Концепции современного естествознания

F=G(m₁ m ₂ /r²)

Древняя идея взаимного  стремления тел друг к другу (“любви”) благодаря Ньютону освободилась от антропоморфности и таинственности. В теории Ньютона тяготение предстало как универсальная сила, которая проявляется между любыми материальными частицами независимо от их конкретных качеств и состава, всегда пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Ньютон показал неразрывную связь, взаимообусловленность законов Кеплера и закона изменения действия силы тяготения обратно пропорционально квадрат)' расстояния. Законы движения планет предстали как следствия закона всемирного тяготения. Причину и природу тяготения Ньютон не считал возможным обсуждать, не имея на этот счет достаточного количества фактов (“Гипотез не измышляю!”).

Не будет преувеличением сказать, что 28 апреля 1686 г. — одна из величайших дат в истории человечества. В этот день Ньютон предъявил Лондонскому королевскому обществу свою новую всеобщую теорию — механику земных и небесных процессов. В систематической форме изложение классической механики было дано Ньютоном Книге “Математические начала натуральной философии”, которая вышла в свет в 1687 г. Современники Ньютона высоко оценили этот уникальный труд.

167

Разработанный Ньютоном способ изучения явлений природы  оказался исключительно плодотворным. Его учение о тяготении — не общее натурфилософское рассуждение  и умозрительная схема, а логически строгая, точная (и более чем на два века единственная) фундаментальная теория, которая стала рабочим инструментом исследования окружающего мира, прежде всего движения небесных тел. Физический фундамент небесной механики — закон всемирного тяготения. Из этого закона Ньютон вывел в качестве простых следствий (и уточнил при этом) Кеплеровы законы эллиптического движения планет, показал, что в общем случае движение тел Солнечной системы может происходить по любому коническому сечению, включая параболу и гиперболу; он сделал вывод о единстве законов движения комет и планет и впервые включил кометы в состав Солнечной системы; дал математический метод вычисления истинной орбиты комет' по их наблюдениям; четко объяснил приливы и отливы, сжатие планет (уже обнаруженное тогда у Юпитера), прецессию; сформулировал вывод о сплюснутой у полюсов форме Земли. Ньютону принадлежит и великая заслуга объяснения возмущенного движения в Солнечной системе как неизбежного следствия ее устройства.

Формирование  основ классической механики — величайшее достижение естествознания XVII в. Классическая механика была первой фундаментальной естественно-научной теорией.-В течение трех столетий (с XVII в. по начало XX в.) она выступала единственным теоретическим основанием физического познания, а также ядром второй естественно-научной картины мира — механистической.

Нельзя не сказать  о математических достижениях Ньютона, без которых не было бы и его  гениальной теории тяготения. Свой метод  расчета механических движений на основе бесконечно малых приращений величин — характеристик исследуемых движений Ньютон назвал “методом флюксий” и описал его в сочинении “Метод флюксий и бесконечных рядов с приложением его к геометрии кривых” (закончено в 1671 г., полностью опубликовано в 1736 г.). Вместе с методом Г. Лейбница он составил основу дифференциального и интегрального исчислений. В математике Ньютону принадлежат также важнейшие труды по алгебре, аналитической и проективной геометрии и др.

__________________________________

' Это вскоре позволило английскому астроному Э. Галлею открыть первую периодическую комету (комета Галлея).

168

6.3.2. Корпускулярная теория  света

Оптика— важнейшая  часть физики, более “молодая”, чем механика. Начало научной оптики связано с открытием законов  отражения и преломления света в начале XVII в. (В. Снеллиус, Р.Декарт). Большую трудность для зарождающейся оптики представляло объяснение цветов. Поэтому по праву вторым великим достижением Ньютона было открытие (1666) того, что белый свет состоит из света различных цветов и, следовательно, цветной свет имеет более простую природу, чем белый.

Значительная  часть необъятного научного наследия Ньютона стала фундаментом создания физической оптики и дальнейшего  развития наблюдательной астрономии. Ньютон был тонким экспериментатором-универсалом: металлургом, химиком, но главным образом оптиком. Он, как и многие его современники, занимался шлифовкой линз для рефракторов и упорно искал форму объектива, свободного от аберраций, особенно ахроматической.

