Теперь мы должны сказать о том, что, хотя и не первым по порядку, но, пожалуй, первым по значимости новым понятием, введенным Ньютоном в физику в этой его работе, было понятие о приложенной силе.
Недаром же он неоднократно разъясняет суть этого понятия сначала в шести, из восьми сформулированных им определениях, а потом еще и в двух доказанных им позже следствиях.
Кроме того, приложенная сила является определяющим понятием так же, как во всех трех сформулированных им аксиомах или законах движения, так и в доказанном им шестом следствии.
Поэтому мы нисколько не ошибемся, если скажем так, что в его «Началах» понятие о приложенной силе является самым главным и наиболее важным понятием. Впрочем, Ньютон и сам считал точно так же. Так как, говоря в предисловии к своему сочинению о сути создаваемой им новой науки, он прямо указывал, что:
«В этом смысле рациональная механика есть учение о движениях, производимых какими бы то ни было силами, и о силах, требуемых для производства каких бы то ни было движений, точно изложенное и доказанное».
При этом, сам термин «сила» появляется у Ньютона, еще до данного им определения физической сути этого понятия, уже в его третьем определении, в котором он указывает, что:
«III. Врожденная сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает свое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.
Эта сила всегда пропорциональна массе, и если отличается от инерции массы, то разве только воззрением на нее.
От инерции материи происходит, что всякое тело лишь с трудом выводится из своего покоя или движения. Поэтому «врожденная сила» могла бы быть весьма вразумительно названа «силою инерции». Эта сила проявляется телом единственно лишь, когда другая сила, к нему приложенная, производит изменение в его состоянии». [Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.: Наука, с. 25].
Как видите, на самом деле, этим определением Ньютон вводит в употребление не одно, а сразу два понятия:
- понятие об инерции материи, как о ее упорном стремлении к сохранению своего состояния покоя или равномерного прямолинейного движения;
- и понятие о силе инерции, с которой любая материя препятствует всякому изменению ее состояния покоя или равномерного прямолинейного движения.
Хотя, сам Ньютон, по-видимому, не осознает этого. Что, несомненно, является допущенной им грубой ошибкой, суть которой состоит в том, что при своем стремлении к «подчинению явлений природы законам математики» (о котором он пишет в предисловии к этому своему сочинению), он должен был бы понимать, что достичь этого можно только в том случае, когда все введенные им физические понятия будут измеряемыми величинами.
У него же измеряемой величиной является только такая сила, которая как это, например, сказано у него в определении VIII «…распознается по силе, ей равной и противоположной, которая могла бы воспрепятствовать опусканию тела».
В то время как «инерция материи» остается у него не только не измеряемой, но и, вообще, никак не осмысленной им величиной. В то время как уже тогда у него были все основания для того, чтобы он задумался над тем, нет ли какой-либо взаимосвязи между инерцией материи и ее количеством движения? И не являются ли эти два понятия просто дублирующими друг друга?
Тем не менее, при всей его гениальности, эта задача оказалась явно непосильной Ньютону. Хотя, чему же здесь удивляться, если и истинные, и преданные ньютонианцы так же не заметили позже этой грубейшей ошибки, допущенной когда-то их кумиром.
Вследствие чего, постоянно напоминая потом всем о том, что созданная им теория является, прежде всего, точной наукой. В то же самое время, они столетиями пользовались в ней какой-то совершенно никому не понятной и никоим образом не измеряемой «инерцией», которая все это время лишь постоянно «путалась у них под ногами», лишь тормозя собой дальнейшее развитие их науки.
При этом следует сказать, что само слово «сила» не является изобретением Ньютона, так как известно, что люди употребляли его с самых давних пор. Несомненно, что оно появилось на бытовом уровне еще в донаучный период. И, вероятнее всего, что причиной этого была потребность людей в том, чтобы хоть как-то характеризовать эффективность физического труда, как людей, так и животных. Очевидно, что тот, кто мог сделать в одно и то же время большую работу или поднять более тяжелый груз, считался и более сильным.
В физической науке понятие силы начало формироваться со времён Аристотеля. Который совершенно справедливо полагал, что все происходящие с телами изменения должны иметь свою причину. Но при этом он, конечно же, не вводил в науку объясняющие эти изменения физические величины, а лишь пытался указать то, что было конкретной причиной движения того или иного тела.
Действительно научный анализ движения тел начинается с разработчиков теории импетуса. С этого же времени у ученых постепенно начинает формироваться также и понятие о силе, как о причине изменения движения тел, ставшее прологом к установлению основного закона механики (здесь имеется в виду второй закон динамики).
Потом, этим продолжает заниматься Галилей. Однако, младший современник Галилея – Р. Декарт излагал свои взгляды на природу, вообще не используя это понятие. В его учении были только понятия о материи и о движении.
Причем, основным свойством материи у Декарта была ее протяженность, а основным свойством движения было строгое сохранение его общего количества, которое оставалось неизменным после любых взаимодействий тел. При этом из всех возможных взаимодействий тел Декарт признавал и рассматривал только те, которые возникали при их непосредственных контактах. Декарт изложил эти свои идеи в его «Началах философии», опубликованных им в 1644 г.
