Закон есть закон. Но он безупречен будет тогда, когда прочно и всесторонне обосновано узаконен. А как быть с первым законом Ньютона? На прочной ли основе он зиждется? Правильно ли его применяют вот уже несколько столетий в астрономии? Стоит ли его применять и в настоящее время для объяснения движения планет?
Как утверждал Декарт, "для того, чтобы познать истину, необходимо раз в жизни подвергнуть сомнению, насколько это возможно".
В "Физике для любознательных" Эрика Роджерса сказано так: "Правило "с горки на горку" указывает ещё на одно обстоятельство. Галилей рассмотрел 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). Хотя Галилей этого и не знал, в его руках был ключ к решению одной из загадок, связанных с движением планет. Какие силы поддерживают движение планет, Луны и других небесных тел? Что подталкивает их вдоль направления движения по орбитам? Не этот вопрос теперь можно было бы ответить: сила не нужна, так как движение этих небесных тел продолжается само по себе" стр. 167.
Вот кто усыпил дерзкое рвение мысли к познанию тайн движения планет и заморозил ее почти на четыре сотни лет. Вот сильнейший холодильник.
Почему подвергся сомнению 1 закон Ньютона
Так в чем же несостоятельность и ошибочность первого закона Ньютона? Не подвел ли Галилей Ньютона своим авторитетом? Была ли надобность Ньютону воспользоваться земным опытом Галилея? И наконец, почему неосмысленным и непроверенным приняли первый закон движения Ньютона астрономы мира, которые сделали категорический вывод, что движение небесных тело продолжается само по себе?
Поставлены эти вопросы не ради забавы. Если человек по-настоящему стремиться к познанию окружающего мира, то он должен и по серьезному отнестись к такой и подобной ей постановке вопросов, не взирая на веками установившуюся незыблемость: она по-настоящему еще не проверена, не доказана.
Что же побуждает усомниться в правильности первого закона Ньютона? Неужели столько столетий им пользовались и вдруг он оказался несоответствующим?
Каждый раньше открытый закон природы представляет собой в первую очередь ключ к познанию на сегодня неизвестного и загадочного. Голых законов, которые могли бы существовать сами по себе вне тесной связи с общим объемом явлений и последствий в материальном мире не бывает, так как не бывает явлений, которые могли бы протекать вне закона. Поэтому каждый открытый закон природы имеет свою сферу влияния и объясняет ее до такой степени исчерпывающих понятий, когда уже не имеется места для дальнейшей постановки вопросов, непосредственно касающихся его. Такой закон должен быть простым по своей структуре и доступным к полному пониманию его содержания.
Глубокий анализ условий, предшествовавших его возникновения и сферы распространения на окружающий мир, вызывает кое-какие подозрения немаловажного значения в познавательном направлении, в конечном итоге которого возникают серьезные возражения и недоверия к установившимся представлениям в астрономической науке, особенно в разделе небесной механики.
Сначала следовало бы поговорить о причинах, которые послужили к открытию и формулировке первого закона Ньютона.
Хорошо осмысливая первоначальные шаги лабораторных исследований Галилея, кое-что наводит на мысль о том, что не все согласовывается с тем, что предсказывается законом. И несмотря на столь солидный стаж существования его в обиходе, он все же не оправдывает возложенных на него "обязанностей": не дает повода к разгадке, почему не все планетные тела имеют одинаковые орбиты; почему орбита должна быть эллиптической, а не круговой; почему центр тяготения должен быть смещен в один из фокусов эллиптической орбиты; почему существуют разные виды орбит: эллиптические, параболические, гиперболические; и, наконец, что бы могло послужить первоначальным толчком к возникновению импульса движения планеты вокруг центра тяготения.
Первый закон движения Ньютона, в прописке небесной механики, говоря современным языком занимается явным очковтирательством и усыплением бдительности научной мысли, мол, все в порядке и зачем вам знать больше: движение планет вечно и бесконечно.
