Ньютон icon

Ньютон




Скачать 437.96 Kb.
НазваниеНьютон
страница1/3
Дата конвертации21.02.2013
Размер437.96 Kb.
ТипДокументы
источник
  1   2   3
1. /Курс истории физики_Кудрявцев/1.Оглавление.doc
2. /Курс истории физики_Кудрявцев/10.Архимед.doc
3. /Курс истории физики_Кудрявцев/11.Исторические замечания.doc
4. /Курс истории физики_Кудрявцев/12.Достижения науки средневекового Востока.doc
5. /Курс истории физики_Кудрявцев/13.Европейская средневековая наука.doc
6. /Курс истории физики_Кудрявцев/14.Исторические замечания.doc
7. /Курс истории физики_Кудрявцев/15.Научная революция Коперника.doc
8. /Курс истории физики_Кудрявцев/16.Борьба за гелиоцентричекую систему мира.doc
9. /Курс истории физики_Кудрявцев/17.Галилей.doc
10. /Курс истории физики_Кудрявцев/18.Новая методология и новая организация науки.doc
11. /Курс истории физики_Кудрявцев/19.Первые успехи экспериментальной физики.doc
12. /Курс истории физики_Кудрявцев/2.О Кудрявцеве.doc
13. /Курс истории физики_Кудрявцев/20.Дальнейшие успехи экспериметальной физики.doc
14. /Курс истории физики_Кудрявцев/21.Ньютон.doc
15. /Курс истории физики_Кудрявцев/22.Историческкие замечания.doc
16. /Курс истории физики_Кудрявцев/23.Наука в России.doc
17. /Курс истории физики_Кудрявцев/24.Механика XIII в.doc
18. /Курс истории физики_Кудрявцев/25.Молекулярная физика и теплота в XVIII столетии.doc
19. /Курс истории физики_Кудрявцев/26.Оптика.doc
20. /Курс истории физики_Кудрявцев/27.Электричество и магнетизм.doc
21. /Курс истории физики_Кудрявцев/28.Развитие механики в первой половине XIX столетия.doc
22. /Курс истории физики_Кудрявцев/29.Развитие волновой оптики в первой половине XIX столетия.doc
23. /Курс истории физики_Кудрявцев/3.Предисловие к первому изданию.doc
24. /Курс истории физики_Кудрявцев/30.Возникновение электродинамики и её развитие до Максвелла.doc
25. /Курс истории физики_Кудрявцев/31.Электромагнетизм.doc
26. /Курс истории физики_Кудрявцев/32.Возникновение и развитие термодинамики.doc
27. /Курс истории физики_Кудрявцев/33.Открытие закона сохранения и превращения энергии.doc
28. /Курс истории физики_Кудрявцев/34.Создание лабораторий.doc
29. /Курс истории физики_Кудрявцев/35.Второе начало термодинамики.doc
30. /Курс истории физики_Кудрявцев/36.Механическая теория тепла и атомистика.doc
31. /Курс истории физики_Кудрявцев/37.Дальнейшее развитие теплофизики и атомистики.doc
32. /Курс истории физики_Кудрявцев/38.Возникновение и развитие теории электромагнитного поля.doc
33. /Курс истории физики_Кудрявцев/39.Открытие электромагнитных волн.doc
34. /Курс истории физики_Кудрявцев/4.Введение.doc
35. /Курс истории физики_Кудрявцев/40.Изобретение радио.doc
36. /Курс истории физики_Кудрявцев/41.Электродинамика движущихся сред и электронная теория.doc
37. /Курс истории физики_Кудрявцев/42.Критика механики Ньютона и геометрии Евклида.doc
38. /Курс истории физики_Кудрявцев/43.Дальнейшее развитие теории относительности.doc
39. /Курс истории физики_Кудрявцев/44.Открытие Рентгена.doc
40. /Курс истории физики_Кудрявцев/45.Открытие радиоактивности.doc
41. /Курс истории физики_Кудрявцев/46.Открытия П и М.Кюри.doc
42. /Курс истории физики_Кудрявцев/47.Открытие квантов.doc
43. /Курс истории физики_Кудрявцев/48.Открытие радиоактивных преврещений.doc
44. /Курс истории физики_Кудрявцев/49.Развитие квантовой теории Эйнштейном.doc
45. /Курс истории физики_Кудрявцев/5.Зарождение научных знаний.doc
46. /Курс истории физики_Кудрявцев/50.Ленинский анализ Новейшей революции в естествознании.doc
47. /Курс истории физики_Кудрявцев/51.Модели атома до Бора.doc
48. /Курс истории физики_Кудрявцев/52.Открытие атомного ядра.doc
49. /Курс истории физики_Кудрявцев/53.Атом Бора.doc
50. /Курс истории физики_Кудрявцев/53.Исторические замечания.doc
51. /Курс истории физики_Кудрявцев/54.Радиотехника и радиофизика.doc
52. /Курс истории физики_Кудрявцев/55.Развитие теоретической физики советскими учёными.doc
53. /Курс истории физики_Кудрявцев/56.Развитие других направлений советской физики.doc
54. /Курс истории физики_Кудрявцев/57.Трудности теории Бора.doc
55. /Курс истории физики_Кудрявцев/58.Идеи де Бройля.doc
56. /Курс истории физики_Кудрявцев/59.Возникновение квантовой статистики.doc
