Вселенная по Ньютону и Эйнштейну
Представление о криволинейности пространства
Следовательно, вопрос о структуре и эволюции Вселенной должен был решаться не на основе закона всемирного тяготения, который по Ньютону определял, распределение материи в пространстве, а на основе законов ОТО, описывающихся сложнейшими дифференциальными уравнениями Эйнштейна. Решив эти уравнения, можно было бы в принципе определить геометрическую структуру пространства, распределение в нем материи, изменение того и другого с течением времени, а также характер течения времени в разных областях, пространства. Читать далее »
Эпитафия на могиле Исаака Ньютона
Одиннадцать лет понадобилось Эйнштейну для того, чтобы создать общую теорию относительности (ОТО), которая установила свойства времени в общем случае. При этом оказалось, что само трехмерное пространство, в: котором мы живем, в действительности оказывается криволинейным, а не плоским, как всегда подсказывал пресловутый здравый смысл вспомним Ивана Карамазова, и кратчайшее расстояние между двумя точками в нашем пространстве, вообще говоря, – не прямая, а некоторая кривая линия. Читать далее »
Ньютонова космология
В ньютоновой космологии считается, что пространство, в котором мы живем, и время абсолютны: пространство может быть уподоблено, образно говоря, некоторому существующему вечно, неограниченно большому неподвижному “ящику” – вместилищу материи; законы движения материи определяются всемирным тяготением, время текло и течет непрерывно, позволяя сравнивать между собой (и относительно “ящика”) различные положения небесных тел в процессе их гравитационного взаимодействия и движения. Читать далее »
Монолог Ивана Карамазова
Роман Ф. М. Достоевского «Братья Карамазовы» был закончен в 1880 г. Иван Карамазов говорит своему брату Алеше: «…если бог есть и если он действительно создал землю, то, как нам совершенно известно, создал он ее по эвклидовой геометрии, а ум человеческий с понятием лишь о трех измерениях пространства. Между тем находились и находятся даже и теперь геометры и философы и даже из замечательнейших, которые сомневаются в том, чтобы вся Вселенная или, еще обширнее – все бытие было создано лишь по эвклидовой геометрии, осмеливаются даже мечтать, что две параллельные линии, которые по Эвклиду ни за что не могут сойтись на земле, может быть, и сошлись бы где-нибудь в бесконечности… Читать далее »
Источник
§ 6. Вселенная Ньютона
Несмотря на свой знаменитый девиз «Гипотез не измышляю», Ньютон как мыслитель крупнейшего масштаба не мог не задумываться и над проблемами предельно широкими, касающимися устройства Вселенной в целом (да и механизма тяготения, между прочим). Но и здесь он применял метод индукции: не давая волю фантазии, анализировал прямые логические следствия уже установленных законов. Так, сформулировав закон всемирного тяготения как универсальный закон природы, справедливый для всей Вселенной (хотя он был тогда согласован с наблюдениями лишь в пределах Солнечной системы), Ньютон рассмотрел (в переписке с английским теологом Р. Бентли в 1692—1693 гг.) возможную структуру гравитирующей Вселенной при двух альтернативных допущениях — конечной и бесконечной Вселенной. Он пришел к выводу, что лишь во втором случае рассеянная в начальный момент материя могла образовать множество космических объектов, так как только в бесконечной Вселенной могут существовать многочисленные равноправные центры гравитации. Б конечном же объеме все эти отдельные тела рано или поздно слились бы в единое тело в центре мира. Уже само наблюдение бесчисленных звезд (которые к тому времени считались «солнцами») подсказывало вывод о бесконечности мирового пространства. Поэтому фундаментом для всех последующих гравитационных (ньютонианских) моделей Вселенной стало представление о бесконечном пространстве, в котором находятся бесчисленные космические объекты, связанные друг с другом силой всемирного тяготения, определяющей характер движения этих объектов.
Ньютон задумывался и над проблемой происхождения такой упорядоченной Вселенной. Однако здесь он столкнулся с задачей, для решения которой не располагал научными фактами. Вместе с тем он первым отчетливо понял, что одних только механических сил для этого мало. Предшественником Ньютона в этом можно назвать. Аристотеля. Ньютон также критиковал концепции атомистов-механистов, справедливо утверждая, что из одних только неупорядоченных механических движений частиц не могла возникнуть вся сложность мирового порядка и богатство существ в мире. Убедившись в неизбежности возмущений в движениях планет и спутников (т. е. отклонений от кеплеровых законов), которые могли иметь и вековой характер, нарастая со временем, Ньютон в то же время не имел никаких оснований для уверенности в устойчивости, сохранении уже имевшихся гравитирующих систем, например планетной. Оставалось прибегнуть лишь к некой более могучей, чем тяготение, организующей силе, каковою в его эпоху мыслился только бог. Тайной оставалось и начало орбитального движения планет. Поэтому Ньютон традиционно допускал некий божественный «первый толчок», благодаря которому планеты приобрели орбитальное движение, а не упали на Солнце. Объяснив упорядоченное движение планет естественной физической причиной — законом всемирного тяготения, он тем не менее вынужден был сделать вывод о необходимости время от времени подправлять (тем же божественным вмешательством) расшатываемый взаимными возмущениями механизм планетных движений, заводить «мировые часы» (образ введен Лейбницем).
