Галилей и Ньютон: создание теоретической механики

Читатель, наверное, знает, что Галилей прославился своими физическими экспериментами и астрономическими наблюдениями. Но особенно философски содержательными явились его теоретические открытия, в первую очередь принцип относительности, установленный им в 1636 г. Галилей доказывает, что никакими механическими опытами нельзя определить, покоится ли данная так называемая инерциальная система отсчета или движется равномерно и прямолинейно с некоторой скоростью. Все инерциальные системы отсчета физически равноправны в том смысле, что все законы механики применительно к ним одинаковы. Что касается равномерного прямолинейного движения, то оно может сохраняться сколь угодно долго. Утверждая это, Галилей фактически пользуется идеализацией. В реальной действительности равномерное движение в силу постоянных возмущений, воздействующих на любое тело, наблюдать невозможно. В теории же просто необходимо использовать идеализации.

Программа, намеченная Галилеем, была систематически развита Ньютоном в его книге "Математические начала натуральной философии". Отметим в этой связи четыре наиболее существенных аспекта механики Ньютона: 1) метод принципов; 2) математический язык; 3) законы и начальные условия; 4) гипотетико-дедуктивная структура механики.

Ньютон считал, что надо исходить из двух-трех принципов и уже на их основе объяснять все явления. Именно таким методом строятся важнейшие физические теории. В механике Ньютона главным принципом является первый закон Ньютона, который представляет собой переформулировку принципа относительности Галилея. Принцип всегда выражается положениями максимально общего характера. Другими словами, он фиксирует как раз то единое во многом, что так интересовало древних мыслителей. Древние представляли себе это единое очень наглядно, а на самом деле оно состоит в применимости одних и тех же законов к различным явлениям.

Но принципы желательно формулировать математически: книга природы, утверждает Галилей, написана математическим языком. Математическое описание удивительно эффективно. Почему? Прежде всего потому, что в адекватной форме фиксируется своеобразие физических теоретических конструкций. Широкой применимости физических принципов соответствуют математические преобразования, которые оставляют неизменными уравнения, выражающие физические законы. Физик-теоретик в своем стремлении обнаружить физические принципы ищет такие уравнения, которые, с одной стороны, описывали бы экспериментальные факты, а с другой — подчинялись бы определенным преобразованиям, оставляющим их инвариантными. Если это удается, то принцип найден.

Наряду с принципами теория содержит законы. Закон описывает определенный класс явлений. Далее. В теории структура мира как бы разбивается на законы и на начальные условия. Закон всегда один и тот же, а начальные и последующие условия весьма изменчивы. В итоге оказывается "схваченным" сложное многообразие мира. В механике Ньютона законы справедливы при любых начальных условиях. В наши дни уже выяснена зависимость законов от начальных условий. Незыблемым остается стремление к математическому отображению законов, но при этом всегда сохраняется и представление о начальных условиях.

Рассмотренное нами строение ньютоновской механики фиксирует то, что в современных выражениях называют гипотетико-дедуктивной структурой научной теории. От принципов на путях дедукции — к эксперименту. Принципы изобретаются и опровергаются, а потому целесообразно, избегая доктринерства, не отрицать их в определенной степени гипотетического, предположительного характера. Ньютон дал гениальный образец гипотетико-дедуктивного построения теории. Усилиями философов, математиков, физиков XVII в. гипотетико-дедуктивный метод был тщательно разработан, что имело решающее значение для прогресса науки. Начиная с XVII в. наука стала развиваться так быстро, как никогда ранее.

Можно смело утверждать, что важнейшим достижением философии XVII в. является выработка гипотетико-дедуктивного метода. Со стороны философии решающий вклад сделан Декартом, а со стороны физики изящное решение сложнейшей проблематики было найдено Галилеем и Ньютоном, создавшим механическую картину мира. Оценивая содержание философии XVII в., нужно иметь в виду, что, конечно же, не везде и не всегда удавалось пользоваться рецептами математического естествознания. Тем не менее философия XVII в. по своей основной направленности была рациональной.