Лекция 21

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 

Космология XVIII века: Бошкович, Ламберт

Ньютон был атомистом, последователем Демокрита и Эпикура. В своей книге "Оптика" Ньютон пишет, что Богу угодно было создать мир из круглых, абсолютно твердых частиц, обладающих массой, движущихся в пустоте и взаимодействующих друг с другом. Каков характер этого взаимодействия и каковы размеры этих частиц, Ньютон не мог указать /а следуя принципу "гипотез не измышляю", и не должен был указывать/. Тем не менее, проблема оставалась: эта была не столько проблема физики, ибо физика имеет дело с тем, что можно измерить в ходе эксперимента, сколько проблема натуральной философии, призванной отвечать на вопрос: " Как устроена природа?" Ньютон, назвавший свой главный труд не иначе, как "Математические начала натуральной философии" не мог игнорировать такие проблемы, как строение материи. То, что он не смог справиться с этой проблемой должным образом, свидетельствует о его слабости как натурфилософа.

На фоне неудачных попыток Ньютона объяснить устройство микромира /Ньютону не удалось толком объяснить ни явление дифракции, ни явление адгезии, ни устойчивость атомов в твердых телах/, гораздо более последовательной выглядит концепция хорватского ученого из Дубровника, члена ордена иезуитов Иосипа-Рудера Бошковича /1711 - 1787/.

Свою оригинальную концепцию устройства мироздания Бошкович изложил в своей книге "Теория натуральной философии, сведенная к единому закону сил, существующих в природе", изданной в Вене в 1758 году. Позднее Бошкович написал также работу, названную им "О пространстве, времени и относительности".

Вот что пишет Бошкович в этой последней работе о строении материи: "Я не допускаю совершенно непрерывную протяженность материи, но составляю ее из точек, совершенно неделимых и непротяженных, отделенных друг от друга неким интервалом и связанных некими силами, то притягательными, то отталкивательными, зависящими от расстояния между этими точками".

Таким образом, из трех вариантов: непрерывность материи /этот вариант признавал Аристотель, и отчасти Декарт/; дискретность материи в смысле наличия пустоты и обладающих протяженностью атомов /такой точки зрения из древних придерживались Демокрит, Эпикур и Лукреций, а из ученых XVII века - Гассенди, Ньютон, Бойль/ и дискретность материи в смысле составленности ее из непротяженных атомов - точек /сходной концепции придерживался Лейбниц/ Бошкович избирает третий вариант. Большинство ученых XVIII века не поддержало гипотезу Бошковича, но в XIX веке она оказала влияние на ряд крупных ученых, в частности, на Майкла Фарадея, первооткрывателя закона электромагнитной индукции.

Точки, из которых, согласно Бошковичу, состоят тела, имеют некие пространственно-временные модусы существования. Об этих модусах Бошкович пишет следующее:

"Следовательно, необходимо ввести понятие о реальном модусе существования, посредством которого вещь находится там, где она находится, и тогда, когда находится[...] Этот модус существования должен существовать помимо нашего сознания, и вещь может изменять его, имея последовательно то один модус существования, то другой[...]. Сии реальные модусы существования составляют, согласно моей теории, реальное время и реальное пространство, а возможность таковых модусов, нами мысленно представляемая, составляет пустое пространство и время, так сказать, пустое, или воображаемое пространство и воображаемое время[...] Те модусы, которые упорядочены относительно места, мы называем реальными точками пространства, а те, которые упорядочены относительно времени - моментами".

Определив, что такое модусы существования и каковы они, Бошкович формулирует гипотезу о непрерывности пространства и времени:

"Но совершенно неделимая и непротяженная материальная точка не может касаться другой материальной точки, ибо если расстояние между ними равно нулю, то они совершенно сливаются друг с другом, а если они различны, то должны быть отделены друг от друга каким-то расстоянием[...] Но если две точки материи отстоят друг от друга на определенное расстояние, всегда можно поместить еще одну материальную точку между ними на одинаковом расстоянии от них, и еще одну, помимо этой и т.д., очевидно, без конца[...] Поэтому, как бы велик ни был интервал между двумя точками, всегда может иметься другой больший, и как бы мал ни был интервал, всегда может иметься другой меньший, без всякого предела или конца[...] Также все то, что доселе было сказано о точках пространства, можно таким же образом легко распространить на моменты времени, ибо между моментами времени и точками пространства существует некая глубокая аналогия[...] В то время как протяженность воображаемого пространства трояка - в длину, ширину и высоту - протяженность времени единственна - в длину[...] Всякая материальная точка, если существует, связывает некоторую точку пространства с некоторым моментом времени".

Основываясь на этой идее строения материи, Бошкович в своем главном труде "Теория натуральной философии[...]" формулирует закон сил, в соответствии с которым материальные точки взаимодействуют между собой:

"Требуется, чтобы природа избегала во всем и во всех случаях скачков с помощью такой силы, которая при уменьшении расстояния возрастала бы до бесконечности, и притом так возрастала, чтобы она была способна обратить в ноль любую скорость, сколь угодно большую. Следовательно, мы приходим к силам отталкивания, возрастающим до бесконечности при уменьшении расстояния".