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.
Источник
Школьная Энциклопедия
Nav view search
Navigation
Search
Открытия Ньютона в астрономии
Details Category: Этапы развития астрономии Published on Friday, 21 September 2012 13:54 Hits: 16835
«Не знаю, как меня воспринимает мир, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, который развлекается тем, что время от времени отыскивает камешек более пёстрый, чем другие, или красивую ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным», — мнение Ньютона о самом себе.
Идея всеобщей силы тяготения высказывалась и до Ньютона. О ней размышляли Эпикур, Кеплер, Декарт, Гюйгенс и другие. Кеплер считал, что тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире. Но до Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера).
В своём основном труде «Математические начала натуральной философии» (1687) Исаак Ньютон вывел закон тяготения, основываясь на эмпирических законах Кеплера, известных к тому времени. Он показал, что:
- наблюдаемые движения планет свидетельствуют о наличии центральной силы;
- обратно, центральная сила притяжения приводит к эллиптическим (или гиперболическим) орбитам.
Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель:
- закон тяготения;
- закон движения (второй закон Ньютона);
- система методов для математического исследования (математический анализ).
Тем самым были созданы основы небесной механики. До Эйнштейна принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось.
Строго говоря, теория тяготения Ньютона уже не была гелиоцентрической. Планета вращается не вокруг Солнца, а вокруг общего центра тяжести, так как не только Солнце притягивает планету, но и планета притягивает Солнце. Наконец, выяснилась необходимость учесть влияние планет друг на друга. Ньютон вывел теоретически, то есть исходя из начал рациональной механики, один из законов Кеплера, гласящий, что центры планет описывают эллипсы и что в фокусе их орбит находится центр Солнца.
Открытие Ньютона привело к созданию новой картины мира, согласно которой все планеты, находящиеся друг от друга на колоссальных расстояниях, оказываются связанными в одну систему. Дальнейшие исследования Ньютона позволили ему определить массу и плотность планет и Солнца. Он установил, что наиболее близкие к Солнцу планеты отличаются наибольшей плотностью.
Ньютон доказал, что Земля представляет собой шар, расширенный у экватора и сплюснутый у полюсов, а также зависимость приливов и отливов от действия Луны и Солнца на воды морей и океанов.
Со временем оказалось, что закон всемирного тяготения позволяет с огромной точностью объяснить и предсказать движения небесных тел, и он стал рассматриваться как фундаментальный. В то же время ньютоновская теория содержала ряд трудностей. Главная из них — необъяснимое дальнодействие: непонятно, как сила притяжения передавалась через совершенно пустое пространство, причём бесконечно быстро. По существу, ньютоновская модель была чисто математической, без какого-либо физического содержания.
Но выдающиеся успехи небесной механики в XVIII веке подтвердили ньютоновскую модель: первые наблюдаемые отклонения от теории Ньютона в астрономии (смещение перигелия Меркурия) были обнаружены лишь через 200 лет. Вскоре эти отклонения объяснила общая теория относительности (ОТО); ньютоновская теория оказалась её приближённым вариантом. ОТО также наполнила теорию тяготения физическим содержанием и позволила избавиться от дальнодействия(согласно концепции дальнодействия, тела действуют друг на друга без материальных посредников, через пустоту, на любом расстоянии. Такое взаимодействие осуществляется с бесконечно большой скоростью, но подчиняется определённым законам. Примером силы, считавшейся одним из примеров непосредственного действия на расстоянии, можно считать силу всемирного тяготения в классической теории гравитации Ньютона).
О жизни Ньютона
Исаак Ньютон родился в 1642 г. в семье зажиточного фермера в деревне Вулсторп (графство Линкольншир), но отец его умер, не дождавшись рождения сына. Мальчик был слабым и болезненным, его назвали Исааком в честь умершего отца.
Мальчика в детстве воспитывал дядя по матери. В 12-летнем возрасте он поступил учиться в местную школу, где сразу же проявились его необыкновенные способности: он сочинял стихи, много читал, постоянно что-то конструировал. И хотя мать забрала его из школы и хотела оставить хозяйничать в усадьбе, окружающие, в том числе школьные учителя, осознавали, что это необыкновенно одаренный юноша, и смогли уговорить мать разрешить ему учиться в колледже при Кембриджском университете. Круг его интересов и увлечений был настолько велик, что он порой забывал даже про еду: он продолжал мастерить (в основном научные инструменты), увлечённо занимался оптикой, астрономией, математикой, фонетикой, теорией музыки. Затем увлекся математикой. 1665-1667 г.г. — «чумные годы» в Англии. Занятия в учебных заведениях были прекращены, Ньютон уехал домой в Вулсторп, и это были очень плодотворные годы в его научной деятельности: проведя ряд остроумных оптических экспериментов, он доказал, что белый цвет есть смесь цветов спектра. Но самым значительным его открытием в эти годы стал закон всемирного тяготения. Он гласит, что сила гравитационного притяжения между двумя материальными точками массы m 1 и m 2, разделёнными расстоянием 
, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними — то есть: 
. Здесь G — гравитационная постоянная, равная 
.
