Повторное рассмотрение его Первого закона
Из всех законов Ньютона, его первый не только самый трудный для запоминания из школьного курса, но и самый загадочный. С первого взгляда он кажется почти избыточным, и вы задаетесь вопросом, почему Ньютон включил его в свои законы. В этой статье Даниэль Хук рассматривает Первый закон Ньютона и показывает, что наше общее недоразумение его смысла, кажется, проистекает из несчастного неправильного перевода.
Первый закон Ньютона - это обман! То есть принцип, который все называют "Первым законом Ньютона", тот, о котором вас учили в школе, который физики и ученые веками приписывали Ньютону - этот принцип не является Первым законом Ньютона. Это громоздкий неправильный перевод латинского принципа, который Исаак Ньютон назвал Первым законом движения, восемнадцативековая ошибка, которая каким-то образом прошла незамеченной.
Но прежде чем я перейду к этому, позвольте мне немного вернуться назад, чтобы напомнить вам, что, как полагается, должен сказать Первый закон Ньютона, и рассказать вам о том, когда я впервые понял, что что-то не так.
Пока движущийся объект оставлен в покое (и его не рывают, не толкают или не тянут внешние силы), он будет продолжать двигаться с постоянной скоростью по прямой линии вечно - это Первый закон Ньютона, как его обычно понимают. Для меня, как и для большинства людей, этот принцип не сразу показался истинным, когда я учился в школе. Ведь если вы пнете мяч или тележку, а затем оставите их в покое, они не будут двигаться в прямой линии вечно!
...ничто никогда не находится в абсолютно стабильном равномерном прямолинейном движении, как описывает Первый закон Ньютона.
Но, как объяснил мой учитель, торможение движения катящейся тележки происходит потому, что она на самом деле не свободна от внешних сил. Земля, по которой трется тележка, и воздух, с которым она сталкивается, одновременно толкают ее назад... А что насчет луны? Луна движется сквозь пустоту космоса и все равно движется по кругу, а не по прямой линии! Однако Луна также не свободна от силы: тяжесть Земли не дает ей улететь в пустоту прямой линией. И так далее: на практике ничто никогда не находится в абсолютно стабильном равномерном прямолинейном движении, как описывает Первый закон Ньютона. Но тогда всегда есть какая-то сила, которая объясняет, почему этот объект якобы освобожден от закона. Но на этом этапе вы можете задаться вопросом, как и я: есть ли какие-либо тела, движение которых подчинено Первому закону движения Ньютона?
Разобьется ли этот велосипед или будет продолжать двигаться равномерно по прямой линии вечно?
Вы были бы правы, задаваясь таким вопросом! По собственным словам Ньютона, каждое тело во Вселенной подвержено силам, в частности гравитации. Следовательно, с позиционной точки зрения свободных от сил тел вообще не существует. Но если так, то Первый закон движения Ньютона начинает казаться немного бесполезным. Чем хорош закон природы, который ничему не управляет? Зачем делать его Первым законом?
"Что ж," сказал мой учитель, "закон говорит нам, что если бы существовали тела, свободные от сил, то они двигались бы по прямым линиям". Мне это показалось неубедительным оправданием.
Гораздо позже, в университете, я взял курс по философии физики и узнал, что я не был единственным, кто был обеспокоен этим. Известные физики, такие как Анри Пуанкаре и Артур Эддингтон, писали о этой проблеме, а философы придумывали всяческие оправдания от имени Ньютона. Некоторые из этих оправданий были даже более слабыми, чем оправдание моего учителя, некоторые были довольно интересными. Другие люди считали, что Ньютон просто ошибся, и Эддингтон даже немного пошутил над ним, предложив остроумную переформулировку Первого закона: "Каждое тело продолжает оставаться в состоянии покоя или равномерного движения по прямой линии, за исключением случаев, если это не так".
Тем не менее, мне было трудно поверить, что это всего лишь недоразумение со стороны Ньютона. К тому времени я прочитал некоторые его тексты и знал, что он был выдающимся ясным мыслителем, который выбирал свои слова с большой осторожностью. Итак, я пошел в библиотеку и нашел новейший перевод "Принципиев", чтобы я мог прочитать Первый закон Ньютона в его собственных словах. Вот он:
"Каждое тело продолжает находиться в состоянии покоя или равномерного движения вперед по прямой линии, за исключением случаев, если оно вынуждено изменить свое состояние действием приложенных сил".
Тщательно прочитайте это утверждение еще раз и спросите себя: что гласит этот принцип относительно тел, подверженных воздействию сил?
Исходя из всего, что мне когда-либо преподавали, и всего, что я читал о Первом законе, ответ должен был быть "ничего". Все эти физики, философы и ученые, о которых я упомянул, исследовавшие смысл Первого закона, все принимали как должное, что Первый закон касается только движения тел, свободных от воздействия сил.