Далее, согласно гипотезе Бошковича, по мере увеличения расстояния между точками сила отталкивания, доминирующая при сверхмалых расстояниях, плавно переходит в силу притяжения, затем опять в силу отталкивания и так несколько раз, пока на расстояниях, сравнимых с размерами Солнечной системы, сила притяжения не начинает подчиняться закону обратных квадратов. Однако для сверхбольших расстояний Бошковичу снова приходится поправлять закон всемирного тяготения Ньютона и вот почему:

"Во-первых, притяжение всех тел к Земле, которое мы каждодневно ощущаем, достаточно убедительно показывает, что то отталкивание, которое мы обнаруживаем на малых расстояниях, не распространяется на любые расстояния, но на больших расстояниях[...] сменяется силой притяжения. Более того, законы Кеплера, столь удачно примененные Ньютоном для вывода общего закона тяготения и распространенные также и на кометы, достаточно убедительно показывают, что тяготение простирается или до бесконечности или, по крайней мере, в пределах всей системы планет и комет, подчиняясь закону обратных квадратов[...] Однако, поскольку наша жизнь и память по отношению к, возможно, бесконечному будущему веку является почти ничем, то если всемирное тяготение распространяется до бесконечности, следуя одному и тому же закону, то, разумеется, не только эта наша солнечная система, но и все природные тела, постепенно впрочем, но постоянно будут покидать то состояние, в котором они созданы, и все с необходимостью устремится к гибели и вся материя должна будет в конце концов слиться в единую бесформенную массу, поскольку взаимного притяжения звезд друг к другу не удается избегнуть за счет какого-либо поперечного и криволинейного движения".

Чтобы "спасти" вселенную от грозящей ей катастрофы, Бошкович предложил считать закон всемирного тяготения Ньютона всего лишь приближенным, а не точным, и видоизменить его для больших расстояний. Встретившись с теми же самыми трудностями, иначе поступил современник Бошковича, швейцарский ученый Иоганн Ламберт, опубликовавший в 1761 году свой знаменитый труд "Космологические письма", в котором предложил модель Вселенной, отличную и от модели Ньютона,и от модели Бошковича.

Прежде всего, надо сказать, что специфическая форма Млечного Пути до Ламберта никем не была объяснена. Ламберт предложил рассматривать звезды не как независимые тела, но как объединенные в одну систему, наподобие солнечной, только с тем отличием, что в центре системы звезд находится, согласно Ламберту, огромное темное массивное тело, вокруг которого вращаются звезды, как планеты вокруг Солнца. Это и есть то самое "поперечное и криволинейное движение", которого не сумел обнаружить Бошкович и которое помогает звездам избежать сближения друг с другом из-за взаимного притяжения и окончательного слияния в единую бессформенную массу.

Вернемся теперь снова к Бошковиу. Он был первым, кто обратил внимание на то, что сила тяготения убывает по тому же закону, что и освещенность. Из этого он делает правильный вывод, что суммарное тяготение, испытываемое Землей со стороны звезд, относится к тяготению, испытываемому Землей от Солнца, самое большее как свет звезд к свету Солнца:

"Кроме того, не присуще моей системе противоречие, касающееся неподвижности звезд, что обычно приводят в качестве возражения против ньютоновского всемирного тяготения, а именно, что звезды должны под действием взаимного притяжения приближаться друг к другу и в конце концов слиться в единую массу. Некоторые отвечают на это, что мир бесконечен и поэтому любая из неподвижных звезд одинаково притягивается во всех направлениях. Но я считаю, что в вещах, существующих реально, абсолютная бесконечность наличествовать не может. Некоторые указывают на огромные расстояния, которые не позволяют движению, возникающему в звездах под действием силы тяготения, восприниматься нашими чувствами даже после многих и многих веков. Они говорят совершенную правду, ибо если мы будем рассматривать неподвижные звезды как тела, подобные нашему Солнцу, или хотя бы допустим, что отношение интенсивностей света, который они испускают, ненамного отличается от отношения их масс, то поскольку и сила тяготения пропорциональна самим массам и, кроме того, как сила тяготения, так и интенсивность света убывают обратно пропорционально квадрату расстояния, то получится, что сила, с которой наша Солнечная система притягивается всеми звездами, относится к силе, с которой Земля притягивается к Солнцу,[...] как интенсивность всего света, который исходит от неподвижных звезд, к интенсивности света, который исходит от Солнца, а это отношение такое же, как отношение ночи к дню в том, что касается освещенности. Сколь ничтожно малое движение отсюда может воспоследствовать за то время, о котором мы можем что-либо узнать, всем очевидно".

Здесь Бошкович вплотную подходит к формулированию фотометрического парадокса бесконечной вселенной. Дело в том, что еще Ричард Бентли отметил, что в ньютоновской системе мира возникают парадоксы, если считать вселенную бесконечной. Одним из таких парадоксов являются бесконечная освещенность ночного неба, которая логически вытекает из учения о бесконечности вселенной. Факт, который отметил Бошкович, а именно, что звезды дают ничтожный вклад в освещенность, свидетельствует о том, что их число конечно. Но конечное число неподвижных звезд, подчиняющихся закону всемирного тяготения, неизбежно когда-нибудь сольются в одну бесформенную массу. Это показывает противоречивость ньютоновской системы мира. Со всеми этими парадоксами временно удалось справиться Бошковичу и Ламберту, но окончательно они были объяснены лишь тогда, когда наш мир перестали считать евклидовым. Но это произошло лишь в XIX веке.