Законы Вселенной Исаака Ньютона
Простые законы объяснят устройство Вселенной
В 1665 году многие города Британии постигла беда — эпидемия чумы. Люди умирали тысячами, а выжившие в страхе бежали из городов. Ньютону повезло. Он уехал на семейную ферму в маленькой деревушке Вулсторп в Линкольншире. Здесь он совершил несколько величайших научных открытий в истории.
Ньютон вывел три закона движения. Первый гласит, что движущееся тело сохраняет одну и ту же скорость и направление, если на него не действуют посторонние силы. Представьте, что вы ударили по мячу. Он хочет лететь по прямой, но гравитация тянет его вниз, а сопротивление воздуха тормозит. Второй закон утверждает, что скорость тем выше, чем больше приложенная сила. Чем сильнее ты ударишь по мячу, тем дальше он улетит. Третий закон состоит в том, что объект, который толкают или тянут, с той же силой тянет или толкает в ответ. То есть нога приложила силу к мячу, но мяч давит на ногу с той же силой — и ты чувствуешь ее при ударе.
Затем Ньютон сформулировал закон всемирного тяготения. Он понимал, что эти физические законы относятся ко всем телам во Вселенной. Между тобой и Землей действует сила притяжения. Помимо этого, тебя притягивает и Солнце, и все остальные планеты. Но после прыжка ты падаешь на Землю, а не на Солнце, потому что притяжение Земли сильнее, ведь она гораздо ближе.
Ньютон нашел применение законам. Он записал их в виде формул и потом проверил, изучая Луну и планеты. Он предсказал, как эти тела будут двигаться в будущем. Как говорил сам Ньютон, он открыл «учение о строении системы мира».
Его интересовали и другие явления, к примеру свет. Он обнаружил, что белый свет можно разложить на цветные составляющие при помощи куска стекла особой формы — призмы. Оказалось, что, смешав те же цвета воедино, можно снова получить белый цвет.
Ребенком Ньютон мастерил технические игрушки (часы, мельницы). У местного аптекаря он учился секретам врачевания. В 19 лет будущий ученый поступил в Кембриджский университет, где и провел почти всю жизнь. Там он изучал тайны света, движения и математики. Своими открытиями Ньютон делился с узким кругом друзей.
Но однажды, в 1684 году, к Ньютону за помощью обратился астроном и математик Эдмонд Галлей. Вместе с коллегами они уже давно и безуспешно пытались вывести математическую формулу, описывающую орбиты планет. Ньютон эту задачу решил много лет назад. Галлей был так впечатлен, что оплатил издание книги Ньютона «Начала». В книге разъяснялись законы движения и показывалось, как эти законы можно применить при расчете движения любых объектов, на которые воздействуют силы (включая притяжение). Чтобы вывести эти законы, Ньютон применял дифференциальное и интегральное исчисления, но, охраняя свой секрет, объяснял он их в книге через более громоздкие геометрические примеры.
С этого момента Ньютон стал знаменитым. Он вступил в Королевское общество, прообраз Академии наук, и позже стал его президентом. В 1704 году он опубликовал свои работы по преломлению света во второй своей книге, «Оптика». Королева Анна посвятила его в рыцари — редкая честь для ученого. До него ее удостоился лишь Фрэнсис Бэкон, и было это больше 100 лет назад.
Ньютон также возглавил Королевский монетный двор, где чеканились британские деньги. Эта должность хорошо оплачивалась и не подразумевала особых забот — скорее награда за научные достижения. Но в те времена люди стачивали края монет, и драгоценного металла в них оставалась лишь половина от положенного. Преступники — их называли фальшивомонетчиками — изготовляли поддельные деньги. Ньютон боролся с этими нарушениями, он даже сам выдавал себя за фальшивомонетчика, чтобы поймать жуликов!
Вклад в физику
- Вывел физические законы, которым подчиняется движение небесных тел и обычных предметов;
- Изобрел дифференциальное исчисление — раздел математики, полезный для описания изменчивых процессов, например движения;
- Создал новый тип телескопа — с вогнутым зеркалом ( большинство крупнейших телескопов мира сегодня зеркальные.
Друзья и враги Ньютона
Ньютон мог быть хорошим другом, но и врагов он наживал легко.
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
Теория вселенной исаак ньютон
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