Файл: Семенчев, В. М. Физические знания и законы диалектики научное издание.pdf

действительный исторический процесс, причем каж­ дый момент может рассматриваться в той точке его развития, где процесс достигает полной зрелости, своей классической формы» Г

Таким образом, логический анализ настоящего по­ ложения дел в науке, сопоставление ее отдельных частей, методов, учет имеющихся в распоряжении ма­ териальных средств и экспериментальных данных может дать представление о будущем этой науки. В. И. Ленин,, говоря о развитии диалектики в буду­ щем, додчеркивал необходимость продолжения «дела Гегеля и Маркса», т. е. необходимость логического анализа прошлого с целью развития будущего знания. Сам В. И. Ленин уделил большое внимание про­ должению дела Гегеля и Маркса, чем существенным образом предопределил настоящие науки. Будущее развитие физических знаний также не является ре­ зультатом лишь игры случая, оно базируется на на­ стоящем и в определенной мере предопределяется им.

Что же в этом отношении может играть наиболее важную роль в плане предмета настоящего иссле­ дования?

Один иззамечательнейших ученых XX в., фран­ цузский физик, коммунист П. Ланжевен считал, что важнейшую роль в развитии физической мысли иг­ рает уже выработанный понятийный и математиче­ ский аппарат, общие теоретические представления современной науки, в свете которых обычно оцени­ ваются, истолковываются вновь открытые факты. До порй и времени будущее науки и определяется такой «агрессией» существующих теоретических представ­ лений. «Поскольку механические свойства наиболее непосредственно оказывают влияние на наши чувст­

173

что первые попытки объяснения мира, опиравшиеся на непосредственные данные наших чувств, были ос­ нованы на механических понятиях. Значительный ус­ пех этого способа объяснения в небесной механике в свою очередь неизбежно должен был привести к попытке распространить его на всю науку (курсив мой.— В. С.)» '.

В этой мысли Ланжевена обращает на себя вни­ мание и та сторона дела, что распространить на но­ вые факты пытаются прежде всего те теоретические представления, которые уже отмечены печатью побед, успехов. Именно значительный успех механических понятий в объяснении астрономических явлений и привел к распространению их на все природные яв­ ления.

Однако Г. Месси, пытаясь заглянуть в будущее науки с позиций современного этапа развития физи­ ческого знания, замечает: «Несмотря на широкие возможности развития перечисленных основных на­ правлений, можно ожидать, и это вполне вероятно, что наибольший прогресс будет осуществлен совсем в другой области, а именно в биофизике, где физиче­ ские методы исследования применяют для изучения живых организмов»12. Естественно, возникает вопрос, почему же можно ожидать, что «наибольший про­ гресс будет осуществлен совсем в другой области»? Очевидно, только потому, что в этой «другой области» уже получены некоторые обнадеживающие результа­ ты от применения методов, разработанных ранее и в отличной от этой области знания.

Но так или иначе П. Ланжевен и Г. Месси по су- • ществу утверждают одно и то же, а именно развитие, будущее науки как бы предопределяется ее настоящи-

Ми возможностями, теоретическими представлениями и методами последования, уже принесшими успех в познании природы.

Дж. Томсон, присоединяясь в принципе к такой точке зрения, отмечает еще одну сторону возмож­

изобретательности,— а научные принципы имеют свои пределы,— мы вправе надеяться, что в общих чертах можно предсказать направление, по которому пойдут этй открытия» '. Предсказания в развитии науки ста­ новятся более определенными в силу того, что при­ меняемые принципы имеют пределы своего приложе­ ния, пределы, которые могут определить их успех в одной области и отсутствие такового в другой.

Здесь нельзя не вспомнить замечательную мысльпрогноз Ф. Энгельса о развитии знаний на «стыках» отдельных наук. Обращает на себя внимание то важ­ нейшее обстоятельство прогноза Ф. Энгельса, что прогноз этот был сделан в условиях, когда механика еще уверенно претендовала йа роли единственной ос­ новы всех знаний о природе, а Ф. Энгельс смело под­ черкнул ограниченность ее принципов1.2

Но развитие физической мысли, по крайней мере практически, беспредельно, а принципы, лежащие в основе физических теорий, имеют пределы. Следова­ тельно, в любом прогнозировании будущего науки должно содержаться и. указание на такие пределы. История развития физической мысли подтверждает это. Успешное развитие ньютоновской механики было определено прежде всего самим ее содержанием, в котором особая роль, безусловно, принадлежит трем

1 Дж. Томсон. Предвидимое будущее, стр. 32.

