Незыблемость законов классической механики Галилея-Ньютона, которые просуществовали почти четыре века, все же стала разрушаться. Наибольшее достижение в данном направлении – это отсутствие их в школьных учебниках. С позиции новейших достижений, игнорирование данной классики уже не вызывает тех эмоций, которые были во времена их безоговорочного лидирования. Уже тогда были сомнения в их правоте, и попытки их защитить. Примечательным будет положение в данной области полувековой давности, когда на фундаменте классической механики изредка, но появлялись трещины.
Если бы не сила консервативности...
Бурное развитие науки и техники подтолкнуло к пересмотру некоторых взглядов на классическую механику, что в свою очередь привело к постепенному, но все же уверенному нивелированию ее основных законов. Обратимся к небольшой работе того времени, которая по своему содержанию представляет собой всего лишь кратенький в сжатой форме критический анализ состояния классической механики. Статья Владимира Околотина "Привычные парадоксы механики" интересна тем, что в ней затрагивается вопрос пересмотра многих устаревших представлений в области механики, главным образом о движении и его законах.
Мысли Околотина вполне заслуживают особого внимания для глубоких размышлений над вопросами теоретической механики и противоречащей ей практики. А поэтому будет целесообразным более подробно потолковать с читателем о некоторых законах классической механики Галилея-Ньютона.
Первым вопросом В. Околотин ставит: "Незыблемость или консерватизм?" Но определенного ответа, то или другое, он не дает, только подводит читателя к пониманию того, что в научном мире "...все чаще раздаются голоса о неизбежности революционных потрясений в реликтовом саду механики...", что даже видные ученые сомневаются в достоверности ее законов.
На эту постановку вопроса - незыблемость или консервативность - можно сразу дать однозначный и уверенный ответ: консервативность! А незыблемость законов всего только кажущаяся и только по причине незыблемости самой консервативности.
Если над тайнами движения человечество задумывается уже около каких-нибудь четырех тысяч лет, то можно представить себе, сколько за это время возникало разнообразных предположений и суждений приемлемых и неприемлемых, заслуживающих внимания и ложных. А из этого разнообразия мнений о природе движения усваивались наиболее приемлемые для некоторой степени понимания, на какое-то время утверждались, как будто правильные; потом новыми заменялись, которые уже в большей степени подтверждались опытом или наблюдениями. Не менее важную роль в науке играло то положение, кто впервые высказывал свое мнение о сущности движения - авторитет или какой-нибудь простак. Не обошлось в науке и без традиционного учения, корни которого берут начало еще в седой древности.
Уместно вспомнить слова А.Д. Александрова: "Важная характерная черта научной убежденности - ее критический характер, требование доказательств. Есть и простой способ вырабатывания у людей некоторой убежденности: им повторяют одно и то же по много раз, и люди начинают привыкать и верить в то, что им говорят". Как раз этот простой способ вырабатывания убежденности имел и имеет место даже на сегодня в механике Галилея-Ньютона.
Если даже поверхностно просмотреть историю развития учения о движении, то еще древнегреческий философ и мыслитель Аристотель и другие высказывали мысль о существовании в природе прямолинейного и равномерного движения. И несмотря на прошедшие тысячелетия, мы и сегодня повторяем одно и то же. Как думали и представляли себе суть этого движения древние философы, точь-в-точь такого же мнения придерживаемся и мы.
Ярким примером простого способа вырабатывания убеждений, что представляет собой движение в соку законов классической механики и были школьные учебники по физике, не говоря уже о солидных трудах по механике.
Несмотря на то, что Галилей во всем возражал Аристотелю, был яростным противником его воззрений, но Аристотелево мнение о прямолинейном и равномерном движении, как о естественном состоянии тел, он усвоил довольно прочно и подкрепил это своим "знаменитым" опытом движения шарика по наклонной плоскости под названием "С горки на горку". Как убедил Галилей в свое время научный мир в том, что тела могут двигаться прямолинейно и равномерно до бесконечности, в таком непоколебимом виде это убеждение дошло вплоть до наших дней. Он убедил в том, что естественным состоянием физических тел есть движение и покой. В таком содержании это понятие позже и утвердилось законом Ньютона.