57. /Курс истории физики_Кудрявцев/6.Начальный этап античной науки.doc
58. /Курс истории физики_Кудрявцев/60.Открытие спина.doc
59. /Курс истории физики_Кудрявцев/61.Механика Гейзенберга и Шредингера.doc
60. /Курс истории физики_Кудрявцев/62.Начало атомной энергетики.doc
61. /Курс истории физики_Кудрявцев/63.Расщепление ядра.doc
62. /Курс истории физики_Кудрявцев/64.История открытия нейтрона.doc
63. /Курс истории физики_Кудрявцев/65.Протонно-нейтронная модель ядра.doc
64. /Курс истории физики_Кудрявцев/66.Космические лучи.doc
65. /Курс истории физики_Кудрявцев/67.Ускорители.doc
66. /Курс истории физики_Кудрявцев/68.Искусственная радиоактивность.doc
67. /Курс истории физики_Кудрявцев/69.Опыты Ферми.doc
68. /Курс истории физики_Кудрявцев/7.Возникнивение атомистики.doc
69. /Курс истории физики_Кудрявцев/70.Теория в-распада Ферми.doc
70. /Курс истории физики_Кудрявцев/71.Открытие ядерной изомерии.doc
71. /Курс истории физики_Кудрявцев/72.Деление урана.doc
72. /Курс истории физики_Кудрявцев/73.Осуществление цепной реакции деления ядер.doc
73. /Курс истории физики_Кудрявцев/74.Заключение.doc
74. /Курс истории физики_Кудрявцев/75.Литература.doc
75. /Курс истории физики_Кудрявцев/8.Аристотель.doc
76. /Курс истории физики_Кудрявцев/9.Атомистика в послеаристотелевскую эпоху.doc
77. /Курс истории физики_Кудрявцев/~$.Развитие волновой оптики в первой половине XIX столетия.doc
Курс истории физики (Кудрявцев П. С.)
Архимед
Исторические замечания
Достижения науки средневекового Востока
Европейская средневековая наука
Исторические замечания
Научная революция Коперника
Борьбв за гелиоцентричекую систему мира. Джордано Бруно. Кеплер
Галилей
Новая методология и новая организация науки. Бэкон и Декарт
Первые успехи экспериментальной физики
Павел Степанович Кудрявцев (1904-1975)
Дальнейшие успехи экспериметальной физики
Ньютон
Историческкие замечания
Наука в России. М. В. Ломоносов
Сочинение по механике, которое рассматривается как третий том «Механики», вышло в 1765 г в Ростоке и Грейфсфальде под названием «Теория движения твердых тел»
Молекулярная физика и теплота в XVIII столетии
Оптика
Электричество и магнетизм
Развитие механики в первой половине XIX столетия
Развитие волновой оптики в первой половине XIX столетия
Предисловие к первому изданию
Возникновение электродинамики и её развитие до Максвелла
Электромагнетизм
Возникновение и развитие термодинамики. Карно
Открытие закона сохранения и превращения энергии
Создание лабораторий
Второе начало термодинамики
Механическая теория тепла и атомистика
Дальнейшее развитие теплофизики и атомистики
Возникновение и развитие теории электромагнитного поля
Открытие электромагнитных волн
Уподоблять поведению какого-нибудь камня, падающего в поле тяготения. Бесспорно, что наука продукт деятельности людей, притом наиболее сложной и тонкой деятельности: познавательной, творческой
Изобретение радио
Электродинамика движущихся сред и электронная теория
Критика механики Ньютона и геометрии Евклида
Дальнейшее развитие теории относительности
Открытие Рентгена
Открытие радиоактивности
Открытия П. и М. Кюри
Открытие квантов
Открытие радиоактивных преврещений. Идея атомной энергии
Развитие квантовой теории Эйнштейном
Зарождение научных знаний
Книга В. И. Ленина «Материализм и эмпириокритицизм» В. И. Ленин не был физиком и, написав эту книгу
Модели атома до Бора
Открытие атомного ядра
Атом Бора
Исторические замечания
Радиотехника и радиофизика
Развитие теоретической физики советскими учёными
Развитие других направлений советской физики
Трудности теории Бора
Идеи де Бройля
Возникновение квантовой статистики
Начальный этап античной науки
Открытие спина
Механика Гейзенберга и Шредингера
Начало атомной энергетики. Открытие изотопов
Расщепление ядра
История открытия нейтрона
Протонно-нейтронная модель ядра
Космические лучи. Открытие позитрона
Ускорители
Искусственная радиоактивность
Опыты Ферми
Возникнивение атомистики
Теория в-распада Ферми
Открытие ядерной изомерии
Деление урана
Осуществление цепной реакции деления ядер
Заключение
Иоффе А. ф. Встречи с физиками. М: физматгиз, 1960. История естествознания в России
Аристотель
Атомистика в послеаристотелевскую эпоху