В созданной же спустя 43 года механике Ньютона, тела взаимодействовали уже и на расстоянии посредством также открытых Ньютоном центростремительных сил.
Именно объяснением причины и следствия подобного взаимодействия и была, в первую очередь, вызвана для Ньютона необходимость введения в науку этого нового понятия.
Известно, что Ньютон рассматривал силу одновременно и как результат взаимодействия тел, то есть, как следствие их взаимодействия, и как причину, вызывающую изменения их движения.
При этом в отношении центростремительных сил он придерживался концепции дальнодействия, согласно которой взаимодействие тел на расстоянии происходит мгновенно, непосредственно через пустое пространство и даже на неограниченном удалении тел друг от друга.
Кстати, следует отметить, что, говоря о силах, он как бы подразделял их на врожденные и приложенные, отнеся при этом силу инерции к врожденным силам материи. Но, в таком случае, и центростремительную силу, то есть, силу взаимного притяжения тел друг к другу, он так же должен был бы отнести к врожденным силам материи. Однако, по какой-то причине он не сделал этого.
В то же время, несмотря на то, что Ньютон так много говорит в своей работе о новом понятии, непосредственную суть приложенной силы он раскрывает только в своем IV определении, где он указывает, что:
«IV. Приложенная сила есть действие, производимое над телом, чтобы изменить его состояние покоя или равномерного прямолинейного движения».
Но, несмотря на то, что, дав это определение, Ньютон и установил причину всякого изменения движения тел, назвав ее «действием силы», тем не менее, однообразия в науке от этого не наступило. И многие ученые еще долго продолжали потом употреблять этот термин в науке по самым разным поводам.
Причем, чаще всего под термином «сила» они подразумевали то, что мы сейчас понимаем под словом «энергия». То есть, нечто такое, что могло характеризовать собой способность тел быть инициаторами их взаимодействий с другими телами.
А объяснялось это тем, что далеко не все ученые сразу же согласились с необходимостью введения в науку этого нового понятия.
Если необходимость введения в физику понятия массы сразу же была признана большинством ученых, то необходимость в принятии понятия силы, в качестве основного понятия физики, выражающего собой причину изменения движения тел, вызывала серьезные возражения со стороны многих ученых.
При этом неприятие ими этой новой величины доходило до того, что в противовес ньютоновской, многие ученые строили свои системы механики, в которых они либо вообще не использовали понятие силы, либо придавали ему лишь вспомогательное и второстепенное значение.
В то время как другие ученые, наоборот, видели во введении этого понятия большую пользу для науки, и поэтому они предпринимали попытки возвести силу в ранг самых общих и принципиальных понятий физической науки, ставя ее, например, вровень с такими фундаментальными понятиями, как материя.
Разумеется, что, прежде всего, свое отрицательное отношение к предложенному Ньютоном понятию силы высказали прямые последователи учения Декарта. Как «темное метафизическое понятие» воспринимали ньютонову силу Даламбер, Л. Карно, Сен-Венан и некоторые другие физики.
Отрицательно относились к ньютоновой силе так же Кирхгоф и Г. Герц. Последний даже опубликовал в 1891 г. свой труд «Принципы механики, изложенные в новой связи», в котором он не использовал силу в качестве основного понятия. Однако, эта его работа не прижилась в науке из-за того, что изложение материала в ней было очень сложным и запутанным.
Вообще же, несмотря на все возражения многих видных ученых в отношении понятия силы, никто из них не мог отрицать того, что именно благодаря использованию этого понятия Ньютону удалось создать небесную механику и решить целый ряд теоретических задач.
Как никто из них не мог отрицать и того, что именно использование этого понятия непосредственно связало механику с логикой, что делало изложение физики наиболее кратким, простым, доходчивым и понятным.
Именно поэтому, несмотря ни на что, введенное Ньютоном понятие силы и дожило до наших дней, выдержав нелегкое испытание временем. Причем, в современной физике оно, по-прежнему, продолжает оставаться одним из самых важных ее понятий.
Хотя, если разобраться, то следует признать, что почти все претензии, которые высказывались учеными в отношении введенного Ньютоном понятия силы, на самом деле были не так уж и беспочвенны.
Ведь данное им определение силы и в самом деле было слишком уж поверхностным. Оно действительно только констатировало сам факт существования причины, изменяющей движение тела, но при этом оно совершенно ничего не говорило нам о самой силе и никак не раскрывало физической сути этого понятия. В данном им IV определении Ньютон разъясняет нам только причину возникновения силы и вызываемое ее действием следствие. Но, при этом, он ничего не говорит нам о ее истинной физической сути.
Поэтому, совсем неудивительным является то, что, несмотря на повсеместное применение термина «силы» в современной науке, для многих ученых сила всегда продолжала оставаться «темным метафизическим понятием». Причем, точно такой же она остается в наши дни и для нас. Так как и из современного учебника физики, мы можем узнать о ней только то, что:
«Сила – это векторная физическая величина, характеризующая собой действие одного тела на другое».
