Ньютоновская вселенная предполагает что

Вселенная сэра Исаака и был ли Ньютон ньютонианцем

По выходе «Начал» слава Ньютона стала общепризнанной, а авторитет непререкаем. Его труд фактически подвел итог всей науке о простейших формах движения материи за тысячу лет. Противоречивые и путаные гипотезы он заменил строгим и ясным математическим доказательством, давая схему для решения любых задач, будь то астрономия или прикладная механика. Его закон всемирного тяготения обосновал коперниковскую схему строения солнечной системы и позволил вычислять полную орбиту любого тела, обращающегося вокруг Солнца, даже в том случае, когда наблюдатель мог видеть лишь часть точек, отмечающих местонахождение небесного тела.

Так Галлей вычислил вытянутую орбиту кометы и период ее обращения вокруг Солнца, пользуясь законами Ньютона. И словно для того чтобы подтвердить славу ученого, небесное тело появилось снова в предсказанный срок через шестнадцать лет после смерти самого Галлея.

Для своего труда Ньютон сохранил классическое название Декарта: «Начала философии», скромно сузив его до «Математических начал. ». Однако в самой работе он подверг суровой критике господствовавшую в его время расплывчатую картезианскую «философию гипотез». Ньютон не раз говорил о своем желании построить физику по образу и подобию геометрии. То есть на основе точно сформулированных и не нуждающихся в доказательстве аксиом-принципов вывести математическим путем все необходимые теоремы и леммы. О том, что в самих принципах кроются элементы гипотез, сэр Исаак умалчивал.

Этот могучий метод построения теории куда более несокрушимый, нежели метод построения теории на гипотезах. Гипотезы рождаются и умирают, заменяются новыми. Принципы же могут лишь дополняться и совершенствоваться.

Эти идеи, подхваченные ньютонианцами, едва не возвели творца закона всемирного притяжения в аристотелевский ранг, породив стремление к аксиоматичности. Мы еще встретимся с такой тенденцией и в космологии.

С самого момента выхода «Начал» между сторонниками нового метода и картезианцами возникли ожесточенные споры. Вот что писал об этой битве идей Вольтер, немало сделавший в области популяризации идей Ньютона на континенте.

«Если француз приедет в Лондон, он найдет здесь большое различие в философии, а также во многих других вопросах. В Париже он оставил мир полный вещества, здесь он находит его пустым. В Париже Вселенная заполнена эфирными вихрями, тогда как тут, в том же пространстве, действуют невидимые силы. У картезианцев все достигается давлением, что, по правде говоря, не вполне ясно, у ньютонианцев все достигается притяжением, что, однако, не намного яснее».

Ньютон применил свой закон к мириадам звезд, совершающих свой ежесуточный круговорот на ночном небе. И родилось требование равномерного распределения звезд в пространстве. Любое местное скопление в соответствии с законом притяжения оказывалось бы неустойчивым. Силы притяжения обязаны собрать звезды такого скопления в одну кучу. Затем условие равномерного распределения звезд требует и их бесконечного количества. Представим себе на минутку, что число звезд ограничено. Тогда внешние, самые дальние звезды будут испытывать силу притяжения только со стороны небесных тел, расположенных внутри скопления. А это значит, что уже не какие-то местные группировки, а все звезды вселенной должны собраться воедино. Допущение же бесконечного количества звезд требовало и бесконечного пространства, вмещающего их.

Вселенная сэра Исаака и был ли Ньютон ньютонианцем

Как же представлял себе устройство мира Hьютон? Об этом пишет он в своих «Началах», заключая раздел «Определения» «Поучением», ставшим с тех пор едва ли не одним из самых знаменитых разделов книги. Начинает он с понятий о пространстве и времени.

«I. Абсолютное, истинное, математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему протекает равномерно и иначе называется длительностью. Относительное, кажущееся или обыденное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год.

II. Абсолютное пространство по самой своей сущности, безотносительно к чему бы то ни было внешнему, остается всегда одинаковым и неподвижным».

Сложная концепция, породившая в будущем немало споров. С одной стороны, это материализм — Ньютон полностью признает объективное существование пространства и времени. С другой — абсолютный характер обеих категорий, не связанный с реальными явлениями и материей, отдает дань метафизике.

Третья книга «Начал» посвящена изложению учения о системе мира. Она подводит последнюю черту под новым мировоззрением, установленным Коперником. Ньютон облекает свои доказательства и утверждения в строгую математическую форму, доступную лишь немногим истинным ученым, чтобы избежать пересудов тех, «кто, недостаточно поняв начальные положения. и не отбросив привычных им в. продолжение многих лет предрассудков, не вовлек бы дело в пререкания».

Однако в предпосланных изложению девяти гипотезах Ньютон четко ставит точки над «и».

«. ГИПОТЕЗА IV. Центр системы мира находится в покое, это признается всеми, между тем как одни полагают, что Солнце находится в центре, другие — что Земля.

. ГИПОТЕЗА VI. Пять главных планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн — охватывают своими орбитами Солнце».

Так родилась вселенная Ньютона — бесконечная в пространстве, равномерно заполненная материей и. бесконечная во времени. Правда, во времени, лишь направленном в будущее, а не в прошлое. В прошлом существовал бог-творец. Если продолжить космологический принцип в прошлое, господь останется безработным. Это Ньютона не устраивало. И так ему немало досталось и от Лейбница, и от всей верноподданной своему кумиру немецкой партии за то, что его бог, как и бог Декарта, лишь творец, не вмешивающийся в работу мировой машины.

Ньютон был глубоко религиозным человеком. Своим званием ученого богослова он гордился больше, чем титулом блестящего математика и философа, считая своими главными трудами довольно многочисленные богословские трактаты. Трактаты, которые сегодня если и имеют ценность, то лишь историческую. Впрочем, такое заблуждение об истинности своего призвания довольно распространенное явление в истории.

Победе строгого метода Ньютона над картезианским вольнодумством немало способствовало то обстоятельство, что подъем свободомыслия, порожденный Возрождением, ко времени жизни Ньютона иссяк. Развивающемуся капитализму больше всего нужны были компромиссы: буржуазии с дворянством, республики с монархией, науки с религией. Богословские ортодоксы пошли на уступки, допустив вселенную Ньютона. Но и наука должна была поступиться, позволив религии использовать научные результаты для подтверждения сущности бога. Ретивые последователи великого англичанина поспешили воспользоваться утверждениями и авторитетом автора «Начал».

Пространство и время бесконечны? Хорошо, значит, они не связаны с материей, они «надматериальны» — читай «божественны».

Эфир и вихри Декарта — ложь? Еще лучше! Значит, силы, движущие материю, передаются через пустоту без всякого материального носителя. А это могло означать только промысел божий. И так далее.

Вряд ли можно винить Ньютона в реакционных выводах ньютонианцев. Его натуральная философия поддерживала не только реакционные бредни, но и свободомыслие Вольтера, и атеизм французских материалистов. Фарадей знал наизусть знаменитое письмо Ньютона к епископу Бентли и частенько его цитировал. В этом письме ученый точно отвечает богослову, что не склонен приписывать действие сил притяжения на расстоянии проявлению божественного участия. «. Тяготение должно причиняться некоторым деятелем, действующим согласно определенным законам. Какой это деятель — материальный или нематермальный, — я предоставил размышлению читателя».

О том же говорит он и в «Общем поучении», которым заканчивается третья книга «Начал»: «. до сих пop я изъяснял небесные явления и приливы наших морей на основании силы тяготения, но я не указывал причины самого тяготения. Причину. я до сих пор не мог вывести из явлений, гипотез же я не измышляю».

Ломоносов прямо заявил: «Невтон притягательных сил не признавал при жизни и сделался их рачителем после смерти усилиями учеников».

А «ученики» вовсю приспосабливали «Принципы» к прославлению бога. И не только ученики.