Ньютон


Достигнутые опытным естествознанием результаты получили завершение в работах великого английского ученого Исаака Ньютона. Важнейшим научным достижением Ньютона было создание теории движения планет и связанное с этим открытие закона всемирного тяготения, положенного в основу физического обоснования гелиоцентрической системы. Ньютон жил и работал в знаменательную историческую эпоху, оказавшую огромное влияние на дальнейшее историческое развитие Англии и не только Англии. В год рождения Ньютона началась английская революция, в год поступления Ньютона в Кембридж началась реставрация. В 1688 г. произошла так называемая «Славная революция», т. е. компромисс между борющимися за власть буржуазией и дворянством. В ньютоновскую эпоху Англия сформировалась как крупнейшая морская держава, сломившая морское могущество Испании и Голландии и сделавшая решающий шаг в капиталистическом развитии.

Страна жила напряженной политической жизнью, в ней боролись сторонники самых разнообразных политических идей — от приверженцев абсолютной монархии до идеологов уравнительного коммунизма. Бесконечно разнообразны были религиозные теории — от сторонников католицизма (папистов) и англиканской церкви до крайних пуритан и атеистов. Наконец, это была эпоха расцвета опытной науки, провозглашенной Бэконом, •эпоха организации Лондонского Королевского общества, эпоха Бойля, Гука, Галлея.

Ньютон родился 25 декабря 1642 г. старого стиля, т. е. 4 января 1643 г. по новому стилю, в деревушке Вульсторп в графстве Линкольн (Линкольншир), в семье деревенского фермера, умершего незадолго до его рождения. До двенадцатилетнего возраста его воспитывала бабушка. В двенадцать лет Ньютона отдали в городскую школу в Грантаме. По окончании школы он возвратился в родную деревню. Из будущего ученого пытались сделать деревенского фермера. Но юноша не обнаруживал склонности к сельскому хозяйству, и по совету дяди, воспитанника Кембриджского университета, был отправлен обратно в Грантам для подготовки к поступлению в университет.

По своей структуре университет представлял совокупность отдельных колледжей, каждый из которых был нечто вроде самостоятельной общины. Члены этой общины (феллоу) жили и работали в колледже, образуя замкнутую корпорацию, нечто вроде монашеского ордена. Наиболее бедные члены этой общины — «сабсайзеры», не имевшие возможности платить за свое содержание, обязаны были прислуживать членам колледжа. В качестве «сабсайзера» Ньютон был принят в колледж Святой Троицы (Тринити-колледж) в 1661 г.




Одним из учителей Ньютона был профессор Исаак Барроу, занимавший Люкасовскую кафедру, названную так по имени человека, завещавшего средства на ее содержание. Барроу читал лекции по оптике на весьма высоком для того времени уровне (он, например, давал формулы линз для различных частных случаев), и Ньютон с большим интересом и вниманием слушал своего учителя. С ним у Ньютона установились тесные дружеские отношения, и Барроу стал видеть в одаренном ученике своего преемника. Ньютон получил младшую ученую степень бакалавра, затем в 1665 г.— степень магистра. В этом же году разразилась эпидемия чумы, и Ньютон уехал из Кембриджа в деревню, откуда возвратился осенью 1668 г. В деревне он много и напряженно работал, его будущие великие открытия созревали в деревенском уединении. Немудрено, что через год, в 1669 г., Барроу, решив посвятить себя теологии, передал кафедру своему гениальному ученику. Ньютон стал профессором Кембриджа.

Первая научная работа Ньютона относится к оптике. Еще в 1665 г. он начал исследование призматических цветов. Результатом этого исследования явилось убеждение, что никакими средствами нельзя добиться совершенства оптических приборов с объективами из линз. По его мнению, хроматическая аберрация линз неустранима. Поэтому Ньютон приходит к выводу, что в телескопе надо линзы заменить сферическими зеркалами. В 1668 г. он построил первую миниатюрную модель рефлектора. В 1671 г. Ньютон построил второй усовершенствованный рефлектор, послуживший поводом к избранию его членом Королевского общества.

Прочитанный Ньютоном мемуар об открытиях в оптике вовлек его в полемику с Робертом Гуком (1635-1703), официальным экспериментатором Королевского общества. Гук в докладе, представленном обществу в 1672 г., и в книге «Микрография» становится на точку зрения волновой теории и высказывает мысль о поперечности световых волн.