И все же сложившиеся последствия берут начало от Галилея.
Галилей в свое время проводил самые простейшие опыты с шариком на наклонной плоскости.
Сила авторитета сыграла свою роль на многие века. И если в настоящее время уже через 380 лет после смерти Галилея возник вопрос о пересмотре последствий его выводов, то все же следует сказать откровенно, что первоначальным виновником несостоятельности 1-го закона движения Ньютона следует считать Галилея из-за его упрямства в заблуждении.
Вот что пишет далее Эрик Роджерс о независимости движения.
"Сложение скоростей, сил и т.д. по правилу параллелограмма было только-что открыто; по существу, оно означало, что один вектор не оказывает влияния на другой - они действуют независимо и складываются геометрически. В своих экспериментах Галилей настаивал на том, что движения (и силы) не зависят друг от друга. Например, ускоренное движение по вертикали и постоянное движение по горизонтали просто складываются как векторы, одно движение не влияет на другое, которое происходит независимо. Он применил это правило к полету снарядов и показал, что их траектории являются параболами." стр. 167.
Что буде здесь ошибочным, и кто в чем виновен? Не станем поддавать анализу понятие о векторах, так как это требует отдельного исследования. Кажется, что именно они завели в заблуждение самого Галилея. Но что это был за эксперимент, который давал повод Галилею настаивать на том, что движение и сила не зависит друг от друга, покуда так и остается загадкой. Если он и проводил такие эксперименты и приравнивал к движениям небесных тел, т.е. выводы экспериментов переносил в область небесной механики, то это был неверный перенос. Позже мы увидим, как в действительности движение небесных тел зависит от влияния силы.
Непонятно, какие он имел в виду постоянное движение по горизонтали особенно в земных условиях. Да и возможно ли такое движение естественного происхождения, если он имел ввиду вместе с этим ускоренное движение по вертикали, вызванное естественным путем - путем тяготения Земли. Но если он экспериментировал ускоренное движение по вертикали в земных условиях и к тому же имел ввиду постоянное движение планет по горизонтали, то он не учел того, что и планеты движутся так же само при помощи тех же сил, которые вызывают на Земле ускоренное движение по вертикали. Но если он соединил воедино или приравнивал движение, вызванное искусственным путем (шарик на наклонной плоскости) и естественным (падение тело под тяжестью), то это был неправильный подход к постановке вопроса, что и приводило к неправильным выводам. Да и с какой целью надобно было проводить подобные эксперименты, чтобы делать неестественные выводы?
А ведь и без этого каждому было и тогда, и теперь понятно, что движение немыслимо без приложения силы. А раз так, то между ними и должна существовать какая-то зависимость.
Галилей проводил эксперименты в земных условиях и по земному делал свои выводы, а ухватились эти выводы применять в познании движения тел совсем в иных масштабах, в иной физической среде, совсем в иных условиях.
Для истории науки было бы интересно знать, кто первым подал голос перенести выводы Галилеевых экспериментов в область небесной механики. Возможно, еще ко времени Ньютона сложилась в тогдашней науке общепринятое мнение, послужившее своей авторитетностью основанием для формулировки 1-го закона движения. А поэтому, может быть, не Галилея следует обвинять за необоснованность 1-го закона движения Ньютона, а самого Ньютона, который не задумываясь, воспользовался красивыми выводами экспериментов Галилея и построил на их основании свой 1-й закон. По-видимому, авторитетные эксперименты Галилея для Ньютона были настолько очевидны и вне сомнения, что, не поддавая их всесторонней проверке, без колебаний принял результаты за истину.
Попутно следовало бы сделать и такого рода замечание. Авторитетом Исаака Ньютона воспользовался и Альберт Энштейн. Он в том же духе изложил понятие о движении тел в своей общей теории относительности с теми же ошибочными последствиями. Об этом разговор пойдет позже.