Вращающийся волчок, чьи части своим сцеплением постоянно притягивают друг друга, чтобы предотвращать прямолинейное движение, не прекращает вращение, за исключением случаев, когда его движение замедляется воздухом.
Однако ясно, что вышеприведенное утверждение, принцип, помеченный "Законом I" в "Принципиа" Исаака Ньютона, касается движения тел, подверженных воздействию приложенных сил. Он гласит, что тела отклоняются от своего состояния покоя или равномерного прямолинейного движения только в той степени, в которой приложенные силы их к этому принуждают. Прочтите это еще раз, если не верите мне.
Как бы чтобы подчеркнуть этот момент, Ньютон следует за формулировкой закона очень показательным примером: "Вращающийся волчок, чьи части своим сцеплением постоянно притягивают друг друга, чтобы предотвращать прямолинейное движение, не прекращает вращение, за исключением случаев, когда его движение замедляется воздухом." Части вращающегося волчка совсем не свободны от силы и, очевидно, не двигаются по прямым линиям. Но, как объясняет Ньютон, их состояние движения меняется только в той мере, в какой приложенные силы принуждают их к этому. Так что это прекрасный пример того, что на самом деле говорит Первый закон. Предоставив этот пример, Ньютон явно показывает нам, как Первый закон, так, как он его понимает, применяется к ускоряющимся телам, подверженным воздействию сил - то есть к телам в реальном мире.
Как же так случилось, что так много экспертов и умных людей могли пропустить это? Этот вопрос беспокоил меня, пока я не начал расследовать это несколько лет назад. Оказалось, что большая часть доступных переводов "Принципиев" Ньютона на латынь была основана на оригинальном английском переводе 1729 года Эндрю Мотта. Выяснилось, что Мотт опубликовал свое издание через два года после смерти Исаака Ньютона и, вероятно, сделал это без его ведома или разрешения. Несмотря на то что это в основном был очень хороший перевод, Мотт пропустил одно небольшое слово в Первом законе: слово "quatenus", что означает "в той степени". В результате, вот как звучит перевод Первого закона, которым он и остальные из нас воспользовались: "Каждое тело сохраняет свое состояние покоя или равномерного движения по прямой линии, если только оно не вынуждено изменить это состояние действием приложенных к нему сил."
Замена "если только" на "за исключением случаев, когда" имеет огромное значение. Мотт создает впечатление, будто закон делает исключение для тел, на которые действуют силы, вместо того чтобы добавить квалификацию. Когда "Принципиа" был наконец переведен заново в 1999 году, новые переводчики Коэн и Уитман исправили ошибку Мотта (этот перевод я нашел в библиотеке). Но к тому времени неправильное толкование Первого закона Мотта стало настолько укоренившимся, что даже Коэн и Уитман, кажется, не заметили, насколько сильно меняется смысл из-за этой формулировки. Но вернув это забытое слово на свое место, они фактически вернули один из основных принципов физики к его первоначальному величию.
С возвращением "в той степени" туда, где оно принадлежит, становится ясно, что Первый закон движения касается реального движения.
Чтобы было ясно, я не говорю, что физика пошла бы по-другому, если бы "quatenus" Ньютона не было утеряно в переводе. Как я объясняю в своей статье по этой теме, реформулировка Второго закона Ньютона Эйлером привела к тому, что Первый закон стал несколько избыточным. Поэтому то, что люди имели неверное представление о Первом законе Ньютона, не сильно затруднило наше понимание ньютоновской механики в целом.
Но точное изложение Первого закона Ньютона действительно изменяет наше представление о значении и роли самого закона. С "в той степени" на своем месте становится ясно, что Первый закон движения касается реального движения. И это также о переменах, как и о постоянстве: он касается степени, в которой тела отклоняются от своего состояния движения (а именно в той степени, в которой на них действуют внешние силы). Мы можем переформулировать Первый закон так: каждое изменение скорости или направления движения тела всегда обусловлено действием силы.
Или, короче говоря, все изменения движения обусловлены силой.
Итак, нет, Первый закон движения не касается вымышленных ситуаций, как думал мой учитель физики. Он касается реальных изменений движения в реальном мире. Мы живем в динамичной, бурлящей вселенной, полной роющихся атомов и кружащихся молекул, стремительных комет и вращающихся галактик. И каждое вращение и поворот в этой огромной путанице, каждое изменение скорости и наклона направления, управляется Первым законом Ньютона.
Подписывайтесь на наш канал! Тут много интересного!
Источник новости : https://iai.tv/articles/what-newton-really-meant-daniel-hoek-auid-2579