Гук описывает явления интерференции и дифракции света, но еще недостаточно владеет языком волновой оптики, чтобы использовать эти явления для подтверждения волновой теории, как это сделал через полтораста лет Френель. Гук ревниво относился к вопросам приоритета и оспаривал его у Ньютона как в оптике, так и в механике. Раздраженный полемикой, Ньютон принял решение ничего не публиковать по оптике до тех пор, пока жив Гук, и выполнил это решение. Кроме первых двух оптических мемуаров, повлекших за собой полемику с Гуком, Ньютон не публиковал ничего до 1704 г., когда была издана его «Оптика».

Вообще Ньютон очень неохотно печатался, возможно и потому, что почти каждая публикация приводила к тяжелым спорам, в том числе и по вопросу приоритета. У Ньютона оспаривали приоритет в изобретении рефлектора, в исследовании цветов тонких пленок, в открытии закона тяготения и изобретении дифференциального и интегрального исчисления, т. е. почти веего, что составляет славу Ньютона. Удивительного в этом неприятном обстоятельстве, принесшем немало огорчений Ньютону, ничего нет. Открытия, сделанные Ньютоном, «носились в воздухе», они относились к актуальным научным проблемам того времени, над которыми размышляло немало ученых, приходя с разных сторон к одинаковым или почти одинаковым выводам. Механика, математика и оптика созрели для завершающих открытий, и Ньютон выполнил эту завершающую работу с исчерпывающей полнотой и гениальностью.

Современники чувствовали величие Ньютона, и все же для одних он остался непонятным, а для других — равноправным членом «республики наук», по выражению М.В.Ломоносова, с которым можно и должно было спорить, не стесняясь в выражениях и обвинениях. Только на отдалении веков стал виден гений Ньютона, возвысивший его над всеми современниками, и стало ясным величие его дела.

Но тягостная полемика с современниками приводила порой Ньютона к решению ничего не публиковать.

Однако поставленные проблемы все же надо было решать. Над проблемой движения планет размышляли многие современники Ньютона. Астроном Гал-лей понял, что идея Гюйгенса о существовании центростремительной силы позволяет объяснить динамику движения планет, и пытался ее разработать. В ходе работы он встретился с большими трудностями и обратился за консультацией к Ньютону. Ньютон показал ему рукопись, в которой проблема, волновавшая Галлея, была полностью решена. Галлей стал настойчиво убеждать Ньютона опубликовать свой труд. Ньютон долго не соглашался. Только с помощью влиятельных в Кембридже лиц Галл ею удалось сломить сопротивление Ньютона. Особенно смущала Ньютона третья часть его труда, в которой речь шла о системе мира. «Третью часть я намерен теперь устранить,— писал он,— философия — это такая наглая и сутяжная дама, что иметь с ней дело — это все равно, что быть вовлеченным в судебную тяжбу». В конце концов знаменитые «Математические начала натуральной философии» Ньютона вышли в свет в 1687 г., спустя 144 года после того, как Коперник опубликовал свою систему мира. Эта система получила динамическое обоснование и стала прочной научной теорией. Одновременно было завершено начатое Галилеем дело создания новой механики. Три закона Ньютона завершают труды Галилея, Декарта, Гюйгенса и других ученых по созданию классической механики и вместе с тем создают прочную основу для плодотворного ее развития.

Как и предвидел Ньютон, его «Начала», несмотря на трудный и специальный характер изложения, вызвали оживленную дискуссию в первую очередь с картезианцами. Допущение абсолютно пустого пространства и гравитационных сил, действующих на расстоянии через пустоту, породило философские споры. В них оказались заинтересованными и церковники, связывающие эти допущения с таинством евхаристии, при котором якобы происходит чудесное превращение хлеба и вина в тело и кровь Христа. При подготовке второго издания «Начал» кембриджский математик Коте, редактировавший это издание, усилил его антикартезианскую направленность, снабдив его своим предисловием, носящим откровенно теологический характер. Такой же характер носит и «Общее поучение», которым Ньютон заключает второе издание книги. В нем он указывает на несостоятельность картезианской вихревой концепции, описывает, как управляет миром господь бог. Ученый и богослов причудливо переплетаются в поучении Ньютона, научные идеи сочетаются в нем с теологическими бреднями.

Ньютон серьезно интересовался богословскими вопросами. Он был автором «Толкования на книгу пророка Даниила», «Апокалипсиса» и «Хронологии». Его религиозность была резко антикатолической, антипапистской, и такой же характер носили его богословские книги. Если же добавить к этому, что Ньютон глубоко интересовался алхимией и увлекался алхимическими опытами, то мы можем понять, что он был сыном своего времени, когда наука, по выражению Энгельса, еще глубоко увязала в теологии.

Ньютон был сыном своего времени и в отношении к политическим проблемам. Его тревожила католическая и абсолютистская реакция, проявившаяся при Якове II Стюарте, и он принимал активное участие в протесте Кембриджа против этих тенденций.