писал Державин в своей оде «Бог». А дабы у читателя не оставалось сомнений в философском смысле написанного, поэт снабжает оду примечанием: «Автор, кроме богословского православной нашей веры понятия, разумел тут три лица метафизические, то есть бесконечное пространство, беспрерывную жизнь в движении вещества и нескончаемое течение времени, кои бог в себе совмещает».

Ну как не признать блистательности этого изложения «совершенного космологического принципа» XVIII столетия!

Таким образом, ньютоновские принципы питали самые различные точки зрения. Но для нас важно одно: с помощью Ньютона утвердилось понятие вечной и бесконечной вселенной, подчиненной законам плоского эвклидова пространства с его тремя измерениями. Таковой стала картина мира в конце первого периода нового естествознания, который, по словам Энгельса, «заканчивается в области неорганического мира Ньютоном».

Источник

Вселенная по Ньютону

» Персоналии » Вселенная по Ньютону

Что заставляет планеты двигаться вокруг Солнца? Во времена Кеплера некоторые люди считали, что позади планет сидят ангелы, машут крылышками и толкают планеты по орбитам. Галилей исследовал движение тел по прямой линии.

Оставалось еще неизвестным, почему планеты, обращаясь вокруг Солнца, не падают на него и не улетают в сторону. Какая сила заставляет предметы падать, а не улетать в пространство? Все эти явления в конце XVII в. объяснил английский ученый Исаак Ньютон (1643—1727 гг.), который открыл закон всемирного тяготения. Ньютон решил, что планете, вращающейся вокруг Солнца, не нужна сила, чтобы двигаться вперед; однако если бы никакой силы не было, планета летела бы по касательной. Но на самом деле планета летит не по прямой. Она все время оказывается не в том месте, куда попала бы, если бы летела свободно, а ближе к Солнцу. Другими словами, ее скорость, ее движение отклоняются в сторону светила. Это привело Ньютона к мысли, что сила, действующая на планеты, направлена к Солнцу, и что, зная, как период обращения разных планет зависит от расстояния до Солнца, можно определить, как ослабляется сила с расстоянием. Ученый высчитал, что сила обратно пропорциональна квадрату расстояния.

Галилей рассматривал в телескоп Юпитер со спутниками, обращающимися вокруг него. Это напоминало маленькую Солнечную систему. Все выглядело так, будто спутники притягиваются к Юпитеру.

Луна тоже вращается вокруг Земли и притягивается к ней точно таким же образом. Возникла мысль, что притяжение действует повсюду. Оставалось лишь обобщить эти наблюдения и доказать, что все тела притягивают друг друга.

А значит, Земля должна притягивать Луну так же, как Солнце притягивает планеты. Но известно, что Земля притягивает и обычные предметы: например, вы прочно сидите на ауле, хотя вам, может быть, и хотелось бы летать по воздуху. Ньютон предположил, что Луну на орбите удерживают те же силы, которые притягивают предметы к Земле. Так был открыт один из видов физических сил — гравитация.

Ньютон пришел к выводу, что между всеми телами существует взаимное притяжение (тяготение) и сила этого притяжения зависит от масс притягивающихся тел и расстояния между ними. Это выражается следующим образом: сила притяжения прямо пропорциональна массам притягивающихся тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Формулой этот закон можно выразить так: F = = Gxfaxmjr2), где G — гравитационная постоянная, равная 6,67408х10-11м3*с-2кг1.

Закон всемирного тяготения позволяет очень точно предсказывать траектории движения Земли, Луны и планет. Если бы гравитационное притяжение нашего светила уменьшалось с расстоянием быстрее или медленнее, орбиты планет не были бы эллиптическими, а имели бы форму спирали, сходящейся к Солнцу или расходящейся от него.

Закон тяготения отличается от многих других законов. Его называют всемирным, поскольку он действует не только в Солнечной системе, но и во всей Вселенной.

