Михаил Терентьев - История эфира

С картезианской точки зрения без правдоподобных гипотез о механизме явлений нет физики. Поэтому вполне логична реакция на «Начала» в журнале французской Академии: «Было бы хорошо, если бы он [Ньютон] дал нам физику, столь же блестящую как его математика». Поэтому стремление исследовать «виды сил и физические свойства их» продолжалось как до, так и после выхода «Начал», причем сам Ньютон большую часть жизни участвовал в этом процессе. Окончательное признание факта, что некоторые существенные вещи в природе принципиально нельзя выразить в терминах повседневного опыта, произойдет еще нескоро, а до тех пор каждый переворот в физике будет связываться с новой формальной математикой, с новыми абстракциями и ощущением дискомфорта при попытках наглядной интерпретации фактов.

Итак, в какой-то момент взгляды Ньютона оказались в гармонии с Природой, и он написал гениальное сочинение, в котором практически все верно. В определенном смысле это достигнуто дорогой ценой. Без философии, без интерпретации причин, лежащих в основе явлений, физика развиваться не может. Чрезвычайная осторожность, проявленная им при написании «Начал», сослужила плохую службу физике в Англии, которая почти сто лет после смерти Ньютона находилась в состоянии, близком к импотенции. Отношение к «Началам» и их создателю у англичан было похоже на религиозное поклонение, они следовали духу этого сочинения, считая, что ясный и прямой путь в науке указан в нем раз и навсегда.

В то же время путь самого Ньютона к строгим математическим концепциям «Начал» не был прямым. Чрезвычайно интересно и поучительно попытаться его проследить.

В 1661 году Ньютон начинает заносить в большую записную книгу, подаренную отчимом, свои соображения обо всем прочитанном. В книге десятки страниц посвящены религии, философии, математике, физике. Поначалу все идет вперемежку с заметками о денежных тратах и пр. В 1664 году под общим заглавием «Вопросы, относящиеся к различным философиям» начинаются систематические записи по проблемам механики. Здесь конспекты книг Декарта, Гоббса, Дигби, Мора — людей, порвавших с аристотелевскими традициями и пытавшихся дать новую систематическую картину природы. Здесь выписки из книги Чарльтона об атомистической философии Эпикура и Гассенди. Эпиграф к этим заметкам Ньютон заимствует у Чарльтона: «Лучше быть другом Истины, чем другом Платона и Аристотеля».

Таким образом, уже в 1664 году Ньютон не скован традициями, принятыми в системе университетского образования, но еще должен сделав выбор между картезианством и атомизмом. Ньютон склоняется к атомизму, хотя в «Вопросах» еще нет резкой и саркастической критики Декарта, которая появится позже. Однако он выдвигает возражения против декартовой теории распространения света. (По Декарту, свет мгновенно передается за счет давления тонких частиц на столб эфира между глазом и светящимся телом. Этот столб действует, как палка, которую толкают с одного конца, в то время как другим она упирается в человеческий глаз.) Он возражает также против вихревой теории притяжения и представляет себе гравитацию как следствие «эфирного душа», иначе говоря, результатом увлечения тел потоком эфирных частиц, летящих к центру Солнца, Земли и любого большого гравитирующего объекта. (Эта идея не была новой и встречалась, в частности, у К. Дигби.) Ньютон постепенно склоняется к вере в атомы и видит их, в духе Г. Мора, как мистические тела, одновременно и точки, и частицы материи, неделимые и малые настолько, насколько вещи могут быть малы. Важно, что «Вопросы» — это не только компиляция. В них предвосхищены многие черты последующего пути Ньютона. В них уже содержится идея о простых цветах и сложной структуре белого цвета, размышления об эфире, обеспечивающей невидимые механизмы многих явлений. «Эфир заполняет все механистические философии также плотно, как он заполняет всю вселенную согласно этим философиям», — отмечает Р. Вестфаль в современном профессиональном исследовании «Силы в Ньютоновской физике» (1971). У Ньютона в середине 60-х годов эфир — причина сцепления тел и причина гравитации; позже, в 70-е годы, среди других функций эфир будет объяснять механику оптических явлений.

Эфир Ньютона и эфиры Декарта, Гассенди, Гоббса, Бойля и других философов XVII века отличаются деталями, которые не столь существенны в приложениях. Например, идея протяженной материи, как мы видели, не мешала Декарту вводить частицы, движение которых моделирует непрерывную эфирную среду. В практическом плане эфир прекрасно выдерживал как философскую непрерывность, так и атомизм.

Около 1665 года Ньютон предпринял конкретное исследование законов движения и столкновения тел, изложив результаты в той же записной книжке (статья «Об отражениях»). В этот момент молодой Ньютон очень близок к Декарту в понимании природы движения и формулирует правильные принципы, почти поднимаясь на уровень, предшествующий написанию «Начал». Через несколько лет, не сумев преодолеть практические и концептуальные проблемы, он сделает шаг назад, а вскоре надолго оставит занятия механикой. Но в 1665 году, размышляя о прямолинейном движении тел, Ньютон вводит понятие силы как внешней причины изменения движения при столкновениях. Он измеряет силу F в единицах изменения импульса тела Δmv, фактически рассматривая не силу, а импульс силы Ft, что совершенно естественно в задачах о столкновениях. Таким образом, Ньютон использует «Второй закон Ньютона» в виде Δmv = Ft. (В такой форме этот закон для отдельных задач столкновения использовался Р. Декартом и Х. Гюйгенсом, но они, так же как Ньютон в 1665 году, не осознавали его универсальный характер, не имели ясности в интерпретации понятий массы и силы.) Он формулирует также «Первый закон Ньютона» (который содержится у Декарта) в виде двух аксиом.

1. Количество (здесь количество материи в теле, эквивалент массы.— М.В.Т.), которое движется, никогда не остановится, пока не появится внешняя причина (внешняя сила).

2. Количество всегда будет двигаться по прямой, пока внешняя сила не остановит его.

Из аксиом 1 и 2 следует динамическая эквивалентность равномерного движения и покоя. Из аналогичных аксиом Декарт еще раньше вывел принцип относительности движения и (ошибочно) распространил его на все типы движения, включая круговое. Существует точка зрения, что ему это было нужно, для избежания обвинений, аналогичных тем, которые были предъявлены Галилею Святой Инквизицией. Если движение относительно, то утверждение о вращении Земли вокруг Солнца есть условность, не более, чем прием, облегчающий вычисления. С разным успехом, в другой системе координат, можно рассматривать Землю центром Солнечной системы, и Церковь может быть спокойна. Сейчас мы знаем, что именно так обстоит дело в общей теории относительности Эйнштейна, и в философском плане Декарт был прав в этом вопросе, но он не мог, конечно, сформулировать правила перехода от одной системы отсчета к другой.