С приходом к власти Вильгельма Оранского в 1688 г. Ньютон был избран депутатом парламента от Кембриджа. Когда новое правительство стало испытывать финансовый кризис от плохой чеканки обращающейся золотой монеты, которую можно было опиливать и обрезать, делая ее неполноценной, Ньютон со своими друзьями лордом Монтегю и философом Локком участвовал в обсуждении проекта финансовой реформы. Назначенный Смотрителем Монетного двора, Ньютон в короткий срок перечеканил монету, способствовав тем самым оздоровлению финансов страны.

В 1699 г. Ньютон был назначен директором Монетного двора и переехал в Лондон. В 1703 г. он был избран президентом Королевского общества. обеспеченный материально, окруженный почетом и славой, Ньютон провел в Лондоне последние годы своей жизни. Он умер 21 марта 1727 г., и прах его был торжественно захоронен в Вестминстерском аббатстве.

Научное наследие Ньютона сводится к трем основным областям: математике, механике и астрономии, оптике. В математике Ньютон разделяет с немецким ученым и философом Готфри-дом Вильгельмом Лейбницем (1646— 1716) славу создателя дифференциального и интегрального исчисления.

Мы уже видели, что потребность в создании новой математики, математики переменных величин, была остро насущной. Эта математика постепенно создавалась усилиями ученых различных стран, начиная с Кеплера, Галилея и Декарта. Проблема квадратуры криволинейных площадей и проведение касательных к кривым, проблема максимума и минимума успешно решались для отдельных случаев рядом математиков и физиков. Но только Ньютон и Лейбниц разработали общий метод решения таких задач. Ньютон назвал свой метод исчислением флюксий, именуя этим термином то, что мы ныне подразумеваем под производной. Саму переменную функцию Ньютон назвал флюентой (текущей), флюксии Ньютон обозначал буквами с точкой наверху. О своем методе Ньютон сообщил в письме Лейбницу, переставив буквы латинской фразы: «Дана флюента, найти флюксию и обратно». Он выписал с соответствующим числовым коэффициентом те буквы, которые встречаются в этом предложении. Зашифрованное таким образом предложение было разгадано Лейбницем, который сообщил в ответ, что он сам владеет подобным же методом. Об этом обмене письмами Ньютон сообщил в одном из примечаний к первому изданию «Начал», указав, что метод Лейбница отличается от его собственного лишь обозначениями. Лейбниц обозначал производные штрихами (y', у" и т. д.) или как отношение дифференциалов (dx/dy)

Квадратуру Лейбниц обозначал удлиненной латинской буквой J, т. е. современным знаком интеграла.

Обозначения, введенные Лейбницем, оказались весьма удобными и сохранились до настоящего времени. Что же касается ньютоновских обозначений, то они употребляются в физике для указания производных по времени (х, x, y ).

Во втором и третьем изданиях «Начал», которые были выпущены при жизни Ньютона, примечание о переписке с Лейбницем было снято. Причиной этому был спор о приоритете, который разделил математиков того времени на два лагеря. Приверженцы одного из них защищали приоритет Ньютона, сторонники другого — Лейбница. Последующие исследования показали, что оба ученых пришли к великому открытию независимо друг от друга. Однако Энгельс был на стороне Лейбница и считал Ньютона плагиатором, так далеко докатились отголоски этого тягостного спора, который пришлось распутывать историкам математики.

Интересно, что в «Началах» Ньютон не пользуется своим методом, а доказывает свои предложения геометрическим способом и с помощью метода предельных отношений. Последний представляет собой дальнейшее развитие метода древних атомистов («метода неделимых»). Ньютон в поучениях к первой книге «Начал» подчеркивает это обстоятельство, разъясняя, что в его методе фигурируют не «неделимые» конечно малые величины, «математические атомы», а бесконечно малые величины, т. е. не у, х, a dy, dx. В его разъяснении заключаются современные определения производных и интегралов:




При обосновании метода пределов Ньютон апеллирует к механическим образам, к представлению о конечной, предельной скорости движения. Так входили в науку новые математические идеи, логическое обоснование которых потребовало усилий многих поколений математиков, вплоть до нашего времени. Идея бесконечности оказалась весьма коварной.

Но Ньютон избежал трудностей. Доказав вспомогательные геометрические леммы методом пределов, он в дальнейшем все предложения доказывал в духе старых геометров и логически безупречно. Однако эта безупречность достигалась за счет громоздкости и сложности доказательств. Последующим математикам пришлось выполнить работу по переводу механики на язык математического анализа.

В 1736 г. вышла «Механика, или Наука о движении, изложенная аналитически Леонардом Эйлером, членом Петербургской Академии наук», в которой были впервые написаны в дифференциальной форме уравнения механики и все математические расчеты велись на языке анализа. В 1788 г., через 100 лет после «Начал» Ньютона, вышла «Аналитическая механика» Лагранжа, в которой, как об этом с гордостью сообщал сам автор, не было ни одного чертежа. Так за 100 лет эволюционизировали математические методы механики.

