Метафизические столпы ньютоновой физики

Физики, вплоть до конца XIX в. стремившиеся избавиться от метафизики, как будто не желали замечать, что вместе с «водой» (метафизикой) выбрасывают и «ребенка» – саму физику. Ибо державшаяся с XVII по XIX в. ньютонова научная парадигма зиждется на фундаментальных метафизических постулатах: 1) мгновенного дальнодействия, 2) абсолютных пространства и времени, 3) концепции материальной точки, 4) принципа инерции. Ни один из них не только не является экспериментальным фактом, но и не диктуется разумом, т.е. не может быть отнесен к синтетическим априорным принципам Канта.  

Начать с принципа дальнодействия. Он напрямую разрушал естественную причинность и вел к причинным парадоксам, неизбежным в дорелятивистской физике. Если их считать пороком классической физики, то нужно иметь в виду, что без этого «порока» она не возникла бы как наука. Не отвергая естественную причинность, Ньютон не считал ее достаточной и даже основной. Он создавал физику для решения теологических проблем. В данном случае его занимал вопрос о промыслительном Действии Бога на мир (отрицаемом Лейбницем), и он хотел уяснить, как это действие Бога на мир проявляется с точки зрения земного разума. Его физика, которую следовало бы назвать теологической, утверждала примат свободной причинности над Естественной: Бог не подчиняется естественной причинности, но сам создает ее как способ бытия Его творения, natura naturata. Пространство и время у Ньютона – это метафизические идеи Бога, они не возникают в человеческом мозгу, подобно априорным принципам Канта: «Бог не существует в пространстве и времени, но сам своим существованием производит пространство и время». А с ними – естественную причинность.  

Далее, принцип инерции утверждает весьма непонятную вещь – существование «инерциальной» системы отсчета, т.е. такой, в которой при отсутствии действующих на тело сил оно движется равномерно и прямолинейно (это означает отсутствие механического воздействия пространства на тела – однородность и изотропию пространства и однородность времени). Даже если бы мы могли наблюдать такое движение, возник бы вопрос: относительно чего тело движется равномерно и прямолинейно? Ответ может быть только один: относительно... той же инерциальной системы отсчета. Система отсчета, таким образом, определяется через движение, в свою очередь определяемое через систему отсчета. Далее, в определение входит еще: «при отсутствии действующих на тело сил». Как узнать, что на тело не действуют никакие силы? Это можно сделать, только наблюдая его движущимся равномерно и прямолинейно в инерциальной системе отсчета. Мы не только не вышли из порочного круга, но и увязли в нем окончательно. Принцип инерции не только нельзя научно сформулировать – требуемое им движение тел невозможно наблюдать на опыте в чис­том виде: никакие тела не движутся в отсутствие сил (например, всегда присутствует сопротивление среды).  

С современных позиций ясно, что инерциальное движение можно осуществлять лишь приближенно. Это стало окончательно ясно лишь после появления общей теории относительности; однако до ее создания инерциальные системы считались абсолютными, и на этом идеальном (ненаблюдаемом) абсолюте покоился другой абсолют – абсолютные пространство и время. Причина этого понятна: в неинерциальной системе отсчета свойства пространства изменяются: оно перестает быть однородным и изотропным, часы перестают показывать равномерный ход, причем это происходит при самых обычных скоростях, т.е. не как следствие релятивистских эффектов, а лишь как эффект простой замены системы отсчета. В неинерциальных системах от­счета ньютонова механика рушится, законы Ньютона, равно как и законы сохранения энергии – импульса, принципиально перестают выполняться. Я говорю: принципиально, потому что они не выполняются в них даже приближенно. Возникают силы, называемые иногда фиктивными силами, которые, однако, оказывают на нас отнюдь не фиктивное, а самое реальное физическое воздействие. Мы испытываем действие этих сил во внезапно затормозившем автомобиле. Эти же силы вызывают сплюснутость Земли, атмосферные циклоны; они же приводят к тому, что один берег реки, текущей в меридиональном направлении, всегда выше другого.  

Разумеется, можно было бы предоставить инженерам расчетные формулы и не вводя в механику странных фиктивных сил. Только это была бы совсем другая механика – механика, использующая неинерциальные системы, с неевклидовым пространством, неоднородным временем и, разумеется, без метафизического принципа инерции. Это была бы механика общей теории относительности, хоть и свободная от ньютоновых метафизических постулатов, но несравненно более сложная с точки зрения приложений. Между тем механика Ньютона несравненно проще описывает, притом с большой точностью, огромный круг явлений опыта, исключая лишь движение с околосветовыми скоростями.  

За счет чего эта теория имеет такое преимущество? За счет многих вещей, которые в ней принципиально непонятны.  

Возьмите основное уравнение ньютоновой динамики: масса тела, умноженная на его ускорение, равна действующей силе. В этом «законе» все непонятно, ибо ничто в нем не определено. Неизвестно, относительно чего измеряются ускорения (не говоря уж о способе измерения «абсолютного» времени). Не определено понятие массы: не зная, как определить свойство инертности, мы не можем знать, что такое есть мера инертности, так что (это заметил А.Пуанкаре) можно перестроить механику, придав всем массам вдвое или вдесятеро большие значения — от этого не изменятся принципы динамики и не нарушится ее соответствие с опытом. А что такое сила? Не знаем. Ни Ньютон, ни кто-либо иной после него не объяснили нам этого. Определять силу как причину изменения движения тела – значит не определить ее никак. Это «определение» бесплодно: оно не дает возможности ни вычислять силу (независимо от массы и ускорения), ни измерять ее.  

Могут возразить: мы все знаем, что такое сила, – мы имеем это понятие в прямой интуиции, проистекающей из понятия усилия, знакомого каждому из нас с детства. Но многое ли объясняет нам эта наша интуиция? В отличие от Декарта, допускавшего только силы, действующие при непосредственном контакте тел, Ньютон ввел в механику еще силу тяготения, универсальную, действующую на тело без прямого контакта и на любом расстоянии (природу се он объяснять не хотел — не любил измышлять гипотезы). А.Пуанкаре обратил внимание, что если мы хотим свести измерение силы к нашим мускульным ощущениям (при растягивании, например, пружины динамометра), то, значит, мы утверждаем, что и Солнце испытывает мускульное ощущение, притягивая Землю.  

Этим объясняется, почему Кирхгоф предложил, а Пуанкаре согласился рассмат­ривать второй закон Ньютона только как определение силы: сила есть произведение массы на ускорение. Да и это определение, добавляет Пуанкаре, «еще недостаточно, так как мы не знаем, что такое масса; у нас нет иного выхода, кроме следующего определения, которое является признанием нашего бессилия: массы суть коэф­фициенты, которые удобно ввести в вычисления». Но даже если махнуть рукой на неопределенность массы, следует все равно признать: теория, аксиомы которой становятся определениями, не может произвести синтетических суждений – ей нечего утверждать, кроме тавтологий.