2 См. Д. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. 20, стр. 567—568.

175

Законам механики. Первый из этих законов — закон инерции — был известен ib своем главном содержании еще Галилею. В «Беседах и .математических доказа­ тельствах» читаем: «Когда тело движется по горизон­ тальной плоскости, не встречая никакого сопротивле­ ния движению, то, как мы уже знаем из всего того, что было изложено выше, движение его является рав­ номерным и продолжалось бы бесконечно, если бы плоскость простиралась в пространстве без конца» ‘.

Однако данное понимание инерциального движе­ ния отличается от будущего, ньютоновского. Это от­ личие заключается в том, что плоскость, о которой идет речь у Галилея, соответствует поверхности зем­ ного шара. Поэтому исходным понятием в представ­ лениях Галилея о движении тела по инерции оказы­ вается движение, сохраняющее одинаковое расстояние от центра Земли, что придает его механике «земные масштабы»12.

В формулировке Ньютона первый закон механи­ ки гласит: «Всякое тело продолжает удерживаться в своем состоянии покоя или равномерного и прямоли­ нейного движения, пока и поскольку оно не понужда­ ется приложенными силами изменять это состояние» 3.

Таким образом, в ньютоновском понимании закона, «земные масштабы» механики преодолены и представ­ ление об инерциальном движении связано воедино с прямолинейным и равномерным движением. Современ­ ная формулировка этого закона от ньютоновской не отличается.

Второй закон ньютоновской механики является ос­ новным и звучит так: «Изменение количества движе­

1 Цит. по: Б. Г. Кузнецов. Развитие физических идей от Галилея до Эйнштейна, стр. 81.

2 См. там же, стр. 82.

3 И. Ньютон. Математические начала натуральной филосо­ фии. СПб., 1915, стр. 36.

176

ния пропорционально приложенной движущей силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует» х. Как видно из формулировки, понятие ускорения Ньютоном в законе не употребля­ ется, но поскольку в бесконечно малые промежутки времени приращение скорости, а значит, изменение количества движения пропорциональны времени, то тем самым понятие ускорения в законе явно подразу­ мевается. В дальнейшем Пуассон (начало XIX в.) сформулировал закон в такой форме, чтобы связь ускорения с приложенной действующей силой стала совершенно явной (в настоящее время закон форму­ лируется в той же форме): величина силы, действую­ щей на материальную точку, равна произведению мас­ сы точки на величину ее ускорения, а направление силы совпадает с направлением ускорения 1.2

Наконец, третий закон Ньютон выразил следую­ щим образом: «Действию всегда противостоит равное и противоположное ему противодействие, иначе гово­ ря, действие тел друг на друга противоположно». В понимании этого закона важно отметить' одно исклю­ чительно существенное обстоятельство. Действие и противодействие можно рассматривать и как силу, приложенную к телу, и как силу инерции. Поэтому, если тело I действует на тело II, то действующей силой

торая противостоит этому действию, т. е. сопротивля­ ется ему. Но для тела I действующей приложенной силой является сила инерции тела II, а противостоя­ щей ей фиктивной силой окажется сила инерции тела I. Таким образом, различие между реально дейст­

1 И. Ньютон, Математические начала натуральной филосо­ фии, стр. 37.

2 См. Н. И. Кошкин, М. Г. Ширкевич. Справочник по эле­ ментарной физике. М., 1962, стр. 21.

177

вующей и фиктивной силами оказывается относитель­ ным, они могут поменяться местами при перемене си­ стемы отсчета. Следовательно, различие между этими силами зависит лишь от того, какому из тел мы при­ писываем в данной системе отсчета истинное движе­ ние, а какое считаем неподвижно связанным с систе­ мой отсчета. Это представление об относительном ха­ рактере действующей и фиктивной сил прямо связано с относительностью всякого движения, происходящего прямолинейно и без ускорения, а поэтому связано и с формой законов, которые имеют место в данных отно­ сительно движущихся системах. Поскольку движение относительно, постольку форма законов в системах должна оставаться неизменной, инвариантной по от­ ношению к правилам преобразования одной инерци­ альной системы отсчета в любую другую.