Роль математики в развитии физики огромна. Современная теоретическая физика— сугубо математическая дисциплина, построенная на сложном математическом аппарате. Начало такому развитию теоретической физики было положено Галилеем, Декартом, Ньютоном и Лейбницем, выдающимися физиками и философами XVII столетия, философия активно участвовала в развитии новой науки. Работа, проделанная Бэконом, Декартом, Спинозой, Локком и другими философами XVII в., помогала развитию естествознания.

Естествоиспытатели и философы работали рука об руку над построением фундамента новой науки и нового мировоззрения. Поэтому глубоко не правы те, кто считает, что философия только мешала развитию науки, путаясь у ней в ногах и навязывая ей чуждые догмы. Передовая философская мысль всегда расчищала дорогу науке и, опираясь на достижения науки, сама развивалась и обогащалась. Догматизм, некритическое высокомерие всегда были врагами и науки и философии.

Говоря о математических идеях Ньютона и соотношении философии и естествознания, мы уже перешли тем самым к рассмотрению его знаменитых «Математических начал натуральной философии «Термин «натуральная философия» свидетельствовал о тесной связи науки и философии, которые, как и в эпоху возникновения науки в Древней Греции, работали вместе. Но по существу он означал физику, и в английских университетах физика еще долгое время называлась натуральной философией. Так, в истории науки термин «физика» впервые был употреблен для обозначения книги по философии природы, натуральной философии, а термин «натуральная философия» был использован для книги, излагающей основу классической физики. Однако это забавное историческое обстоятельство имеет вполне серьезный смысл: и Аристотель, и Ньютон смотрели на задачи физики одинаково — как на общую теорию природы. Различие, причем очень существенное, в их взглядах заключалось в методе построения такой теории. Ньютон строил натуральную философию, т. е. теорию природы, на математических и, конечно, экспериментальных началах, тогда как Аристотель принципиально исключал математику и эксперимент как метод познания природы. Победил метод Галилея — Ньютона, приведший физику к тем колоссальным успехам, которые ныне видны каждому, даже человеку, совершенно неискушенному в физике.

Прервем пока рассказ о «Началах» Ньютона и рассмотрим предварительно его открытия в оптике. По свидетельству самого Ньютона, он еще в 1665 г. купил призму, чтобы воспроизвести «знаменитое явление цветов». Призматический спектр был в то время хорошо известен, а призмы изготовлялись на продажу.

Призматическими цветами занимались многие ученые, и Марци, например, понял, что каждому цвету присуща своя преломляемость. Но Ньютон впервые исследовал спектр всесторонне и глубоко, заложив основы научной спектроскопии.


Титульный лист 'Механики' Эйлера

Он правильно понял удлиненную форму спектра, установил со всей определенностью факт различной преломляемости цветовых лучей, дальнейшую неразлагаемость монохроматического пучка, выяснил влияние формы щели на чистоту спектра, впервые применил метод скрещенных призм, короче, как было уже сказано, заложил основы спектроскопии.

Получая призматический спектр, мы устанавливаем призму на угол наименьшего отклонения, как это делал Ньютон, регулируем ширину щели, опираясь на его наблюдения о влиянии форм и размеров отверстия на чистоту спектра, скрещиваем спектральные аппараты при изучении аномальной дисперсии, как это сделал впервые Ньютон, еще не знавший аномальной дисперсии.


Рис. 15. Опыт Ньютона с солнечным спектром

Основной результат своих спектроскопических исследований Ньютон сформулировал так: «Всякий однородный свет имеет собственную окраску, отвечающую степени его преломляемости, и такая окраска не может изменяться при отражениях и преломлениях».


Рис. 16. Метод скрещенных призм Ньютона

Таким образом, по Ньютону, у светового луча имеется объективная, неизменная характеристика (цвет), которую он сохраняет при отражении и преломлении. В другом месте Ньютон указывал, что эта характеристика не может быть изменена какой-либо иной причиной, которую он мог наблю дать.

Ньютон не наблюдал отражения от движущегося зеркала, комбинационного рассеяния, в которых проявляются изменения цветности луча.

Такие квантовые эффекты были обнаружены только в XX в., и до тех пор вывод Ньютона сохранил всю свою силу, как он сохраняет ее и сейчас во всех случаях, когда не происходит энергетических превращений световых квантов.




Как уже упоминалось, из своих исследований Ньютон сделал важный практический вывод о существовании хроматической аберрации, которую он ошибочно считал неустранимой. Им (впрочем, не только им одним) были введены в астрономию телескопы — рефлекторы.

Стеклянные зеркала таких рефлекторов Ньютон сам шлифовал с величайшим терпением и искусством, подробно описывая в «Оптике» процедуру шлифовки. Ньютон работал в оптике и как исследователь, и как практик. Чрезвычайно интересно, что он думал связать с качественной характеристикой света и число, соответствующее этой характеристике, осуществив первый интерференционный спектроскоп, известный под названием «кольца Ньютона».

