"Математические начала натуральной философии" -- фундаментальный труд, в котором излагаются проблемы механики и всемирного тяготения. В не меньшей степени этот труд является классическим научным трудом с точки зрения обосновываемого и проведенного в нем жизнь метода научных исследований, имеющего значение не только для физиков, но и для всех прочих ученых без разбора.
Книга Ньютона появилась в 1686 году, как Венера из головы Зевса, то есть сразу в готовом виде. Среди многочисленных оставленных ученым записей -- а Ньютон привык протоколировать на бумаге каждый свой шаг, как преступник, ожидающий разоблачения и потому сверх меры озабоченный фиксацией своего алиби -- не осталось ни одной хотя бы черновой к этому фундаментальному труду.
Французский писатель Фонтенель, поражаясь этому обстоятельству, говорил, что "Начала" подобны Нилу, который показывается людям только в полном разливе и силе, и ни одному из смертных не дозволено видеть его в слабости, в истоках. Они навсегда упрятаны от нашего взгляда.
Большую роль в написании книги сыграл астроном Галлей, не только в спонсировании издания, но и предоставлении автору своих астрономических расчетов, без которых, как утверждают специалисты, труд был бы невозможен. Брат посаженного за генетику биолога Вавилова передает такой анекдот из биографии Ньютона, связанный с этими расчетами:
"Знаменитое яблоко заставило Ньютона задуматься о силе тяжести, и вскоре (т. е. в шестидесятых годах XVII в.) он уже установил, что у падения тел и движения Луны одна и та же причина. Ньютона останавливало только некоторое расхождение в значениях ускорения силы тяжести на поверхности Земли, находимых на опыте и вычисленных из лунного движения. Только в 1682 г., присутствуя на заседании Королевского Общества, Ньютон узнал будто бы о новых измерениях величины градуса меридиана, произведенных во Франции Пикаром. Вернувшись с заседания домой, Ньютон немедленно приступил к переисчислению на основании новых данных своих прежних расчетов. Волнение его при этом будто бы было так сильно, что Ньютон сам не мог кончить этих (весьма простых) вычислений и передал их своему другу. Вычисления вполне подтвердили ожидания Ньютона. "
Прямая цель "Начал" -- доказательство закона всемирного тяготения, как неизбежно вытекающего из применения принципов механики к движениям небесных тел, к достижению которой Ньютон подходит постепенно рядом последовательных хорошо продуманных шагов.
КОМПОЗИЦИЯ КНИГИ
За образец для своего труда Ньютон взял знаменитые "Начала" Эвклида и композиционно построил книгу так же, как и великий грек.
ВВЕДЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ
В вводной части Ньютон объясняет применяемые им определения основных физических понятий -- массы, количества движения, силы и пр. Это было новым словом в науке: предыдущие ученые (речь не идет о математиках) редко озабочивались тем, чтобы разъяснять, в каком смысле они понимают слова, отчего возникала часто путаница.
Ньютон, дав четкие определения основным понятиям, ввел моду отграничивать обыденное употребление слов от научной терминологии. А для того, чтобы ввести основные физические понятия, Ньютон формулирует такие философские категории как время, пространство, место и движение. Так он подобно партизану вызвал на себя огонь до сих пор не прекращающихся нападок не столько со стороны своего ученого брата физиков, сколько со стороны философов. Особую их ярость вызывали и вызывают абсолютные время и пространство.
Вселенная представляется Ньютону гигантским ящиком, у которого однако нет ни стенок, ни дна, ни покрышки и куда напиханы предметы материального мира, изменяющиеся равномерными и одинаковыми промежутками времени во всех частях. Такие представления, примитивные и очень несовершенные с точки зрения философов однако вполне достаточны для естественных наук и до сих пор правят там бал.