По мнению Ньютона, Бог создал материальные частицы, силы между ними и законы движения. Все физические явления происходят в трехмерном пространстве, где мы обитаем и которое описывается евклидовой геометрией, той самой, что все изучают в школе. Пространство играет роль вместилища материи и никак не связано с находящимися внутри этого вместилища материальными объектами. Пространство существует всегда и останется существовать, если из него удалить всю материю. По представлениям ученого, в этом неподвижном и неизменном пространстве двигаются материальные частицы — атомы, маленькие, твердые и неразрушимые предметы, из которых состоит вся материя. Между материальными частицами действуют силы взаимодействия, очень простые и по сути зависящие только от масс и расстояний между частицами.

Сам Ньютон при помощи своей теории объяснил движение планет и основные свойства Солнечной системы. Тем не менее его планетарная модель была сильно упрощенной и не учитывала, например, гравитационного взаимодействия планет. Из-за этого Ньютон обнаружил в своей модели некоторые несообразности, которые он сам не мог объяснить. Однако он решил проблему достаточно просто, придя к выводу, что Бог всегда присутствует во Вселенной и сам исправляет свои ляпы.

Вселенная по Ньютону — хорошо отлаженный «часовой механизм». Образ мировых часов был придуман немецким ученым XVII—XVIII вв. Лейбницем. В этой модели Вселенная бесконечна в пространстве и вечна во времени. Количество звезд, планет, звездных систем в бесконечном пространстве безгранично велико. В то же время каждое небесное тело проходит свой жизненный путь, рождается и погибает.

Современные учёные считают, что самое большое столкновение на Земле произошло 4,5 млрд. лет назад. Тогда планета, величиной с Марс, столкнулась с Землей, её обломки попали на нашу орбиту и Туманность Андромеды М 31- самая большая галактика Местной группы. А ещё, она самый отдалённый объект, который мы можем увидеть невооружённым глазом. Она удалена от Земли на расстояние в 2,5 млн. световых лет.

Источник

Ньютоновская вселенная предполагает что

Система Мира — это представления о расположении в пространстве и движении Земли, Солнца, Луны, звезд.

Очень простая и наглядная система мира в древнем Вавилоне:

(А Вы знаете что-нибудь о представлениях, например, древних китайцев?)

Шли годы, и мы теперь можем следить за гениальными догадками (умозаключениями) гениальных людей.

Древнегреческий ученый Клавдий Птолемей (ок.90-ок.160 гг.) в своем труде “Альмагест” предложил геоцентрическую систему Мира:

Однако трудно описать движение планет, приходится вводить много дополнительных предположений.

. И поплыл Колумб в Индию, а открыл Америку.
(Детский вопросик — Интересно, Колумб попал не туда из-за того, что неправильно ориентировался по звездам?)

Николай Коперник (1473-1543 гг.) провозгласил в своей книге “Об обращении небесных сфер” гелиоцентрическую систему мира.

Огромный прорыв в описании Мира, но … звезды по прежнему «прибиты гвоздями» к небосводу.

Прошло еще почти 150 лет, пока не пришел еще один гений – Ньютон.

Вселенная Ньютона

Сэр Исаак Ньютон (1643-1727 гг.) в своем труде “Математические начала натуральной философии” (1687 г.) заложил основы классической физики:

В основе механики Ньютона лежат три аксиомы (три закона):

не действует внешняя сила

по инерции

(Кстати говоря, а что такое механика?)

Решил Ньютон отдохнуть после трудов праведных в саду, и … получилось, что в конце 17 века он установил закон тяготения:
между всеми телами на Земле действуют силы притяжения — гравитационные силы.
F гр = g * m гр * M гр / r 2
g — гравитационная постоянная.

(Детский вопросик — Интересно, а откуда Ньютон узнал о «своих», законах, он что, их сам придумал?)

Обратим внимание, что в уравнениях Ньютона появилось две разных массы: инертная масса m и и гравитационная масса m гр .
Различны ли эти массы?
Сейчас доказано, что m гр =m и с точностью до 10 -12 .