Так что, даже если мы воспользуемся данным далее Ньютоном пояснением, которым он сопроводил сформулированное им определение силы, то это не только нисколько не улучшит нашего понимания сути этой величины, но, наоборот, вызовет у нас еще больше вопросов, так как в этом разъяснении Ньютон указывает лишь то, что:
«Сила проявляется единственно только в действии и по прекращении действия в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только инерции. Происхождение приложенной силы может быть различное: от удара, от давления, от центростремительной силы».
Очевидно, что в этом своем разъяснении Ньютон допустил еще больше ошибок, чем в данном им определении. Так как, он не понял даже того, что это разъяснение делает совершенно ненужным уже введенное им ранее определение о количестве движения тела.
Ведь, если бы это было не так, то в своем разъяснении внешнего проявления действия силы Ньютон должен был бы указать, например, то, что: «По окончанию действия силы, тело продолжает затем удерживать свое новое состояние, вследствие приобретенного им от приложенной силы вполне определенного количества движения».
Тогда в системе введенных им новых определений была бы видна вполне определенная логика, которая указывала бы не только на взаимосвязь этих определений друг с другом, но также и на взаимосвязь всех явлений природы.
Из данного же Ньютоном его разъяснения прекрасно видно только то, что он так и не понял того, что еще задолго до создания им своих «Начал» в физике уже начало формироваться новое научное мировоззрение, основанное на признании фактов количественного сохранения в природе некоторых физических величин и на возможности объяснения сути отдельных явлений природы именно количественным сохранением этих величин в случае определенных взаимодействий тел.
К сожалению, он так и не понял того, что его «инерция», вследствие которой тело продолжает потом удерживать свое новое состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, это и есть приобретенное им вполне определенное количество движения. Которое, с одной стороны, является, очевидно, устойчивой, а потому и количественно сохраняемой физической величиной.
А, с другой стороны, количество движения является ничем иным, как аккумулированной или сохраненной телом внешней силой, которая прикладывалась к нему ранее.
Как не понял Ньютон и того, что обратимость его второго закона движения прямо указывала на то, что введенная им в употребление приложенная сила, несомненно, является сохраняемой величиной.
Но, тем не менее, все физики и по сей день руководствуются все тем же совершенно абсурдным ньютоновским пояснением. Потому что и сегодня мы видим то, как, после просто тупо повторенного ими ньютоновского определения приложенной силы, все авторы учебников с бездумным восхищением цитируют далее также и совершенно нелепое ньютоновское указание о том, что якобы:
«Сила проявляется единственно только в действии и по прекращении действия в теле не остается. Тело продолжает затем удерживать свое новое состояние вследствие одной только инерции».
Поэтому, когда мы читаем этот бесконечно повторяемый ими бред, то так и хочется спросить их, а что же тогда остается в теле? И что позволяет ему потом, при его движении, не только сохранять его, но и противодействовать встречающимся на его пути препятствиям?
Ведь, известно, что оно взаимодействует с ними также какой-то силой. Так откуда же тогда оно берет для этого эту новую силу? Разве сама логика не говорит нам о том, что эта новая расходуемая им теперь для преодоления препятствий сила не может быть ничем иным, кроме как той силой, которая была аккумулирована этим телом ранее? И, разумеется, что это так и есть на самом деле! Только совершенно неумные авторы учебников просто не понимают этого.
А должны были бы понять! Ведь, после того, как тело сначала разгоняется ускоряющей его силой, а потом останавливается, противодействуя препятствиям; с ним самим абсолютно никаких изменений не происходит. И после своей остановки оно остается точно таким же, каким оно было и до своего разгона.
Так что разгонять и останавливать его можно хоть тысячу раз. А это означает то, что все физики, точно так же, как и Ньютон, допускают одну и ту же, самую грубейшую и явно глупейшую ошибку в том, что не считают силу сохраняемой величиной. Конечно, при этом нужно понимать, что в телах приложенная к ним сила сохраняется не в ее «чистом виде», а она всегда превращается в какой-либо вид их энергии.
Так что в отношении силы физикам следовало бы принять хотя бы ту трактовку этого понятия, которую ему давал Ф. Энгельс, который явно ошибочно не считал силу причиной движения, потому что, как он был убежден, движение — это не следствие действия силы, а форма существования материи, и поэтому он указывал, что говорить о причине движения не имеет смысла. Но так как движение может передаваться от одного тела к другому, то имеет смысл говорить о некоторой величине, которая может количественно характеризовать передачу механического движения. Это, по Энгельсу, и есть сила.
Правда при этом Энгельс не понял, к сожалению, того, что сила — это не только средство передачи механического движения, которое очень легко может быть обнаружено и точно измерено нами. Но сила - это также еще и та величина, действие которой всегда аккумулируется телом в течение всего времени ее действия.
И в этом заключается недостаток его концепции, который исправляется нами в Новой теории. Именно Новая механика и раскрывает нам истинный физический смысл этого понятия, указывая, что:
Сила – это векторная физическая величина, характеризующая собой скорость передачи механической энергии, которая всегда осуществляется при любом взаимодействии тел.