ФОРМУЛИРОВКА АКСИОМ -- ПРИНЦИПОВ
Желание Ньютона -- построить физику по образу и подобию геометрии -- продиктовало ученому следующий шаг. Подобно Эвклиду он формулирует аксиомы -- недоказуемые положения, которые должны быть принципами, на которых строится путем вытекающих из этих принципов теорем и лемм здание его теории. Откуда берутся эти принципы -- никто не знает. Ньютон, гордо заявлявший, что гипотез он видите ли не измышляет, в качестве принципов брал достоверные обобщенные опытные факты. Вещь весьма сомнительного методологического свойства, потому что такие "достоверные опытные принципы" -- это те же гипотезы, как не пытался от этого определения увиливать ученый.
Кроме того, как показала научная практика, на одних только "достоверных опытных принципах" далеко не уедешь. Многие положения, золотыми буквами вписанные в современную науку, не доказаны никаким непосредственным опытом, а то и вообще не доказуемы. Таково было положение волнового воззрения на природу света у Гука и Гюйгенса. Непосредственным опытом обнаружить световые волны не удается; их существование предполагается по аналогии со звуком или волнами на воде; на основании этого объясняется ряд фактов. На во многом произвольных предположениях построена и ядерная физика. Ни существования электрона, ни протона, ни тем более других частиц опытным путем так обнаружить и не удалось.
Однажды Эддингтон в компании своих друзей-ученых, за так сказать рюмкой чая, расслабленный и довольный, высказался, что только наивные люди верят, будто атомы и электроны и в самом деле существуют. Резерфорда, который был в той же компании, аж передернуло: "Как не существует. Да я вижу их. Понимаете, вижу".
Однако никто из современных ученых не смеет высказаться так категорично. И все же ядерная физика существует, и ее злобные плоды человечество уже не раз испытало на свой шкуре.
Вот те знаменитые принципы, которые Ньютон кладет в основу своей теории:
"I. Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменять это состояние.
II. Изменение количества движения пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
III. Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собою равны и направлены в противоположные стороны".
Заметим, что эти принципы все знают, но мало кто понимает до сих пор: они заучены со школьной скамьи на манер попугаев. Чтобы показать, что они далеко не очевидны, и требует для понимания немалой абстракции, приведем пример. В одном из своих писем Ньютон, к примеру, так разъясняет третий из предложенных им принципов:
"Если бы некоторое тело могло притягивать другое, расположенное поблизости, но не притягивалось бы само с такою же силой этим последним, то тело, притягивающее менее сильно, погнало бы другое перед собой, и оба они начали бы двигаться с ускорением ad infinitum (до бесконечности), что противоречит первому закону движения".
ВЫВЕДЕНИЕ СЛЕДСТВИЙ ИЗ ПРЕДЛОЖЕННЫХ ПРИНЦИПОВ
Но само по себе утверждение принципов никакого смысла не имеет, даже если они абсолютно верны: скажем, "все люди ходят вверх головой, кроме тех, кто живет на противоположной стороне Земли". Принципы должны объяснять наблюдаемые явления и вести к выводам, имеющим практическую ценность. Цель науки в конечном счете -- всё новые и новые следствия теоретического и практического значения.
Поэтому в дальнейших разделах книги Ньютона решаются ряд динамических задач, относящихся к движению материальных точек и твердых тел. Решаются основные вопросы о законе центральной силы при заданной орбите и делаются попытки подойти и к обратной проблеме. Наряду с законом обратных квадратов в этих задачах фигурируют и другие законы.
Рассматривая основные явления движения планет, возмущающие действия соседних светил, анализируя так называемые неравенства в движении Луны, явления приливов, движения комет, Ньютон всюду находит подтверждение своего общего закона.
Много места -- всю третью книгу целиком -- занимает проблема обращения Луны вокруг Земли. Ньютон утверждал, что Луна удерживается на своей орбите той же силой, что и притягивает тела к Земле. Важно, что он не просто утверждал это, как Гук или другие его предшественники, но сделал исходя из предложенным им законов расчет лунной орбиты.
Содержание "Начал" не исчерпывается принципами механики, проблемой тяготения, астрономическими задачами и теорией приливов. Во второй книге "Начал" имеется громадный материал по вопросу о движении тел в сопротивляющейся среде, о колебаниях и волнах в других телах, и впервые дана теория скорости распространения звука.
МИНИАТЮРЫ О НАУКЕ
http://proza.ru/2023/03/21/327