(Детский вопросик: Луна притягивается к Земле, почему до сих пор она не упала на Землю?
Детский вопросик: Почему камень падает на Землю, а не Земля на камень?).

Разобравшись с тем, что происходит на Земле, Ньютон попытался описать самую большую физическую систему — Вселенную .

Для этого Ньютон сделал гениальное предположение –
пусть законы, установленные на Земле, будут действовать и во всей Вселенной,
т.е. эти законы будут мировыми законами .

В конце 17 века считалось, что Вселенная — шар, и вещество (звезды) во Вселенной однородно распределено по объему шара.

Между частицами — звездами действуют, как считал Ньютон, только гравитационные силы, т.е. силы притяжения, поэтому шар должен сжаться в точку, т.е. произойти гравитационный коллапс

Но если Вселенная — бесконечна, то произвольная точка в бесконечной Вселенной испытывает одинаковое притяжение в любом направлении и поэтому остается на месте.

Ньютон делает гениальный вывод:
Вселенная является бесконечной и стационарной (т.е. неизменной во времени) ,
но сам Ньютон понимал, что такая Вселенная очень неустойчива.

Что же делать? Ньютон не успел больше ничего совершить, и Мир ждал появления следующего гения – Эйнштейна.

Вселенная Эйнштейна

Эйнштейн рассмотрел Вселенную, которая также была стационарной, изотропной и однородной (как у Ньютона). Чтобы уравновесить силы притяжения, ввел новую силу — силу отталкивания.

Теперь Вещество во Вселенной удерживается двумя силами — притяжения и отталкивания.

Строгое математическое решение сформулированной задачи показало нетривиальный результат:
Вселенная может быть стационарной, но если только она (Вселенная) имеет конечные размеры, но неограниченна.

Как же тело может быть конечным, но не иметь границ?
Возьмите сферу — площадь ее конечна, но как определить границу сферы? Ее нет. По аналогии можно представить себе, что существует некое четырехмерное пространство (какой-то гипершар), где наша Вселенная служит трехмерной границей гипершара. Если на Земле вы, двигаясь по меридиану из любой точки, вернетесь в ту же точку, то и во Вселенной Эйнштейна, двигаясь “по прямой”, вы окажетесь в исходной точке.
Но что это за таинственные силы отталкивания и нужны ли они?

Читайте также: Материя антиматерия во вселенной
Что знали ученые о Вселенной в 20-х годах XX века? Результаты наблюдательной астрономии позволили ученым утверждать, что Вселенная в целом однородна и изотропна.

Но если это так, то почему ночью темно, а не светло как днем?

Действительно, рассмотрим, сколько света поступает от звезд.
Разделим Вселенную на отдельные слои.

Количество звезд N в слое : N

4 * p * R 2
Но светимость: Q

1 / R 2
Два слоя на расстоянии R 1 и R 2 от Земли.
В первом слое: N 1 и общая светимость Q 1

N 1 / R 1 2 .
Светимость второго слоя Q 2

N 2 / R 2 2 .
Ясно, что Q 1 = Q 2 .

Поскольку слоев бесконечно много, то и света должно быть бесконечно много. Ночью должно быть светло, как днем — вот о чем говорит парадокс Ольберса.

Что же делать? Опять ждать гения? Но может быть, стоит и самим чуточку подумать?

Исходные посылки: Вселенная бесконечна, изотропна, однородна и постоянна.
Изотропность и однородность установлены точно и здесь ничего изменить нельзя.

Делаем вывод, что либо Вселенная не бесконечна, либо Вселенная изменяется со временем.

И здесь на помощь приходит еще один гений — американский астроном Хаббл

В 1929 г. Хаббл измерял скорости движения галактик. Для этого он определял так называемое “красное смещение” — наблюдаемый в спектрах излучения галактик сдвиг спектральных линий, присущих определенным химическим элементам, в сторону более длинных волн по сравнению с их нормальными.
И он получил следующую картину:

Скорость (v) удаления галактик в зависимости от их расстояния (R) от нашей Галактики описывается простым выражением (Э. Хаббл, 1929)
v=HR

Постоянная Н называется постоянной Хаббла и ее современное значение составляет около 70 км/с Мпк.

Наблюдаемое Хабблом красное смещение означает, что объект удаляется от наблюдателя.

Итак, существующая Вселенная нестационарна, галактики убегают от нас.

Ура (ликуют все жители Земли), значит, Земля (точнее, наша галактика) является центром Вселенной?

Ликование было недолгим, потому что опять вмешивается наш разум и приводит простую аналогию с воздушным шариком.

Будем надувать воздушный шарик с нарисованными на нем точками 1, 2, 3.

Происходит “разбегание” точек 1, 2 и 3 по поверхности шара при увеличении его размеров.

Так и во Вселенной. Все галактики разбегаются друг от друга, и конечно, возникает вопрос, почему?

На помощь снова приходит гениальный ученый – теперь это русский ученый Фридман

В начале 20-х годов он предложил модель нестационарной Вселенной.

Если сейчас галактики разбегаются, то вчера они были ближе, а позавчера еще ближе друг к другу, а значит был момент времени t=0, когда все началось из какой-то точки. Обратите внимание, что здесь самое главное – это временная шкала, мы приходим к выводу о моменте рождения Вселенной.

Конечно, мы получаем также свидетельство, что Вселенная была в точке (в математическом смысле, а вспомните, что есть точка в математике?), но реально никакой точки не было.

Но почему галактики разбегаются. Предположим, что в начальный момент времени уже были галактики и занимали какое-то пространство.

Предположим также, что в начальный момент галактики были в покое, т.е. их скорость v=0. Тогда галактики будут притягиваются друг к другу и Вселенная будет сжиматься.
Но если в начальный момент скорости были большими и направлены таким образом, что галактики удалялись друг от друга, то мы получим, что и в настоящее время галактики удаляются друг от друга (правда, с меньшей скоростью, поскольку тяготение «тормозит» их движение).
Время рождения Вселенной грубо можно оценить из закона Хаббла: зная расстояние между галактиками и скорость их расхождения, можно из S=vt найти время t. После введения поправок на замедление расширения получаем время рождения Вселенной — примерно 15 млрд лет тому назад.
Итак, был начальный момент, когда произошел «Большой Взрыв»

(Детский вопросик – Что, где и когда взорвалось?)

Иными словами, после «взрыва» частицы получают огромную начальную скорость и начинают разлетаться во все стороны. Если силы притяжения, которые стремятся собрать частицы воедино, малы, то частицы все время будут разлетаться. Однако если силы притяжения велики, то через некоторое время они изменят знак скорости движения частиц на противоположный и частицы начнут сближаться. Ясно, что гравитационные силы зависят от плотности частиц в объеме Вселенной — чем больше плотность, тем больше силы F тяг . Из приведенных условий ясно, что сценарий развития Вселенной зависит от плотности вещества в современную эпоху, т.е. существует критическая величина плотности r Вселенной. Открытая модель соответствует r r кр . Обратное неравенство справедливо для закрытой модели. По современным данным, критическая плотность вещества составляет r кр = 5х10 -30 г/см 3 . Примерно такое же значение дают оценки плотности вещества во Вселенной.
Изменение размера R Вселенной с течением времени t для Вселенной с разной плотностью.

Строгое решение задачи об эволюции (развитии) Вселенной показывает:
С течением времени изменяются расстояния между галактиками.

В прошлом был момент t=0, когда радиус шара был равен нулю, а значит плотность стремится к бесконечности (момент сингулярности).

При t=0 произошел «Большой взрыв», в результате которого образовалась Вселенная.

Неужели все так просто и ясно? Что же еще ученым надо, и что они делали после этого еще 70 лет?
Однако в последнее время появились новые астрономические данные, проливающие свет на современное состояние Вселенной и на ее будущее. Подробнее см. тему 5.

Спасибо, что осилили сложную тему.
Мне кажется, что теперь вы в состоянии создать такую фигуру:

Источник