Ньютон понял, что интерференционные цвета тонких пленок (интерференции света он еще не знал, хотя хорошо понимал сущность волновых явлений) определяются толщиной пленки. Это предположил еще раньше Гук, который запальчиво обвинил Ньютона в плагиате. Но Гук не проверил свою гипотезу и не сделал из нее конкретных выводов. Ньютон же разработал установку, в которой толщина менялась по простому геометрическому закону, получил на этой установке цветные коль-Ца и открыл важный факт повторяемости цветов при изменении толщины на определенную величину.

Другими словами, Ньютон был первым в мире, открывшим периодичность в световых явлениях. Он установил, что для каждого цвета имеется своя длина, на которую изменяется толщина воздушного клина, когда одно цветовое кольцо заменяется другим того же цвета. Она соответствует четверти длины световой волны, по волновым представлениям. Ньютон определил эту величину для всех основных цветов спектра—от красного до фиолетового. Принимая во внимание, что оттенки цвета распознать очень трудно и основные семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый — весьма неопределенные понятия, следует признать, что Ньютон определил длину волны весьма точно. Лишь в красной части спектра у него наблюдаются расхождения с современными данными.

Ньютон исследовал также явление дифракции и, описав достаточно точно радужные полосы на внешних границах тени волоса, не заметил внутренней светлой полосы. Не заметил он и фраунгоферовых линий в солнечном спектре, которые были открыты значительно позже (в 1801 г.) Волластоном и вновь переоткрыты и тщательно описаны фраунгофером. Сыграли ли тут роль недостатки зрения Ньютона или некоторая теоретическая предубежденность (один из «призраков» Бэкона), сказать трудно, фактом остается то, что знаменитый наблюдатель не заметил некоторых важных и интересных фактов. На каком же языке описывал Ньютон открытую им периодичность, если в оптике он не пользовался языком волновой теории и не прибегал к таким понятиям, как длина волны? Приведем его собственную формулировку из «Оптики».

Предложение XII

«Каждый луч света при своем прохождении через любую преломляющую поверхность приобретает некоторое преходящее строение или состояние, которое при продвижении луча возвращается через равные интервалы и располагает луч при каждом возвращении к легкому прохождению через ближайшую преломляющую поверхность, между же возвращениями—к легкому отражению».

Таким образом, луч света попеременно через равные интервалы находится то в фазе легкого прохождения (Ньютон вместо слова «фаза» употреблял термин «приступ». — Я. К.), то в фазе легкого отражения. Результат его, падения на поверхность определяется тем, в какой фазе он падает — в фазе (или приступе) легкого прохождения или, наоборот, легкого отражения. Эта идея дает ему возможность описать опыт с кольцами и определить интервал между возвращениями в одну и ту же фазу.

Явление периодичности света, с нашей точки зрения, означает, что в описании его играют фундаментальную роль периодические функции, синусоидальные функции времени, пространства, т. е. гармонические волны. Ньютон использовал для описания открытого им явления образ волны, возбуждаемой в преломляющей среде падением светового луча, подобно тому как камень, брошенный в воду, возбуждает в ней водяные водны. Эти волны, приводя в движение частицы преломляющего (или отражающего) тела, распространяются в этой среде подобно звуку и движутся со скоростью, большей скорости света, опережая луч.

Луч, падая на поверхность, либо движется в направлении фазы волны, и тогда он проходит, либо его движение противоположно направлению волнового движения, тогда он отражается. «Следовательно, — заключает Ньютон, — каждый луч попеременно располагается или к легкому отражению или к легкому пропусканию каждым колебанием, обгоняющим его».

Эта модель Ньютона, в которой сочетаются корпускулярные (световой луч) и волновые представления (направляющая волна), предвосхищает будущие идеи де Бройля о волне-пилоте, бегущей с фазовой скоростью, большей скорости частицы и большей скорости света. Вообще на всем протяжении своих оптических исследований, начиная с первых мемуаров и кончая «Оптикой», Ньютон постоянно обсуждает две концепции света: корпускулярную и волновую. Волновая теория ему кажется неспособной справиться с противостоящими ей огромными трудностями.

Во-первых, она не в состоянии объяснить прямолинейное распространение света, волна должна огибать препятствия и загибаться внутрь геометрической тени. Как мы знаем, это действительно и наблюдается. Но Ньютон не заметил светлой полосы внутри тени волоса, а радужные внешние полосы он объяснил действием краев на малых расстояниях. «Как только луч проходит мимо тела, он идет дальше по прямой».

Гюйгенс объяснил образование геометрической тени тем, что боковые вторичные волны, испускаемые точками волнового фронта, не имеют огибающей и поэтому неэффективны. Но тем самым он отказался от описания дифракции, которая с успехом была объяснена на основе его принципа Френелем через 130 лет. Гюйгенс далее очень удачно объяснил двойное преломление в одноосном кристалле, но остановился перед объяснением открытого им явления поляризации (употребляя теперешний термин).