Какую огромную силу влияния Галилеево убеждение о природе движения имело на Ньютона, мы можем только теперь это почувствовать. Ньютон, не подвергая сомнению эти убеждения, узаконил результаты его опытов, создал свой 1-й Закон движения, впоследствии твердо названный Законом инерции как фундаментальным законом природы.
Как видим, Галилеево мнение главенствует в науке уже около четырех веков (около трех - в виде закона). А сколько за это время свершилось новых открытий и достижений в области науки и техники - в самой области механики. А законы движения из механики Галилея-Ньютона этого так и не почувствовали на себе всего этого точно так же, как и возросшая наука и техника не почувствовала их влияния на всем своем пути прогрессивного развития.
Чтобы яснее понять, как высоко ценим опыт Галилея и в наше время, приведем пример из научной литературы.
"Правило "с горки на горку" указывает еще на одно обстоятельство. Галилей рассматривал предельный случай, когда второй холм горизонтален, т.е. склон отсутствует. Тогда шар, скатившись с первого холма, должен продолжать свое движение по горизонтали бесконечно долго. Таким образом, Галилей открыл сущность первого закона движения Ньютона. Если на тело не действует сила, то оно продолжает двигаться с постоянной скоростью (по прямой)". (Э. Роджерс "Физика для любознательных"). А какова выгода для науки из этого опыта, ученый мир так и не задумывался.
И действительно, как заметил В. Околотин в своей статье "Ньютоновы законы, как скалы устояли в новомодных тайфунах".
Безусловно, что только из-за незыблемо охраняемой стойкости "сложилось такое положение, когда классическая механика стала выглядеть тщательно оберегаемым заповедником в толчее современной жизни".
И вот постает вопрос: это - незыблемость или консервативность? Безусловно, что это - консервативность, которая по долгу времени переросла в традицию.
Реального подтверждения классических законов не существует
Раскрыв любой учебник физики или солидный труд по механике, нигде не отыщешь реального примера из повседневной жизни, который подтвердил бы достоверность формулировки 1-го закона Ньютона, особенно его вторую часть. Ну, читатель, приведи же сам по своему усмотрению пример из жизни, опыта, явлений природы, чтобы тело двигалось с постоянной скоростью по прямой беспредельно долго без приложения к нему силы! А ведь закон утверждает это!
Если кто-то из популяризаторов науки ведет разговор о первом законе механики, то кроме опыта Галилея с наклонными плоскостями и катящимся по них шариком, ничем больше не может подкрепить.
Окружающий нас мир насыщен разнообразным движением. Но первый закон механики - закон инерции - фундаментальный закон природы, его величество, наконец, ни одного какого-либо вида движения не в силах объяснить, почему это происходит именно так, а не иначе. Где естественная связь между причинностью и следствием. А ведь это естественная неразрывная связь.
Первый закон Ньютона "обслуживает" только покой или прямолинейное и равномерное движение. А если касается вопрос движения тела, например, по окружности, он к этому движению не причастен. А ведь это тоже движение.
Не потому ли сложилось такое противоречивое положение в механике, что вывод Галилея, послуживший Ньютону основанием для формулировки первого закона механики - закона движения не только является сомнительным, но и вовсе неверным?
Анализируя опыт Галилея с наклонными плоскостями и продолжая его мысленно (так же само, как это делал сам Галилей), ученые сетуют на невозможность практической проверки его за пределами Земли, т.е. в космическом пространстве. А почему именно шарик не хочет катиться по идеально горизонтальной плоскости равномерно и беспредельно долго в земных условиях, они отыскивают целый ряд причин, тормозящих движение: силу трения, силу сопротивления воздуха и т.д., и т.п. И прямо-таки утверждают, что если бы не эти тормозящие причины и плоскость простиралась во Вселенную до бесконечности, то и шарик продолжал бы начатое им движение равномерно и прямолинейно до бесконечности.
