Понятие массы в классической и современной физике - Джеммер М.
Скачать (прямая ссылка):
Протяженность, непроницаемость и подвижность несли ту же функцию и в теории материи Декарта; твердость была существенна для атомистической философии. Но каким образом врожденная сила, vis insita или vis inertiae, стала универсальным свойством материи? Хотя, как утверждает Ньютон, «неактивная сила» воздействует
39 J. Kepler, «Opera omnia», ed. С. Frisch (Frankfort and Erlangen), vol. I (1858), p. 161.
40 И. Ньютон, Математические начала натуральной философии, стр. 503.
41 Там же, стр. 504.
77 только тогда, когда другая Сила стремится изменить состояние тела, тем не менее эта сила как таковая существует в теле все время как бы в состоянии спячки. Требование ее существования исторически обусловлено. Хорошо известно, что догалилеевская физика не смогла сформулировать закон инерции и открытие этого закона должно было дожидаться времен Беекмана, Гассенди и Декарта*. Частично это объясняется концептуальной несовместимостью этого закона со схоластическим требованием: «Покоящаяся причина вызывает покой». За исключением немногих авторов, таких, как Альгазен или Оливий, средневековая философия рассматривала причинный процесс как мгновенный и считала, что исчезновение причины ведет немедленно к исчезновению следствия. Движение, следовательно, предполагает действующую силу в течение того времени, пока оно существует.
В механике Ньютона причиной равномерного движения является инерция, которая в неявной форме играет роль «действующей силы». В самом деле, инерция представляет собой не только сопротивление изменению движения, но является также «силой, упорно сохраняющей движение»42. Кроме того, она не является силой в общепринятом смысле этого слова. В схоластической философии сила без сопротивления никогда не может вызвать (конечного) движения. В механике Ньютона сила без противоположной силы, согласно принципу равенства действия и противодействия, не имеет смысла. Инерция, таким образом, приобретает характер реальной силы только в изменении движения. Различные тела, согласно Ньютону, оказывают различные сопротивления. В настоящее время классическая, или, как обычно говорят, ньютоновская, механика рассматривает это сопротивление изменению движения, различное для различных тел, но постоянное для одного и того же тела, как окончательную и абсолютную характеристику данного тела. «Инертная масса», как называют этот абсолютный параметр, становится, таким образом, несводимой величиной, от которой зависят другие параметры, но которая сама ни от чего не зависит. Но для самого Ньютона это не так! Ньютон постулировал пропорциональность между инер-
42 Там же.
78 і^ией и другой фундаментальной характеристикой данного тела — количеством материи 43. Таким образом, для Ньютона — в противоположность «ньютоновской механике»— инертная масса является редуцированным свойством физических тел, зависящим от их количества материи. Для Ньютона понятие количества материи еще имеет физический смысл. Если тела равного объема обладают различными инерционными силами, то их количество материи также должно быть различным. Фактор «интенсивности», в общем случае независимый от объема, рассматривался как ответственный за различное количество материи в телах равного объема. И этот фактор, в силу того что свойство инерции является универсальным, должен быть также характеристикой предполагаемых мельчайших частиц. В чисто интенсивном, количественном смысле этот фактор, несводимый подобно понятию сродства в классической химии, отождествлялся Ньютоном с плотностью.
Конечно, всегда трудно определить точно, идет ли речь о двух понятиях или только об одном, когда устанавливается общая пропорциональность между количеством материи и инерцией. Тщательная проверка, например, текста книги III «Начал» ясно показывает, что именно количество материи в первоначальном смысле этого слова определяет величину гравитационного притяжения 44. Это также наводит на мысль, что, постулируя пропорциональность между количеством материи и инерцией, Ньютон находился под влиянием работы Балиани «О гравитационном движении» 45, хотя доказательства этого малоубедительны.
Тот факт, что тяжесть, или вес, пропорциональна количеству материи для данного места, был показан Ньютоном с помощью серии опытов, которые он описал в книге III (предложение VI, теорема VI) 46. Ньютон
43 См. пояснение Ньютона, цитированное после определения 3, стр. 71—72 данной книги.
44 «Все тела по соседству с Землею тяготеют к Земле, и притом
пропорционально количеству материи каждого из них» (И. Ньютон, Математические начала..., стр. 504).
46 Это допущение было сделано в статье Чайлда «Ньютон и искусство открытия», в кн.: «Isaak Newton: 1642—1727», ed. W. J. Greenstreet (Bell, London, 1927), p. 127.
46 И. Ньютон, Математические начала.., стр. 514—515.
79 Заготовил двё равйЫё деревянные Кадочки; одйу йз йих он наполнил деревом, а в другую поместил точно такой же груз из золота в центре качаний. Используя эти кадочки в качестве маятников с равными длинами подвеса, он заметил, что их периоды равны. Ньютон пишет: «Будучи помещены рядом, они при равных качаниях шли взад и вперед вместе в продолжение весьма долгого времени». Отсюда он заключил, что «количество материи в золоте относится к количеству материи в дереве... как вес одного к весу другого». Рассуждения Ньютона, выраженные в современной доэйнштейновской терминологии, состояли в следующем. Для маятника длины L в области, где постоянная свободного падения g, период Tr, выражается формулой T = 2л (.Ljg)Х/2; с другой стороны, вес W и количество материи т связаны соотношением W = mg. Таким образом, T = 2л (mL/W)1^ или W/m = 4л 2LfT2. Так как эксперименты показывают, что полученное отношение LjT2 не зависит от того, из какого материала — дерева, золота, свинца, стекла, песка или пшеницы — изготовлены маятники, то отношение Wlm между весом и количеством материи постоянно. Ньютон заканчивает описание своих экспериментов замечанием, что «разность количества материи, даже меньшая одной тысячной доли всего тела, могла бы быть с ясностью обнаружена этими опытами».