Ньютон в своей «Оптике» разбирает это явление и считает, что его можно объяснить, исходя из представления присущей световому лучу полярности. Для волн (имелись в виду продольные волны) о такой полярности говорить нельзя, и, следовательно, волновая теория в этом пункте несостоятельна.

Во-вторых, волновая теория требует допущения среды, в которой распространяется свет. «Против заполнения неба жидкими средами, — говорит Ньютон, — если они только не чрезвычайно разрежены, возникает большое сомнение в связи с правильными и весьма длительными движениями планет и комет по всякого рода путям в небесном пространстве. Ибо отсюда ясно, что небесное пространство лишено всякого заметного сопротивления, а следовательно, и всякой ощутимой материи». «Если же ее (т. е. эту среду или материю. — П. К.) отбросить, то и гипотезы о том, что свет состоит в давлении или движении, распространяющемся через такую среду, отпадают вместе с нею».

Таким образом, Ньютон был первым строгим критиком волновой теории, рассматривающей свет как механические волны в особой среде, которая со времени Гюйгенса стала называться световым эфиром. Мысль же о том, что световые волны могут быть другой, не механической природы, ему, конечно, в то время не могла прийти в голову.

В связи с серьезными трудностями волновой теории Ньютон предлагает обсудить другую концепцию природы света: «Не являются ли лучи света очень малыми телами, испускаемыми светящимися веществами? Ибо такие тела будут проходить через однородные среды без загибания в тень, соответственно природе лучей света. Они могут иметь также различные свойства и способы сохранять эти свойства неизменными при прохождении через различные среды, в чем заключается другое условие лучей света. Прозрачные вещества действуют на лучи света на расстоянии, преломляя, отражая и изгибая их, и взаимно лучи двигают части этих веществ на расстоянии, нагревая их; это действие и противодействие на расстоянии очень похожи на притягательную силу между телами».

Ньютон считает, следовательно, что свет может быть исследован с точки зрения существования дальнодействующих сил. Свет по этой концепции мыслится состоящим из частиц, своеобразных световых атомов, которые могут взаимодействовать с частицами вещества. В «Началах» Ньютон доказывает, что частица, вступая в плотную среду, ускоряется притяжением частиц этой среды. Если тангенциальная составляющая скорости частицы при этом не меняется, то направление ее движения можно определить по закону преломления:

  1   2   3




Похожие:

Ньютон iconЗакон Всемирного тяготения «Гипотез не измышляю» И. Ньютон как Ньютон пришел к такому заключению как Ньютон пришел к такому заключению
Но ускорение свободного падения не зависит от массы тела. Это возможно только в том случае, если сила, с которой Земля притягивает...
Ньютон iconНьютон (Newton) Исаак
Был директором Монетного двора, наладил монетное дело в Англии. Известный алхимик, Ньютон занимался хронологией древних царств. Теологические...
Ньютон iconЗакон всемирного тяготения уч-ца 9«Б» Сухих Мария Исаак Ньютон
В школьные годы он был скрытен, застенчив, избегал шумного общества своих сверстников, но при этом был очень самолюбивым. Имеются...
Ньютон iconЗакон всемирного тяготения уч-ца 9«Б» Сухих Мария Учитель: Васильева Е. Д. Исаак Ньютон
В школьные годы он был скрытен, застенчив, избегал шумного общества своих сверстников, но при этом был очень самолюбивым. Имеются...
Ньютон iconПрезентация по физике Ученика 10 класса 1 Осипова Даниила
Исааком в честь покойного отца. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы. В детстве Ньютон, по отзывам современников,...
Ньютон iconИ. Ньютон Ответ

Ньютон iconГерасимова Елена Александровна Учитель физики
В 1666 году английский ученый И. Ньютон направил пучок света на стеклянную призму
Ньютон iconНоу “Поиск” приглашает! ноу “Поиск” зазывает: Приходите, и дерзайте, и науку познавайте! Если в вас живет Ньютон, Вы откроете закон.

Ньютон iconКонтрольная работа по теме «Законы сохранения». Вариант 1 Как называется единица работы в си? А. Ньютон; Б. Ватт; В. Джоуль; Г. Килограмм
Всегда ли выполняются законы сохранения импульса и энергии в замкнутых инерциальных системах тел?
Ньютон iconАпофеозом «Начал» является третья книга, озаглавленная «О системе мира»
Ньютон строит изложение таким образом, что закон всемирного тяготения как бы выводится на основе обобщения результатов наблюдений....
Ньютон iconЗакон Из этого простого наблюдения
Ньютон писал много лет спустя, что математическую формулу, выражающую закон, он вывел из изучения знаменитых законов Кеплера. Никогда...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©uch.znate.ru 2000-2013
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы