Квинтэссенция. Книга первая - Ирина Львовна Радунская

Мы, приученные Ньютоном копать глубже, не удовлетворены таким ответом. Ведь такой ответ попросту порождает очередной вопрос — почему это свойство таково?

Попробуем ответить иначе, чем Галилей.

Итак, все предметы падают с одинаковой высоты за равное время. Почему так происходит?

Каждый вправе ответить по-своему. Но есть ограничение: ответ не должен приводить к противоречию с опытом.

Подумав и отбросив ряд вариантов мы найдем еще один ответ: таково свойство всех предметов. Ответ не противоречит опыту. Значит он, в принципе, допустим.

Вероятно Галилей обдумывал и этот ответ и отбросил его. Ведь предметов множество и трудно объяснить почему все они, несмотря на их многообразие, обладают этим общим свойством. Кроме того, остается основной вопрос: почему это свойство таково?

Естественно, Галилей приписал таинственное свойство силе тяжести — одной силе, а не бесконечному многообразию явлений.

Галилей не нуждается в защите. Он начал революцию в науке и продвинулся далеко вперед. Но он не знал, что такое ускорение и даже не мог поставить такого вопроса.

Только Ньютон шагнул дальше. Но для этого ему пришлось, как мы знаем, создать новую математику. Она помогла ему сформулировать второй закон механики, содержащий понятие «ускорение» — ускорение, это скорость изменения скорости.

Теперь видоизменим один из наших мысленных экспериментов: снова сожмем спиральную пружину и свяжем ее концы ниткой.

Прислоним к ее концам по шарику. Но пусть теперь один их них будет вдвое тяжелей, чем другой.

Пережжем нитку.

Что мы увидим?

Ничего удивительного. Когда пружина распрямится, легкий шарик будет двигаться быстрее, чем тяжелый.

Ньютон подготовил нас к этому результату. Величина силы пружины одинакова на обоих ее концах. А масса шариков различна. Большой вдвое массивнее маленького. Значит ускорение, приобретаемое маленьким шариком, вдвое больше, чем ускорение, приобретаемое большим. Их ускорение продолжалось одинаковое время. К моменту распрямления пружины маленький шарик будет двигаться быстрее, чем большой.

Второй закон Ньютона позволяет вычислить эти скорости.

Вспомним содержание второго закона: ускорение предмета пропорционально действующей на него силе и обратно пропорционально его массе.

Здесь масса выступает, как характеристика вещества, как его количественная характеристика. Чем больше масса предмета, тем труднее изменить его скорость. Тем больше его инерция. Ньютон предпочел бы сказать: тем больше врожденная сила содержащейся в нем материи.

Мы можем применить этот опыт к измерению отношения двух масс. Для этого нужно прислонить к концам сжатой спиральной пружины два шарика, массы которых неизвестны. Вновь пережжем нитку и измерим скорости обоих шаров сразу после того, как пружина перестанет удлиняться, расталкивая шарики. Установив, что скорость первого шарика вдвое больше, чем второго, определим, что его масса вдвое меньше, чем масса второго.

Если один из шариков объявить эталоном массы, то, таким путем, можно определить величину массы любого другого шарика.

Читатель вправе сказать, что это не очень удобный способ определения массы. Конечно, однако он не приводит к ошибкам и его можно применять.

Но для измерения массы лучше пользоваться весами. Для молодых читателей скажем: раньше на пакетах с сахаром была надпись «Чистый вес 1 кг».

Теперь иначе: «Масса без упаковки 1 кг».

Что привело к этому изменению?

Раньше все было ясно. Весы служили для взвешивания, для определения веса. Само слово «весы» происходит от корня «вес».

Еще в глубокой древности люди изобрели весы. Они знали, что вес тянет предметы к Земле.

Только Ньютон установил, что предмет падает не вследствие своего веса, не потому, что он обладает свойством, называемым «вес», а из-за притяжения Земли. Что именно взаимное притяжение Земли и предмета создает вес предмета. И что предмет притягивает Землю с той же силой, с какой Земля притягивает этот предмет.

Но Земля огромна, поэтому воздействие предмета на Землю остается не замеченным. Ньютон понимал, что вес предмета связан с его массой. Нужно было определить какова эта связь и выразить ее при помощи математики.

Ньютон глубоко обдумал опыты Галилея, повторил их и провел новые опыты.

Ньютон считал, что материя существует в форме твердых, непроницаемых подвижных частиц. Но не все пространство заполнено этими частицами в равной мере. Поэтому наряду с частицами существует пустота. Так его взгляд на строение материи отражает учение Демокрита, великого древнегреческого атомиста. Не удивляйтесь, но уже на пороге цивилизации мудрецы верили: мир — это атомы и пустота.

Масса тела — пропорциональна его весу. Ньютон установил это точнейшими для его времени опытами. Он описал их подробно и ясно.

«Я провел такое испытание для золота, серебра, свинца, стекла, песка, обыкновенной соли, дерева, воды и пшеницы. Я изготовил две круглые деревянные кадочки, равные между собой; одну из них я заполнил деревом, в другой же я поместил в центре качаний такой же груз из золота (насколько мог точно). Кадочки, подвешенные на равных нитях 11 футов длиною, образовали два маятника, совершенно одинаковых по весу, форме и сопротивлению воздуха; будучи помещены рядом, они при равных качаниях шли взад и вперед в продолжение весьма долгого времени. Следовательно, количество вещества в золоте относилось к количеству вещества в дереве (помещенном во вторую кадочку), как действие движущей силы на золото к ее действию на дерево, то есть как вес одного к весу другого. То же самое было и для прочих тел. Для тел одинакового веса разность количества веществ (масс), даже меньшая одной тысячной доли полной массы, могла бы быть с ясностью обнаружена этими опытами».

Из этих опытов следует, что инертная масса и тяжелая (гравитационная) масса пропорциональны.

Предоставим вновь слово Ньютону.

«Протяженность, твердость, непроницаемость, подвижность и инертность целого происходят от протяженности, твердости, непроницаемости, подвижности и инертности частей. Отсюда мы заключаем, что все малейшие частицы всех тел протяженны, тверды, непроницаемы, подвижны и обладают инерцией. Таково основание всей физики».

Задача физики, писал Ньютон, «состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления».

Иначе говоря, «Было бы желательно вывести из начала механики и остальные явления природы, рассуждая подобным же образом, ибо многое заставляет меня предполагать, что все эти явления обуславливаются некоторыми силами, с которыми частицы тел, вследствие причин, покуда неизвестных, стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры, или же взаимно отталкиваются и удаляются друг от друга».

Вдумайтесь в эти слова, ведь они подступ к истине, которую более точно, более глубоко и обосновано поняли наши современники. Так мужает и набирается опыта и знаний человеческий интеллект…

Кстати заметим, что говоря: «частицы стремятся друг к другу и сцепляются в правильные фигуры», Ньютон имеет в виду, что образование кристаллов вызывается