Зачем нужна наука?

roman_rogalyov — 04.01.2025 Усилиями активизаторов новиопско-менеджерской движухи в контексте обострения инновационных имитационных мероприятий, этот вопрос продолжает назойливо впихиваться в массовое сознание, ответ на него предполагается одним из двух:
1. не нужна
2. нужна для более полного удовлетворения потребностей импортозамещения.
К тому же, в настоящее время вопрос о том, что можно считать наукой, бьётся в окнах Овертона и пробивает одно дно за другим.

Попытаюсь проиллюстрировать более адекватный ответ на вопрос в заголовке поста на примере открытия первого закона Ньютона. Это открытие выбрано в качестве примера потому, что
(i) пример должен быть до конца понятен "пешеходам", как минимум некоторым, но в то же время

(ii) должен иметь отношение к прогрессу именно науки.
Ну и сегодня Ньютону исполняется 382 года, и, даже если его имя "прилепили" к некоторым открытиям не очень обоснованно (см., например, книгу Арнольда "Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук"), оно играет первостепенную роль как в научной революции 17 века, так и вообще в истории современного естествознания.

Со времён Аристотеля состояние покоя по отношению к Земле считалось естественным состоянием тел, и главным законом движения считалось стремление тел занять это естественное состояние. То есть, для состояния покоя никакой причины искать не надо было, а вот для всякого движения требовалось найти причину.

В ньютоновской механике естественным состоянием тел провозглашается прямолинейное равномерное движение. Точнее так: провозглашается существование некой системы отсчёта, в которой прямолинейное равномерное движение с любой скоростью, в том числе с нулевой, --- естественно, и искать его причину не надо. Такая система отсчёта (СО) называется инерциальной *), а первый закон Ньютона --- законом инерции. Тогда, по принципу относительности Галилея (о нём речь пойдёт отдельно), на роль инерциальной системы отсчёта точно так же годится любая система отсчёта, которая движется поступательно с постоянной скоростью относительно той самой, существование которой провозглашено авторами ньютоновской механики**). То есть инерциальных систем бесконечно много, но чтобы описать их все, достаточно указать какую-либо одну из них.

Первый закон Ньютона (в современной формулировке**)):

Существуют такие системы отсчёта, в которых тело, пребывая в состоянии покоя либо равномерного прямолинейного движения, сохраняет своё состояние до тех пор, пока оно не будет вынуждено воздействием других тел изменить это состояние.

Бывают и другие системы отсчёта --- например, СО, связанная со стенками каюты небольшого корабля во время шторма: там прямолинейное равномерное движение внезапно и беспричинно (для наблюдателя в каюте, ничего не знающего о происходящем за её стенами) становится криволинейным и неравномерным, да и тезис о стремлении к покою относительно стенок каюты жёстко опровергается опытом.

Переход от парадигмы "естественно состояние покоя" к парадигме "естественно состояние прямолинейного равномерного движения" является ярким примером Нового Знания, добыча которого и составляет основную цель научной деятельности. Не изобретение новой конструкции гребного колеса для парохода, не измерение влияния энергетических эманаций земной оси на скорость протекания ядерных реакций, не гипотезы о динамике суперструн в допланковские времена эволюции Вселенной, а открытие чего-то такого, о чём и помыслить-то до момента открытия не было возможно, но вот наблюдаемая реальность вынудила помыслить. В самом деле, заявление о том, что прямолинейное равномерное движение происходит само собой и объяснять его не надо --- в доньютоновские времена было безумием, оно и сейчас противоречит и интуиции, и ежедневным бытовым наблюдениям. Новое знание на то и Новое, что оно контринтуитивно и непонятно зачем нужно. В самом деле, сменили парадигму - а зачем?? Чтобы понять зачем, предстоит пройти долгий путь: научиться описывать воздействие тел в терминах сил; понять, что нуждается в объяснении именно изменение скорости; ввести концепцию ускорения для описания измерения скорости; связать силу и ускорение, решить ряд задач о движении тел и найти применение этим задачам в инженерном деле. Только тогда будет чем успокоить митрофанушек во власти.

_________________________
*)Post Scriptum.

С первым законом Ньютона тесно связан вопрос о том, какую систему отсчёта (СО) во Вселенной считать наиболее инерциальной. В контексте поисков ответа на этот вопрос интересен тезис Галилея о вращении Земли вокруг Солнца. СО (1), связанная с центром Земли (направления координатных осей фиксируются далёкими звёздами) более инерциальна, чем СО (2), связанная с малым участком земной поверхности на Экваторе, а СО (3), связанная с центром Солнца (направления координатных осей фиксируются далёкими звёздами), более инерциальна, нежели связанная с центром Земли. Если считать инерциальной последнюю СО (3), в качестве доводов принимая адекватность всей совокупности расчётов движения тел в Солнечной системе по законам Ньютона, то в качестве характеристик неинерциальности можно принять:
для первой СО - центростремительное ускорение центра Земли при обращении вокруг Солнца a_ц.З.=0,6 см/сек²,
для второй - центростремительное ускорение точки земного экватора отн. первой СО: a_{пов.Земли}=3,4 см/сек².
Всё это в несколько сот раз меньше, чем ускорение свободного падения, поэтому не очень заметно. Безусловно, надо понимать, что в реальном мире СО может быть инерциальной лишь с той или иной степенью точности.

Должен оговориться, что Пуанкаре в книге "Наука и гипотеза" из отсутствия абсолютного пространства приходит к выводу о том, что, несмотря на опыт с маятником Фуко, нельзя говорить о вращении Земли, в силу невозможности указать, относительно чего же Земля всё-таки вращается, и система отсчёта, связанная с центром Земли и "неподвижными" звёздами (фиксирующими направления координатных осей) просто более удобна, чем система отсчёта, связанная с каким-либо малым участком земной поверхности. Однако, такая точка зрения была впоследствии скорректирована исследованиями реликтового излучения - но подробности на этот счёт не сейчас.
__________________________________
**)Post Post Scriptum.

Сам Ньютон сформулировал первый закон механики (закон инерции)
следующим образом:

"Всякое тело продолжает удерживаться в своём состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние."

Со временем пришло осознание, что такая формулировка недостаточна, поскольку не во всех системах отсчёта это верно. Автора современной формулировки закона инерции мне не удалось быстро найти при помощи гугла.

Первоначальная формулировка ньютоновской механики неоднократно подвергалась критическому анализу. Я изложу здесь мнение Пуанкаре о законе инерции. Пуанкаре исходит из того, что закон инерции не является априорным знанием, но есть следствие экспериментальных наблюдений. Вместе с тем, Пуанкаре считает, что сам по себе закон инерции в эксперименте проверить непосредственно невозможно, но можно проверить косвенно, сопоставив с экспериментом следствия более общего принципа, для которого закон инерции является частным случаем. Этот принцип Пуанкаре формулирует так:

"Ускорение тела зависит только от положения этого тела и соседних тел и их скоростей. Другими словами, движения всех материальных частиц Вселенной определяются дифференциальными уравнениями второго порядка."

Вместе с тем, Пуанкаре выражает согласие с тем, что античные учёные не додумались до закона инерции, поскольку основания у него экспериментальные (причём косвенные), а не умозрительные и, таким образом, ньютоновская формулировка - нетривиальный, хотя и несколько запутывающий, шаг вперёд.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив