Непорушність законів класичної механіки Галілея-Ньютона, які проіснували майже чотири століття, все-таки почала руйнуватися. Найбільше досягнення у цьому напрямі – відсутність їх у шкільних підручниках. З позиції нових досягнень, ігнорування цієї класики не викликає тих емоцій, які були за їх беззастережного лідирування. Вже тоді були сумніви щодо їхньої правоти, і спроби їх захистити. Примітним буде становище у цій галузі півстолітньої давності, коли фундаменті класичної механіки зрідка, але з'являлися тріщини.
Якби не сила консервативності...
Бурхливий розвиток науки і техніки підштовхнув до перегляду деяких поглядів на класичну механіку, що у свою чергу призвело до поступового, але все ж таки впевненого нівелювання її основних законів. Звернемося до невеликої роботи того часу, яка за своїм змістом є всього лише коротким у стиснутій формі критичний аналіз стану класичної механіки. Стаття Володимира Околотина "Звичні парадокси механіки" цікава тим, що в ній порушується питання перегляду багатьох застарілих уявлень у галузі механіки, головним чином про рух та його закони.
Думки Околотина цілком заслуговують на особливу увагу для глибоких роздумів над питаннями теоретичної механіки і суперечить їй практики. А тому буде доцільним докладніше поговорити з читачем про деякі закони класичної механіки Галілея-Ньютона.
Першим питанням В. Околотін ставить: "Непорушність чи консерватизм?" Але певної відповіді, те чи інше, він не дає, тільки підводить читача до розуміння того, що в науковому світі "... все частіше лунають голоси про неминучість революційних потрясінь у реліктовому саду механіки...", що навіть видні вчені сумніваються у достовірності її законів.
На цю постановку питання – непорушність чи консервативність – можна одразу дати однозначну та впевнену відповідь: консервативність! А непорушність законів лише здається і лише через непорушність самої консервативності.
Якщо над таємницями руху людство замислюється вже близько якихось чотирьох тисяч років, то можна уявити собі, скільки за цей час виникало різноманітних припущень і суджень прийнятних і неприйнятних, які заслуговують на увагу і хибних. А з цієї різноманітності думок про природу руху засвоювалися найбільш прийнятні для певної міри розуміння, на якийсь час стверджувалися, начебто правильні; потім новими замінювалися, які вже більшою мірою підтверджувалися досвідом чи спостереженнями. Не менш важливу роль у науці відігравало те становище, хто вперше висловлював свою думку про сутність руху - авторитет або якийсь простак. Не обійшлося в науці і без традиційного вчення, коріння якого беруть початок ще в сивій старовині.
Доречно згадати слова А.Д. Александрова: " Важлива характерна риса наукової переконаності - її критичний характер, вимога доказів. Є й простий спосіб розвитку в людей певної переконаності: їм повторюють те саме багато разів, і починають звикати і вірити у те, що їм говорять " . Саме цей простий спосіб розвитку переконаності мав і має місце навіть сьогодні в механіці Галілея-Ньютона.
Якщо навіть поверхово переглянути історію розвитку вчення про рух, ще давньогрецький філософ і мислитель Аристотель та інші висловлювали думку про існування у природі прямолінійного і рівномірного руху. І незважаючи на минулі тисячоліття, ми й сьогодні повторюємо одне й те саме. Як думали і уявляли собі суть цього руху давні філософи, точнісінько такої ж думки дотримуємося і ми.
Яскравим прикладом простого способу розвитку переконань, що є рух у соку законів класичної механіки і були шкільні підручники з фізики, не кажучи вже про солідні праці з механіки.
Незважаючи на те, що Галілей у всьому заперечував Аристотелю, був лютим противником його поглядів, але Арістотелева думка про прямолінійний і рівномірний рух, як про природний стан тіл, він засвоїв досить міцно і підкріпив це своїм "знаменитим" досвідом руху кульки по похилій площині під назвою "З гірки на гірку". Як переконав Галілей свого часу науковий світ у тому, що тіла можуть рухатися прямолінійно і рівномірно до нескінченності, у такому непохитному вигляді це переконання дійшло аж до наших днів. Він переконав, що природним станом фізичних тіл є рух і спокій. У такому змісті це поняття згодом і утвердилося законом Ньютона.
Яку величезну силу впливу Галілеєва переконання про природу руху мало на Ньютона, ми можемо лише тепер це відчути. Ньютон, не ставлячи під сумнів ці переконання, узаконив результати його дослідів, створив свій 1-й Закон руху, згодом твердо названий Законом інерції як фундаментальним законом природи.
Як бачимо, думка Галілеєва панує в науці вже близько чотирьох століть (близько трьох - у вигляді закону). А скільки за цей час відбулося нових досягнень та відкриття у галузі науки та техніки – у самій галузі механіки. А закони руху з механіки Галілея-Ньютона цього так і не відчули на собі всього цього так само, як і зросла наука і техніка не відчула їхнього впливу на всьому своєму шляху прогресивного розвитку.
Щоб ясніше зрозуміти, наскільки високо цінуємо досвід Галілея і в наш час, наведемо приклад із наукової літератури.
"Правило "з гірки на гірку" вказує ще на одну обставину. Галілей розглядав граничний випадок, коли другий пагорб горизонтальний, тобто схил відсутній. , Галілей відкрив сутність першого закону руху Ньютона. Якщо на тіло не діє сила, воно продовжує рухатися з постійною швидкістю (по прямій) ". (Е. Роджерс "Фізика для допитливих"). А якою є вигода для науки з цього досвіду, вчений світ так і не замислювався.
І справді, як зауважив В. Околотін у своїй статті "Ньютонові закони, як скелі встояли в новомодних тайфунах".
Безумовно, що тільки через непостійно охоронювану стійкість "склалося таке становище, коли класична механіка стала виглядати заповідником, що ретельно оберігається, в штовханині сучасного життя".
І ось постає питання: це – непорушність чи консервативність? Безумовно, що це – консервативність, яка за довгим часом переросла в традицію.
Реального підтвердження класичних законів немає
Розкривши будь-який підручник фізики або солідну працю з механіки, ніде не знайдеш реального прикладу з повсякденного життя, який би підтвердив достовірність формулювання 1-го закону Ньютона, особливо його другу частину. Ну, читачу, наведи ж сам на власний розсуд приклад із життя, досвіду, явищ природи, щоб тіло рухалося з постійною швидкістю по прямій безмежно довго без докладання до нього сили! Адже закон стверджує це!
Якщо хтось із популяризаторів науки веде розмову про перший закон механіки, то крім досвіду Галілея з похилими площинами і кулькою, що котиться по них, нічим більше не може підкріпити.
Навколишній світ насичений різноманітним рухом. Але перший закон механіки - закон інерції - фундаментальний закон природи, його величність, нарешті, жодного виду руху не може пояснити, чому це відбувається саме так, а не інакше. Де природний зв'язок між причинністю та наслідком. Адже це природний нерозривний зв'язок.
Перший закон Ньютона "обслуговує" лише спокій або прямолінійний та рівномірний рух. А якщо стосується питання руху тіла, наприклад, по колу, воно до цього руху не причетне. Адже це теж рух.
Чи не тому склалося таке суперечливе становище в механіці, що висновок Галілея, який послужив Ньютону основою формулювання першого закону механіки - закону руху як сумнівний, а й зовсім неправильним?
Аналізуючи досвід Галілея з похилими площинами і продовжуючи його подумки (як і це робив сам Галілей), вчені нарікають на неможливість практичної перевірки його поза Землі, тобто. у космічному просторі. А чому саме кулька не хоче котитися ідеально горизонтальною площиною рівномірно і безмежно довго в земних умовах, вони відшукують цілий ряд причин, що гальмують рух: силу тертя, силу опору повітря і т.д., і т.п. І прямо-таки стверджують, що якби не ці причини, що гальмують, і площина простягалася у Всесвіт до нескінченності, то і кулька продовжувала б розпочатий їм рух рівномірно і прямолінійно до нескінченності.
Рух галілеївської кульки в принципі неможливий
Нехай такого помилкового погляду не осмислював Галілей, не будемо дорікати Ньютона за довіру Галілею, але сучасний натураліст, збагачений такими новітніми знаннями і поняттями, все-таки зміг би зробити найпростіші зіставлення середньовічної теорії зі свіжими знаннями фактів і мінімумів. висновків? Ні, цього не робилося, мабуть тому, щоб зберегти його гарний первозданний вигляд і не зробити злочину перед наукою. А якби цей закон не був би "заповідником, що ретельно оберігається", то "новомодні тайфуни" вже давно б накрили його хвилею.
Щоб зрозуміти неспроможність існуючих нині теоретичних поглядів на природу руху, особливо в наш час, варто було б уважніше розібратися в кількох прикладах із сучасних досягнень у тій самій галузі механіки - в галузі техніки.
Галілей експериментував з кулькою, що повільно котиться, по похилій і по горизонтальній площині. З цього єдиного досвіду зроблено загальний висновок для всієї механіки і, мабуть, з упевненістю назавжди. Адже ми зараз маємо космічні швидкості фізичних тіл - ШСЗ, космічні кораблі, міжпланетні станції! Чи започатковано рух цих тіл на першому законі механіки? Ні! Цей рух таким законом не обґрунтовується! Навіть не вчений, але хоча б трохи тямить у техніці, і той скаже, що тут щось не те, не гармоніює, не ув'язується слово зі справою. Чомусь потрібна багатомільйонна потужність двигунів ракети-носія, щоб вивести космічний корабель на навколоземну орбіту. І при тому ці кораблі рухаються зі швидкістю 8 км/с, а не якихось 60-80 см/с, і все ж таки не йдуть по прямій у бездонний простір Всесвіту. До того ж там немає і тертя, і опір повітря.
Вже практично доведено, що першої космічної швидкості недостатньо для прямолінійно і нескінченно рівномірного руху на космічному просторі. Потрібна друга космічна швидкість (11 км/с), щоб хоч порівняно невеликий відрізок шляху пролетіти приблизно прямий і лише у межах Сонячної системи, тобто. від планети до планети. Однак і така траєкторія руху станції матиме вигляд вигнутої лінії, а не прямої. Постає питання, яка ж тоді необхідна швидкість, щоб вирватися в простір Всесвіту з кайданів Сонячної системи? Швидкість кульки, що котиться? Уявлюваної безмежно довгою площиною? Адже гості далеких просторів Всесвіту мчати зі швидкістю в сорок і більше кілометрів на секунду і ті не в силах утримувати свій прямолінійний і рівномірний рух поблизу нашого світила! А таких світил – подивися на небо ясної безмісячної ночі – мільярди довкола! Яка ж тоді повинна бути швидкість кульки, що котиться, щоб нічого на неї не впливало і ні на що він не реагував, а тільки рівномірно і прямолінійно рухався безмежно і нескінченно?
Логічний зміст законів механіки під питанням
Як зрозуміти логічний сенс галілеївського закону інерції, тобто. сенс 1-го закону Ньютона? Як саме його зміст вкладається у логічне судження над фактами? Чи відповідає формулювання дійсності хоча б лише за цими прикладами? Але цієї очевидності дослідники природи чомусь не помічали. Чи не тому, що аж надто глибоко засіло у свідомості поняття майже чотирьохсотрічної давності? Коли ж осмислювати цей час? У наступному столітті? Чи не консервативність це явна? Про непорушність ясніше не скажеш, ніж ці факти. "Факт служить тією архімедової точкою опори, з допомогою якої зрушуються з місця найбільші теорії" (Макс Планк). Наявна теорія, очевидна і факти. Чому вірити! Де правда?
Продовжимо: "...якщо на тіло не діє сила..." Чи можна з цим твердженням погоджуватися та приймати його за реальність? Ні! Тут знову звернувся б до читача, щоб назвав хоча б одну єдину річ у всьому Всесвіті, не кажучи вже на Землі, у вигляді фізичного тіла, щоб на неї не діяла жодна сила. Таких речей не існує, а тим паче на нашій планеті. Адже ми повсякденно користуємося рухом, живемо самі у світі руху. І на всі ці тіла, що рухаються, не діє жодна сила? Кожне тіло схильне до впливу сили і першим боргом усюдисущої сили - сили гравітації і підкоряється нею. А згідно з формулюванням 1-го закону Ньютона складається поняття, що ніякі сили не діють на тіло, коли воно рухається і його рух взагалі поза законами сили. Хай Галілей цього не міг зрозуміти: це йому було не під силу. Але чому Ньютон не помітив Галлієвої помилки? У його руках були всі підстави цього не допустити, коли він відкрив закон Всесвітнього тяжіння. Не можна ж сказати, що свій закон неосмислено сприймав. Він його чудово розумів і розумів його роль у космічному просторі. Напевно, і тоді мала силу консервативність.
Гарне переконання стає сильнішим за наочність і не дає приводу до сумніву. Ну, а пізніше, хоч би вже в 23 столітті? Чи не говорить все це ще раз про якесь незрозуміле консервативне ставлення в науці до прийнятних ідей, які здаються правдоподібними на перший погляд?
Закони класичної механіки спростовуються теоретично та практично
Не треба бути астрономом, щоб мати уявлення про ту істину, що кожна велика матеріальна освіта у вигляді зірок або планетних тіл має гравітаційне поле, тобто. має здатність притягувати до себе інші тіла. А це означає, що весь простір Всесвіту заповнений силами тяжіння як загального тла, так і його локалізованими центрами. Той, хто продовжує життя існуючого закону інерції, напевно, і знає про закон всесвітнього тяжіння, сутність якого: тяжіння зменшується пропорційне квадрату відстані від центру тяжіння. Але це ще не означає, що десь у якомусь далекому кутку космічного простору можуть бути нічийні зони, куди не дотягується ніяке поле тяжіння. Якщо туди, припустимо, немає поля тяжіння найближчої зірки, то там все одно панує поле тяжіння центру Галактики, яке невпинно керує рухом зірок. Так що сили тяжіння на всяке тіло діють скрізь і усюдисуще. Але дія сил гравітації на те саме тіло може бути не скрізь однаковим, як навіть на самій планеті Земля, так і в міжзоряному просторі. А це вже вагомий факт, що суперечить прямолінійному та рівномірному руху до нескінченності. Те, що раніше можна було довести лише теоретично, тепер, коли людина почала практично освоювати космічний простір, це стало незаперечним доказом. Наприклад, із Землі запущено штучний супутник Всесвіту з такою космічною швидкістю, яка дозволяє йому залишити межі Сонячної системи. Чи буде він завжди рухатися по прямій з постійною швидкістю? Ні не буде. Пролітаючи крізь межі поля тяжіння Сонця, він безперервно відчуватиме або відхилення від прямолінійності руху, або гальмівний вплив його сил гравітації в залежності від початкового напрямку запуску. А гальмування швидкості вже зменшуватиме її величину і порушить рівномірність руху. І взагалі, в якому напрямку цей гіпотетичний супутник Всесвіту не рухався, він повинен рухатися в напрямку усюдисущих зірок: або прямо на зірку, або в бік від неї. І потрапляє він знову під гравітаційний вплив найближчої зірки, яка і починає виконати свою роботу: або прискорювати біг супутника Всесвіту, якщо він точно мчить курсом руху зірки, або викривляти траєкторію його руху у бік найбільш впливового центру тяжіння. І в тому, і в іншому випадку неминуче порушення як прямолінійності, так і рівномірності руху.
Як бачимо, немає жодних підстав впевнено вважати про можливість нескінченного прямолінійного та рівномірного руху тіл, як на Землі, так і у просторі Всесвіту.
З цих простих логічних міркувань під достовірними фактами явищ природи стає зрозумілим, що непорушність закону Ньютона тут ні до чого: йому нема на що спертися, він - без фундаменту. Отже, вся справа залишається за консервативністю: чи то небажання було глибше подумати над змістом формулювання, чи щиру довіру до авторитету як одного, так і іншого, що так багато цінного зробили для розвитку науки в багатьох її галузях.