Законы динамики Декарта

Исследованиями Галилея был заложен фундамент динамики. Дальнейшие исследования должны были углубить и укрепить этот фундамент. Мы уже указывали на известную ограниченность галилеевской формулировки закона инерции и на отсутствие у него ясных представлений о таких основных понятиях динамики, как масса и сила. Важный шаг в дальнейшем развитии динамики сделал Декарт.

Декарт не был сторонником динамической концепции, в которой понятие силы, как активного, одушевляющего материю, извне ей навязанного начала, играет первостепенную роль. Наоборот, как мы знаем, Декарт стоял на позициях кинетического мировоззрения, согласно которому основу мира составляет материя и движение. Раз созданные материя и движение неуничтожимы. Понятно, что в таком воззрении закон сохранения движения играет первостепенную роль, и частным случаем такого закона является закон инерции. В одном из своих писем Декарт говорит:

"Полагаю, что природа движения такова, что, если тело пришло в движение, уже этого достаточно, чтобы оно его продолжало с той же скоростью и в направлении той же прямой линии, пока оно не будет остановлено или отклонено какой-либо другой причиной".

Эта формулировка Декарта своей законченностью и ясностью восполняет галилеевскую формулировку, и в истории физики обычно дату установления закона инерции относят к 1644 году - году выхода "Начал философии" Декарта, где впервые им был сформулирован закон инерции. Однако эта формулировка содержит только часть более общего закона - закона сохранения движения, сформулированного им в виде 1-го начала в "Космогонии". В своём месте мы приводили эту более метафизическую, чем приведённая выше, формулировку. Ввиду важности вопроса воспроизведём здесь её ещё раз:

"Первое правило состоит в том, что каждая часть материи по отдельности всегда продолжает оставаться в одном и том же состоянии до тех пор, пока встреча с другими частями не вызовет изменения этого состояния. Иными словами, если частица материи обладает некоторой величиной, то она никогда не сделается меньше, пока другие частицы её не разделят; если эта частица кругла или четырёхугольна, она никогда не изменит этой фигуры, не будучи вынуждена к этому другими; если она остановилась в каком-либо месте, она не покинет его до тех пор, пока другие её оттуда не вытолкнут; и если она начала двигаться, то продолжает это движение постоянно с равной силой до тех пор, пока другие её не остановят или не замедлят её движения".

Как видно отсюда, "внешней" причиной, нарушающей состояние частиц материи, является воздействие на данную частицу окружающих частиц.

Мерой воздействия является количество движения (термин не принадлежит Декарту), определяемое величиной и скоростью частицы (mv). Величина частицы прямо даёт количество материи. Но Декарт очень хорошо представляет, что результат воздействия на данную частицу зависит от её состояния, т. е. не только от величины частицы (количества материи), но и от её формы и от её скорости. Другими словами, инерция частицы, которая оценивается "способностью" частицы "уступать" внешним воздействиям, не может быть оцениваема неизменной величиной. В одном из писем Декарт говорит:

"Можно утверждать с достоверностью, что камень не одинаково расположен к принятию нового движения или к увеличению скорости, когда он движется очень скоро и когда он движется очень медленно".

Эта гениальная догадка Декарта не встретила отклика ни у современников, ни у последующих поколений физиков до тех пор, пока Дж. Дж. Томсон не установил переменный характер электромагнитной массы^*. В XVII в., следуя идеям атомистов, Галилей (см. гл. V), Гассенди и другие (вместе с Декартом) провозглашали неуничтожаемость материи. Но чистые атомисты, как Гассенди, учили о неизменных по материи и форме частичках - атомах, неразрушимых и неразделимых. В дальнейшем массу частиц, проявляющуюся в её инерции, отождествляли с количеством материи и, следовательно, считали неизменной. Декарт, откинув концепцию о неделимых и неизменных частицах - атомах, смог высказать ряд глубоких мыслей о характере взаимодействия частиц, в том числе и об изменчивости инерции. Но, повторяем, эти мысли Декарта были осуждены современниками и потомками. Декарт не разрабатывал математически следствий из своих принципов. Указав, что изменение состояния тела является результатом внешних воздействий, он не рассмотрел подробности этих воздействий (правда, он обстоятельно занимался проблемой удара, о чём будет сказано ниже) и в частности не мог точно сформулировать закон взаимодействия частиц, т. е. 3-й закон динамики. Несмотря на то, что закон сохранения количества движения, который является эквивалентным 3-му закону, им был сформулирован, 3-го закона Декарт не открыл. Причиной этого было то обстоятельство, что Декарт ошибочно считал количество движения арифметической, а не направленной величиной. Отсюда, между прочим, произошли ошибки и в его теории удара. Только после установления точных законов удара Валлисом, Реном и Гюйгенсом, проверенных на опыте как Реном, так и Мариоттом, стало возможным установление 3-го закона, что и было сделано Ньютоном. Таким образом, исторически установление 3-го закона связано с установлением законов удара. К истории этих законов мы и обращаемся.

^* (В 1896 г. профессор Н. А. Умов подчеркнул важное значение этого утверждения Декарта и предсказал, что масса при скоростях, близких к скорости света, должна возрастать.)