После открытия сложного состава белого света Ньютон приступил к исследованиям преломления монохроматических лучей, которое оказалось зависящим от цвета луча. Последнее открыло Ньютону причину хроматической аберрации линзовых объективов. Сделав вывод о принципиальной неустранимости этого дефекта стеклянных объективов (что было верно для однолинзовых объективов), он в поисках ахроматического объектива изобрел в 1668 г. отражательный зеркальный телескоп — рефлектор. В 1672 г. он построил первый в мире рефлектор. Это был по нынешним меркам очень маленький инструмент: с трубой длиной всего 15 см и объективом диаметром 2,5 см. Но он тем не менее позволил наблюдать спутники Юпитера и стал прародителем будущих могучих орудий зондирования глубин Вселенной.

В 1672 г. Ньютон изложил  перед членами Лондонского королевского общества и свою новую корпускулярную концепцию света. В соответствии с этой концепцией свет представляет собой поток “световых частиц”, наделенных изначальными неизменными свойствами и взаимодействующих с телами на расстоянии. Корпускулярная теория хорошо объясняла аберрацию и дисперсию света, но плохо объясняла интерференцию, дифракцию и поляризацию света.

Вместе с тем  Ньютон со вниманием относился и  к высказанной нидерландским  ученым X. Гюйгенсом волновой теории света (1690), в соответствии с которой свет — это волновое движение в эфире. Некоторое время он даже сам пытался развивать следствия из этой теории, но в конечном счете все-таки склонился к мысли о ее несостоятельности.

169

В XVII в. широко обсуждался и вопрос о том, конечна или бесконечна скорость света. Долгое время для эмпирического обоснования ответа на этот вопрос не было достаточных фактов. Большое значение для развития физических идей имело открытие О. Ремера, сделанное им на основе наблюдений затмения одного из спутников Юпитера в 1676 г., что скорость света в пустом пространстве конечна и равна 300 000 км/с.

6.3.3. Космология Ньютона

Несмотря на свой знаменитый девиз “Гипотез не измышляю!”, Ньютон как мыслитель  крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над общими проблемами мироздания. Так, в частности, он распространил свою теорию тяготения на проблемы космологии.

Но и здесь  он был не склонен давать волю фантазии и стремился анализировать прямые логические следствия из уже установленных  законов. Распространив закон тяготения, подтвержденный тогда лишь для Солнечной системы, на всю Вселенную, Ньютон рассмотрел главную космологическую проблему: конечна или бесконечна Вселенная. Вопрос выглядел так: в каком случае возможна гравитирующая Вселенная, когда она конечна или когда она бесконечна? Он пришел к выводу, что лишь в случае бесконечности Вселенной материя может существовать в виде множества космических объектов — центров гравитации. В конечной Вселенной материальные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Это было первое строгое физико-теоретическое обоснование бесконечности мира.

Ньютон задумывался  и над проблемой происхождения  упорядоченной Вселенной. Однако здесь  он столкнулся с задачей, для решения  которой еще не располагал научными фактами. Он первым отчетливо осознал, что одних только механических свойств материи для этого недостаточно. Ньютон критиковал концепции атомистов и картезианцев, справедливо утверждая, что только из одних неупорядоченных механических движений частиц не могла возникнуть вся сложная организация мира. Он считал, что материя сама по себе косна, пассивна и не способна к движению. И потому, например, для него тайной являлось начало орбитального движения планет. Для раскрытия этой тайны оставалось прибегнуть лишь к некоей более могучей, чем тяготение, силе — к Богу. Поэтому Ньютон вынужден был допустить божественный “первый толчок”, благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение, а не упали на Солнце (см. 7.2:3)..

170

Понадобилось  всего полвека для того, чтобы в естествознании сформировалась идея естественной эволюции материи, опровергающая божественный “первотолчок”. Заслуга формирования этой идеи принадлежит И. Канту.

6.4. Изучение магнитных  и электрических  явлений

Но XVII в. — это  не только время радикальных революционных преобразований в механике и астрономии. В XVII в. начинается систематическое изучение магнитных и электрических явлений, результаты которого, как мы видели в творчестве Кеплера, также влияли на развитие механических и астрономических концепций.

Первые сведения об электрических и магнитных  явлениях были накоплены еще в  древности. Так, античные ученые знали  свойство натертого янтаря притягивать  легкие предметы', а также о существовании  особого минерала — железной руды (магнитный железняк), способной притягивать железные предметы². В древности магнит уподоблялся живому существу. Но уже тогда предпринимались попытки научного объяснения магнитных явлений. Наиболее удачные из таких объяснений принадлежали атомистам; например, Лукреций Кар в своей поэме “О природе вещей” объяснял действие магнита существованием потоков мельчайших атомов, вытекающих из него.

Главное практическое применение магнитных явлений было связано с компасом и явилось  результатом наблюдений направляющего  действия земного магнетизма на естественные магниты. Первое дошедшее до нас описание водяного китайского компаса относится к XI в. Как компас попал в Европу, неизвестно до сих пор. Но в одном из сказаний XII в. уже есть ссылка на него, как на нечто хорошо известное. В XIII в. появилось сочинение “Письмо о магнитах” француза Пьера Пилигрима (из Мерикура), посвященное описанию магнитных явлений. Автор описывает изготовленный им шарообразный магнит, действие его на магнитную стрелку, способ намагничивания железа и т.д. Это первая дошедшая до нас оригинальная научная работа западного христианского мира.

Развитие мореплавания делает все более и более важным изучение магнитного поля Земли, а вместе с тем и магнитных явлений  вообще. Видимо, уже в XV в. было известно магнитное склонение, во

___________________________________

' Само слово  “электричество” происходит от  греческого слова “электрон”. что  значит янтарь.

² Залежи этого минерала находились возле греческого города Магнесии, названию которого и обязано происхождение слова “магнит”.

171

всяком случае Колумб уже понимал важность знания магнитного склонения для дальних  океанических странствий. Потребности  мореплавания стимулируют изучение земного магнетизма, составление  карт магнитных склонений и т.д. С развитием навигационной техники возникает ряд практических задач, относящихся к магнетизму:

изготовление  искусственных магнитов, устранение влияния железных частей корабля  на компас и т.д. Все это не могло  не оказать сильного влияния на изучение магнитных явлений вообще.

Существенным шагом вперед в исследовании магнетизма была книга английского ученого, врача королевы Елизаветы У. Гильберта “О магните, магнитных телах и великом магните Земли”, вышедшая в 1600 г. В книге изложены экспериментально установленные свойства магнитных явлений: магнитные свойства присущи только магнитной руде, железу и стали; магнит всегда имеет два полюса и одноименные полюса отталкиваются, а разнополюсные — притягиваются; описывается явление магнитной индукции. Гильберт высказывал также гипотезу о земном магнетизме: Земля представляет собой большой шарообразный магнит, полюса которого расположены возле географических полюсов. Свою гипотезу он обосновывал следующим опытом: если приближать магнитную стрелку к поверхности большого шара, изготовленного из естественного магнита, то она всегда устанавливается в определенном направлении, подобно стрелке компаса на Земле.

В своей работе Гильберт уделил внимание исследованию электрических явлений и показал, что электрические явления следует  отличать от магнитных. Электрические свойства в отличие от магнитных присущи многим веществам: янтарю, алмазу, хрусталю, стеклу, сере и др. Тот факт, что Гильберт, исследуя магнитные явления, затронул и электрические явления, не случайно. Электрические и магнитные явления, даже если не знать о их внутреннем единстве, схожи. Их сначала даже путали между собой. Поэтому исследования в области магнетизма вызывали исследования электрических явлений, и наоборот. После работ Гильберта в течение всего XVII в. в учении об электричестве и магнетизме было получено мало новых результатов.

172 
 
 

7. Естествознание XVIII - первой половины  ХIХ в.  

7.4. Биология

7 4.1. Образы, идеи, принципы  и понятия биологии XVIII в

Особое место  занимает XVIII в. в истории биологии. Именно в XVIII в. в биологическом познании происходит коренной перелом в направлении систематической разработки научных методов познания и формирования предпосылки первой фундаментальной биологической теории — теории естественного отбора