В классической механике эти преобразования но­ сят, как известно, название преобразований Галилея и могут быть записаны в таком виде:

r = r ' + V 0t, t = f.

Итак, данная система в определенный период раз­ вития научных представлений о мире приобрела иск­ лючительный успех и наложила определенный отпе­ чаток на ход развития научных знаний. Чем же конкретно можно объяснить такой успех ньютонов­

именно связью действующей силы с ускорением (ноне со скоростью, как это полагалось со времен Аристоте­ ля до Галилея), а движения по инерции только с рав­ номерным и прямолинейным движением.

Сам факт движения Земли вокруг Солнца' говорит в пользу теории Ньютона. В самом деле, рассматри­ вая силу, вызывающую движение Земли' вокруг Срлнца в случае признания связи силы со скоростью, мы

178

кевольно должны искать причину движения Земли в направлении ее скорости. Но это ни к чему не приво­ дит, так как это направление постоянно изменяется и указывает на различные точки небосвода, где, как правило, ничего не обнаруживается. Если же рассмот­ реть точку, в которую направлено ускорение Земли, то в ней (в этой точке) постоянно оказывается Солн­ це. Для жителей Земли этот объект естественно при­ нять за причину орбитального движения.

Таким образом, ньютоновское понимание силы позволяет установить явное соответствие между не­ посредственно наблюдаемыми явлениями мира и глав­ ной кинематической характеристикой в движении Зем­ ли, ее ускорением. Два ранее не связанных между со­ бой наблюдения теперь становятся теоретически объ­ единенными. И в этом кроется прежде всего причина долговременного успеха ньютоновской механики.

Обратим' теперь внимание на тот пункт этой меха­ ники, который в дальнейшем развитии науки имел исключительно важное значение. Это—свойство си­ стемы отсчета, в которой измеряется ускорение, важ­ нейшая характеристика движущейся системы в меха­ нике Ньютона.

С одной стороны, все моменты времени во Вселен­ ной и все точки пространства Вселенной одинаковы. Так, если в любой момент времени Солнце вдруг исчезло бы, то Земля прекратила бы свое-орбитальное движение и устремилась бы в ту из точек небосвода, куда в данный момент была направлена ее скорость. Такое же допущение при утверждении связи дейст? вующей силы не с ускорением, а со скоростью привело бы, мягко выражаясь, к странному выводу, а именно Земля продолжала бы кружить вокруг той точки, в которой находилось Солнце. Но почему именно во­ круг этой точки, а не любой другой, осталось бы абсо­ лютно неясным.

179

Если все моменты времени и все точки Вселенной однородны, а их взаимное расположение относитель­ но, то относительны и скорости перемещения. А уско­ рения? Может быть, и они относительны? Ускорение существенным образом отличается от скорости, так как оно связано с действующей силой, а последняя рассматривается в механике Ньютона как нечто со­ вершенно реальное.

Следовательно, значение каждой из переменных зависит от состояния движения той системы, в кото­ рой производится их измерение, но принятыми могут быть только такие системы отсчета, в которых ускоре­ ние получает правильное значение, ибо оно имеет истинный характер. Такими системами могут, очевид­ но, быть только те, которые движутся по отношению друг к другу без ускорения. И если мы имеем две та­ кие системы (или более), то при движении их относи­ тельно друг друга в строго фиксированном положе­ нии и с постоянной скоростью, скорости, измеренные в этих системах, будут отличаться, но ускорения будут совпадать. Все эти системы, таким образом, будут приемлемы в качестве стандартных для отсчета физи­ ческих величин.

В классической механике особо выделенные систе­ мы отсчета отсутствуют, отсутствует абсолютный по­ кой и признается существование множества равно­ правных систем отсчета, каждая из которых находит­ ся в относительном (в смысле скорости) движении и в абсолютно одинаковом (в смысле ускорения) физи­ ческом состоянии. Все эти системы отсчета и носят название инерциальных. Ускорения, измеренные в этих системах, связаны с силами в соответствии со вторым законом Ньютона. Поэтому во всех этих системах ме­ ханические законы выражены в инвариантной форме, т. е. имеют один и тот же вид. Но тогда возникает естественно вопрос: все ли системы мира являются

180