обобщение в механической картине мира – закон всемирного тяготения, созданного Ньютоном как завершение законов Кеплера относительно движения планет. Этот закон является воплощением единства математики и физики, он создан для описания многокачественного мира тел, движений, сил, энергий и т.п., но имеет форму абсолютной математической идеализации.

Б) Механика Ньютона. Соединение этих разнонаправленных задач и методов Ньютон считал важнейшим делом механики. В «Предисловии» к первому изданию своих «Начал» он писал, что намерен «заниматься тем, что относится к тяжести, легкости, упругости и тому подобным притягательным и напирающим силам. Поэтому и сочинение это … предлагается [им] как математические основы естествознания. Ведь вся трудность естествознания … состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления».

Основоположения механики Ньютона составляют три закона и два положения относительно  пространства и времени (о последних речь будет идти в следующем разделе). Первые два закона можно рассматривать как обобщение открытий Галилея.

1. Всякое тело пребывает в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, до тех пор, пока действующие на него силы не изменят его состояния. Или: материальная точка в отсутствие действия на нее сил или при взаимном их уравновешивании  покоится или находится в состоянии равномерного прямолинейного движения. 2. Произведение массы тема на его ускорение равно действующей силе, а направление ускорения совпадает с направлением силы. Или: скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе. Или: под воздействием силы тело начинает двигаться с ускорением, по формуле  a = F/m. 3. Действию всегда соответствует равное и противоположно направленное противодействие. Или: две материальные точки действуют друг на друга с силами F₁ и F₂, которые численно равны и противоположно направлены вдоль прямой, соединяющей эти точки.

Первый закон может рассматриваться как частный случай второго, если ускорение равно нулю. Но на самом деле первый закон необходим. Поскольку он устанавливает характер систем отсчета в механике. Такими системами являются инерциальные системы, т.е. такие, которые не подвергаются воздействию не уравновешивающих друг друга внешних сил.

Первый закон утверждает, что такие системы есть, и что они имеют определяющее значение в строении мира. Инерциальная система отсчета может становиться неинерциальной (когда, например, равномерно движущийся поезд останавливается), но всегда наблюдатель или точка отсчета может быть перенесена в другую инерциальную систему (например, на платформу).

Убеждение в доминантном значении свойства инерции становится главной  мировоззренческой аксиомой механической картины мира и формирует представление о мире как упорядоченном и стабильном целом. Поэтому определение исходных понятий в «Началах» Ньютона начинается с массы. Масса – это количество материи в теле. «Количество материи в теле есть мера таковой, устанавливаемая пропорционально плотности и объему ее». Плотность – это «заполненность» тела твердыми частицами некоей «первичной» материи», которая при умножении на объем тела даст «общее количество первичной материи».

Но мир не является, конечно, воплощенным в массе  покоем (до мертвенности). Он только устроен так, что в нем неизменное состояние не требует для своего подержания никакой причины, для изменения же состояния должна быть причина. Поэтому не масса, а силы и движения являются определяющими характеристиками мира. Согласно ньютоновским законам  «состояние» (в смысле механики) – это количество движения (mv, где скорость – векторная величина) или импульс тела. Его изменение требует силы, пропорциональной ускорению.