Движение галилеевского шарика в принципе невозможно
Пусть такого ошибочного взгляда не осмысливал Галилей, не будем упрекать Ньютона за доверие Галилею, но современный естествоиспытатель, обогащенный столь новейшими знаниями и понятиями, все-таки смог бы сделать самые элементарнейшие сопоставления средневековой теории со свежими знаниями фактов и минимум хотя бы усомниться в достоверности галилеевских выводов? Нет, этого не делалось, наверное потому, чтобы сохранить его красивый первозданный девственный вид и не сделать преступления перед наукой. А если бы этот закон не был бы "тщательно оберегаемым заповедником", то "новомодные тайфуны" уже давно бы накрыли его волной.
Чтобы понять несостоятельность существующих ныне теоретических взглядов на природу движения, особенно в наше время, следовало бы повнимательнее разобраться в нескольких примерах из современных достижений в той же самой области механики - в области техники.
Галилей экспериментировал с медленно катящимся шариком по наклонной и по горизонтальной плоскости. Из этого единственного опыта сделано общий вывод для всей механики и, как видать, с уверенностью навсегда. А ведь мы-то сейчас располагаем космическими скоростями физических тел - ИСЗ, космические корабли, межпланетные станции! Основано ли движение этих тел на первом законе механики? Нет! Это движение таковым законом не обосновывается! Даже не ученый, но хотя бы немного смыслящий в технике, и тот скажет, что здесь что-то не то, не гармонирует, не увязывается слово с делом. Почему-то необходима многомиллионная мощность двигателей ракеты-носителя, чтобы вывести космический корабль на околоземную орбиту. И при том эти корабли движутся со скоростью 8 км/с, а не каких-нибудь 60-80 см/с, и все же не уходят по прямой в бездонное пространство Вселенной. К тому же, там отсутствует и трение, и сопротивление воздуха...
Уже практически доказано, что и первой космической скорости недостаточно для прямолинейно и бесконечно равномерного движения в космическом пространстве. Нужна вторая космическая скорость (11 км/с), чтобы хотя сравнительно небольшой отрезок пути пролететь по приблизительно прямой и то только в пределах Солнечной системы, т.е. от планеты к планете. Однако, и такая траектория движения станции будет иметь вид изогнутой линии, а не прямой. Спрашивается, какая же тогда необходима скорость, чтобы вырваться в простор Вселенной из оков Солнечной системы? Скорость катящегося шарика? Воображаемой беспредельно длинной плоскости? А ведь гостьи-то далеких пространств Вселенной мчаться со скоростью в сорок и более километров в секунду и те не в силах удерживать свое прямолинейное и равномерное движение вблизи нашего светила! А таких светил - посмотри на небо ясной безлунной ночью - миллиарды вокруг! Какая же тогда должна быть скорость катящегося шарика, чтобы ничего на него не влияло и ни на что он не реагировал, а только равномерно и прямолинейно двигался беспредельно и бесконечно?
Логический смысл законов механики под вопросом
Как понять логический смысл галилеевского закона инерции, т.е. смысл 1-го закона Ньютона? Как именно его содержание вкладывается в логическое суждение над фактами? Соответствует ли формулировка действительности хотя бы только согласно этим примерам? Но этой очевидности естествоиспытатели почему-то не замечали. Не потому ли, что уж больно глубоко засело в сознании понятие почти четырехсотлетней давности? Когда же осмысливать настоящее время? В следующем веке? Не консервативность ли это явная? О незыблемости уж яснее не скажешь, чем эти факты. "Факт служит той архимедовой точкой опоры, при помощи которой сдвигаются с места самые солидные теории" (Макс Планк). Налицо теория, налицо и факты. Чему верить! Где истина?
Продолжим: "...если на тело не действует сила..." Можно ли с этим утверждением соглашаться и принимать его за реальность? Нет! Здесь бы снова обратился б к читателю, чтобы назвал хотя бы одну единственную вещь во всей Вселенной, не говоря уже на Земле, в виде физического тела, чтобы на нее не действовала никакая сила. Таких вещей не существует, а тем более на нашей планете. А ведь мы повседневно пользуемся движением, живем сами в мире движения. И на все эти движущиеся тела не действует никакая сила? Каждое тело подвержено воздействию силы и первым долгом вездесущей силы - силы гравитации и покоряемое ею. А согласно формулировки 1-го закона Ньютона складывается понятие, что никакие силы не действуют на тело, когда оно движется и его движение вообще вне законов силы. Пусть Галилей этого не мог понять: это ему было не под силу. Но почему Ньютон не заметил Галлиевой ошибки? В его руках были все основания к этому не допустить, когда он открыл закон Всемирного тяготения. Нельзя же сказать, что свой закон не-осмысленно воспринимал. Он его прекрасно понимал и понимал его роль в космическом пространстве. Наверное, и тогда имела силу консервативность.
Красивое убеждение становится сильнее наглядности и не дает поводу к сомнению. Ну, а позже, хотя бы уже в 23 веке? Не говорит ли все это еще раз о каком-то непонятном консервативном отношении в науке к приемлемым идеям, кажущимися правдоподобными на первый взгляд?
Законы классической механики опровергаются теоретически и практически
Не надо быть астрономом, чтобы иметь понятие о той истине, что каждое крупное материальное образование в виде звезд или планетных тел обладает гравитационным полем, т.е. обладает способностью притягивать к себе другие тела. А это значит, что все пространство Вселенной заполнено силами тяготения как общего фона, так и его локализованными центрами. Тот, кто продлевает жизнь ныне существующего закона инерции, наверное, и знает о законе всемирного тяготения, сущность которого: притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния от центра тяготения. Но это еще не значит, что где-то, в каком-то далеком углу космического пространства могут быть ничейные зоны, куда не дотягивается никакое поле тяготения. Если туда, предположим, недостает поле тяготения ближайшей звезды, то там все равно господствует поле тяготения центра Галактики, которое неустанно управляет движением звезд. Так что силы тяготения на всякое тело действуют везде и вездесуще. Но действие сил гравитации на одно и то же тело может быть не везде одинаковым, как даже на самой планете Земля, так и в межзвездном пространстве. А это уже весомый факт, противоречащий прямолинейному и равномерному движению до бесконечности. То, что раньше можно было доказать только теоретически, теперь, когда человек начал практически осваивать космическое пространство, это стало неоспоримым доказательством. Например, с Земли запущено искусственный спутник Вселенной с такой космической скоростью, которая позволяет ему оставить пределы Солнечной системы. Будет ли он вечно двигаться по прямой с неизменной скоростью? Нет, не будет. Пролетая сквозь пределы поля тяготения Солнца, он беспрерывно будет испытывать либо отклонение от прямолинейности движения, либо тормозное воздействие его сил гравитации в зависимости от начального направления запуска. А торможение скорости уже будет уменьшать ее величину и нарушит равномерность движения. И вообще, в каком бы направлении этот гипотетический спутник Вселенной не двигался, он должен двигаться по направлению вездесущих звезд: либо напрямик на звезду, либо в сторону от нее. И попадает он снова под гравитационное воздействие ближайшей звезды, которая и начинает выполнят свою работу: либо ускорять бег спутника Вселенной, если он точно мчит по курсу движения звезды, либо искривлять траекторию его движения в сторону наиболее влиятельного центра тяготения. И в том, и в другом случае неизбежное нарушение как прямолинейности, так и равномерности движения.
Как видим, нет никаких оснований уверенно считать о возможности бесконечного прямолинейного и равномерного движения тел, как на Земле, так и в пространстве Вселенной.
Из этих простых логических рассуждений под достоверными фактами явлений природы становится понятным, что незыблемость закона Ньютона здесь ни при чем: ему не на что опереться, он - без фундамента. Так что, все дело остается за консервативностью: то ли нежелание было поглубже поразмыслить над содержанием формулировки, то ли искреннее доверие к авторитету как одному, так и другому, столь много ценного сделавших для развития науки во многих ее областях.
Перевод с Помилкові точки опори класичної механіки