Общеизвестна легенда о том, что закон тяготения Ньютон открыл, наблюдая падение яблока. Но его теория всеобщего тяготения развивалась постепенно: сравнивая периоды нескольких планет и их расстояния до Солнца, он обнаружил, что из третьего закона Кеплера, связывающего периоды обращения планет с расстоянием до Солнца, следует именно «формула обратных квадратов» для закона тяготения (в приближении круговых орбит). Окончательную формулировку закона тяготения, вошедшую в учебники, Ньютон выписал позднее, после того, как ему стали ясны законы механики. Для него характерно то, что он никогда не искал славы и не спешил опубликовывать свои открытия, и даже этот первый научный труд.
Продолжая заниматься наукой и одновременно преподаванием, он постепенно получил степень бакалавра, магистра, но преподавание не увлекало его. Став придворным капелланом (священник, совмещающий сан с какой-либо дополнительной, как правило светской, должностью), он оставил преподавание.
Он создал телескоп-рефлектор: линза и вогнутое сферическое зеркало, которое сделал и отполировал сам. Первая конструкция Ньютона (1668) оказалась неудачной, но уже следующая давала 40-кратное увеличение превосходного качества.
Слухи о новом инструменте быстро дошли до Лондона, в конце 1671 — начале 1672 г. он демонстрировал рефлектор перед королём, а затем — в Королевском обществе. Ньютон стал знаменит и в январе 1672 года был избран членом Королевского общества. Позднее усовершенствованные рефлекторы стали основными инструментами астрономов, с их помощью были открыты планета Уран, иные галактики, красное смещение.
Особенностью характера Ньютона было то, что он дорожил отношениями с коллегами, но не любил конфликты и споры, а как раз этого было предостаточно, особенно его выводили из себя некомпетентные нападки. Он даже дал себе зарок не ввязываться в научные споры.
В 1684—1686 гг. он работает над книгой «Математические начала натуральной философии». В ней Ньютон строго доказывает, исходя из наблюдаемой картины движения планет и их спутников, что в природе действует закон тяготения. Значительную часть книги занимают расчёты, чертежи и таблицы.
В 1696 г. Ньютон покинул Кембридж и переехал в Лондон, заняв должность смотрителя Монетного двора. Он досконально изучил технологию монетного производства, привёл в порядок документы и учёт за последние 30 лет, содействуя денежной реформе. В Англии этих лет имели хождение неполновесные, а в немалом количестве и фальшивые монеты. Широкое распространение получила обрезка краёв серебряных монет. Теперь же монету начали производить на специальных станках, по ободку их шла надпись, так что преступное стачивание металла стало невозможным. Старая, неполновесная серебряная монета за 2 года была полностью изъята из обращения и перечеканена, выпуск новых монет возрос. Ньютон же предложил обменивать деньги по номиналу, инфляция резко снизилась. Но честный и компетентный человек во главе Монетного двора устраивал не всех. С первых же дней на Ньютона посыпались жалобы и доносы, постоянно появлялись комиссии по проверке. Как выяснилось, многие доносы поступали от фальшивомонетчиков, раздражённых ньютоновскими реформами. Ньютон равнодушно относился к злословию, но никогда не прощал, если оно затрагивало его честь и репутацию. Он лично участвовал в десятках расследований, и более 100 фальшивомонетчиков были выслежены и осуждены. Число фальшивых монет в Англии значительно сократилось. Таким образом, проведённые учёным реформы не только предотвратили экономический кризис, но и через десятилетия привели к значительному росту благосостояния страны.
В 1698 г. Монетный двор посещал русский царь Петр I . В 1700 г. в России была проведена монетная реформа, сходная с английской.
С 1699 г. началось преподавание системы мира Ньютона в Кембридже и в Оксфорде, а Парижская академия наук избрала его своим иностранным членом.
В 1705 году королева Анна возвела Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон. Впервые в английской истории звание рыцаря было присвоено за научные заслуги.
Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств», которой занимался около 40 лет, а также подготовкой третьего издания «Начал», в которое был включен довольно полный справочник по кометам, наблюдавшимся с XIV века. Среди прочих была представлена рассчитанная орбита кометы Галлея, новое появление которой в 1758 г. подтвердило теоретические расчёты (к тому времени уже покойных) Ньютона и Галлея.
В 1725 г. здоровье Ньютона заметно ухудшилось, и он переселился в Кенсингтон неподалёку от Лондона, где и скончался ночью, во сне, в марте 1727 г. Письменного завещания он не оставил, но значительную часть своего крупного состояния незадолго до смерти передал ближайшим родственникам. Похоронен в Вестминстерском аббатстве. На его могиле надпись: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов.
Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Св. писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту.
Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого» .
Источник