В чем Ньютон неправ
За что следовало бы упрекнуть Ньютона? Принимая на веру выводы экспериментов Галилея, он не усомнился в достоверности, чтобы поставить целый ряд вопросов, которые сами по себе напрашиваются, как только возникает необходимость применения этого закона в познании таинственностей небесной механики, который так явно выглядит голо, о чем уже упоминалось в начале изложения.
Ньютон не учел того положения, что незначительные на первый взгляд мелочи, могут привести к серьёзным подозрениям. "Если на тело не действует сила, то оно продолжает двигаться с постоянной скоростью (по прямой)". Это всего лишь вывод из эксперимента, проводимого в земных и сугубо земных условиях, а не в космосе. Но этот вывод не может быть так сразу превращен в закон хотя бы по той маленькой мелочи - "по прямой". Это первая зацепка.
Спрашивается, о каких планетах может быть разговор, чтобы они существовали вне поля тяготения? А если идет разговор о планетах Солнечной системы, то каждая из них в обязательном порядке должна быть в плену солнечного тяготения и чувствовать на себе воздействия сил его. Солнце притягивает к себе каждую планету и удерживает ее на круговой орбите. А если притягивает, то это уже само говорит, что на планету действуют какие-то силы. Да и немалая сила воздействия со стороны Солнца. Если верить, то "притяжение между Солнцем и Землей невероятно велико - его может заменить разве что стальной канат с диаметром, равным поперечнику Земли". (Э.Роджерс. стр. 301). И планета движется уже не по прямой, чего требует первый закон движения Ньютона. Вот это первое, что идет вразрез из законом. Второе, что не согласовывается с формулировкой закона то, что каждая планета движется по своей орбите с непостоянной скоростью, а закон требует движения с постоянной скоростью. И третье то, что изменяющаяся скорость движения по орбите как раз и зависит от воздействия центра тяготения - от Солнца.
Неужели этого не мог заметить Ньютон или кто-нибудь из других астрономов уже на протяжении более трех сот лет?
Ведь все хорошо знают, что Земля движется по орбите вокруг Солнца и что это движение неравномерное: быстрое оно в перигелии, медленнее - в апогее, а говорят официально языком науки, что Земля, как и другие планеты Солнечной системы, движется согласно первого закона движения Ньютона. Где же логика, где же самокритический анализ собственных суждений? И что же здесь сыграло роль: неглубокомысленное отношение или же обманчивая видимость движения планет с постоянной скоростью уже более трех сот со времени Ньютона? Неглубокомысленное над сформулированным законом, который так хорошо согласовывается с явной видимостью и не утруждает с какой-нибудь непонятностью.
Процессы, происходящие между Землей и Солнцем
Для полного представления о механизме влияния сил гравитации Солнца следовало бы хорошенько поразмыслить, как и в каких направлениях прилагает их центр тяготения. Сказать попросту - центр тяготения отклоняет тело от прямолинейного движения, т.е. оттягивает в сторону на себя не будет полностью осмысленным понятием во всех его подробностях. Создается впечатление как будто бы отклонение движения Земли от прямолинейного к круговому пустяковое дело, не играющее какой-либо роли в нарушении стремительного полета планеты. Но если повнимательнее представить себе весь механизм этого взаимодействия в системе, то становится понятным, что помимо простого отклонения Земли от прямолинейного движения должно происходить еще и торможение.
Ведь в самом деле, между Землей и Солнцем происходит противоборство и при том огромнейшей силы, что бы планета удержалась на орбите (припомним о стальном канате). Спрашивается, откуда Земля должна черпать энергию, чтобы устоять в этом противоборстве? Не за счет ли своего стремительного движения вперед (30 км/с)? Не за счет ли того, что инерционная масса планеты стремится сохранить прямолинейное и только прямолинейное движение? Не потому ли, что она движется по закону инерции? Ведь этот закон динамики и без лишних комментариев понятен: чем стремительнее мчится тело, тем прямее и равномернее его путь движения. Значить, на это противоборство и должно быть (истрачена) израсходовано соответственно определенное количество энергии. Из какого арсенала? Только из ее общей суммы кинетической энергии! А если взаимно-притяжение между двумя центрами гравитации происходит беспрерывно, то и беспрерывно должна исчерпываться энергия кинетического движения Земли.
Логически, кинетическая энергия планеты все время должна убывать, а вместе с ней должно и замедляться ее поступательное движение, т.е. планета должна двигаться все медленнее и медленнее из года в год. Но замечаем ли мы это замедление? Нет. Планета движется на орбите равномерно и никаких отставаний не обнаруживается.
В чем же дело? Если такой механизм взаимодействия между Землей и Солнцем в действительности имеет место, то возникает новое недопонимание: откуда Земля черпает энергию для стабильного движения по орбите? Откуда она берет силу для погашения истраченной энергии на противоборство? Солнце своим притяжением отнимает часть энергии из кинетического запаса Земли. А кто ей дает обратно? За счет чего она восполняется?
Как одно, так и другое - неопровержимые доказательства из области земной механики. Парадокс. Здесь мы подошли к кричащей несогласованности.
А если появляется парадоксальное состояние вполне реальных обстоятельств исследования, то это уже говорит о чем-то необычном, которое в то же время нам кажется вовсе обычным, знакомым и хорошо понятным.
И если пересчитать еще раз, то и в самом деле все выглядит обычным: Солнце влияет на Землю своим тяготением и удерживает ее на орбите - факт. Тела, движущиеся с большой скоростью, стремятся только к прямолинейному движению - закон. Но между фактом и законом вместо согласованности возникает противоречивость. По-видимому, здесь чего-то не хватает или что-то мы не так понимаем.
Нетерпеливому все это может показаться, как лишняя затея, так как мы привыкли думать о всем уже улаженном: "никакие силы здесь не нужны, так как движение Земли продолжается само по себе".
Да, было бы все понятно, если бы планеты двигались по прямой линии и вне поля тяготения, где бы отсутствовали влиятельные силы торможения их поступательных движений. Этого-то и не подозревали законодатели небесной механики.
Энгельс в свое время сказал: "Ньютоновское тяготение ... не объясняет, а представляет наглядно современное состояние движения планет". Но как видим, и в этой предоставленной наглядности еще не все гладко.
Не будет ошибкой, если скажем точно так же само и о Йоганне Кеплере: он тоже предоставляет наглядно современное движение планет, но не объясняет.
- "Каждая планета движется по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце". Почему? Он не объяснил.
- "Радиус-вектор (линия, соединяющая Солнце и планету) описывает за равные промежутки времени ровные площади". Почему? Он не объяснил.
- "Квадраты периодов обращения планет пропорциональны кубам их средних расстояний от Солнца". Почему? Ни он, ни кто другой не объяснил этих загадок.
Для того, чтобы осмысленно понять законы движения небесных тел, т.е. дать объяснения законов Ньютона прежде всего необходимо отыскать объяснение законов Кеплера. Ведь и Ньютон выводил свои законы на основе законов Йоганна Кеплера. Но, увы!
Постановка вопросов такова: сформулированные законы Кеплера не изменять, а лишь поставить в виде вопросительных предложений, т.е. с добавкой слова "почему?".
Путеводным понятием в исследовании должен быть уже рассмотренный вопрос: откуда берутся восполняющие силы для движения планеты на орбите, если солнечное тяготение все время оказывает тормозящее действует на стремительное движение планеты?
Здесь мы можем воспользоваться уже имеющимися знаниями о законах движения тел в земных условиях т.е. применить законы механики земной в познании законов механики небесной.
Перевод с Про перший закон Ньютона та його наслідки для небесної механіки
