Взгляды Ньютона на пространство и время

Раздел "Определения" заключается знаменитым "Поучением", в котором Ньютон излагает свои взгляды на пространство и время, относительное и абсолютное движение. Ньютон хорошо знает, что наблюдаемые в природе движения имеют относительный характер: "движение и покой, при обычном их рассмотрении, различаются лишь в отношении одного к другому, ибо не всегда находится в покое то, что таковым простому взгляду представляется",- говорит он в пояснении к "Определению III", и описание их требует задания системы отсчёта. Но Ньютон полагал, что можно говорить об абсолютном движении тел, заимствуя у Гассенди представления об абсолютном пространстве и времени. Вот как определяет он эти фундаментальные в его механике понятия:

"I. Абсолютное, истинное математическое время само по себе и по самой своей сущности, без всякого отношения к чему-либо внешнему, протекает равномерно и иначе называется длительностью.

Относительное, кажущееся, или обыденное время есть или точная, или изменчивая, постигаемая чувствами, внешняя, совершаемая при посредстве какого-либо движения, мера продолжительности, употребляемая в обыденной жизни вместо истинного математического времени, как то: час, день, месяц, год.

II. Абсолютное пространство по самой своей сущности безотносительно к чему бы то ни было внешнему остаётся всегда одинаковым и неподвижным.

Относительное есть его мера или какая-либо ограниченная подвижная часть, которая определяется нашими чувствами по положению его относительно некоторых тел и которое в обыденной жизни принимается за пространство неподвижное: так, например, протяжение пространств подземного воздуха или надземного, определяемых по их положению относительно Земли. По виду и величине абсолютное и относительное пространства одинаковы, но численно не всегда остаются одинаковыми. Так, например, если рассматривать Землю подвижною, то пространство нашего воздуха, которое по отношению к Земле остаётся всегда одним и тем же, будет составлять то одну часть пространства абсолютного, то другую, смотря по тому, куда воздух перешёл, и, следовательно, абсолютное пространство беспрерывно меняется.

III. Место есть часть пространства, занимаемая телом, и по отношению к пространству бывает или абсолютным, или относительным. Я говорю "часть пространства", а не положение тела и не объемлющая его поверхность. Для равнообъёмных тел места равны, поверхности же от несходства формы тел могут быть и неравными. Положение, правильно выражаясь, не имеет величины, и оно само по себе не есть место, а принадлежащее месту свойство. Движение целого то же самое, что совокупность движений частей его, т. е. перемещение целого из его места то же самое, что совокупность перемещений его частей из их мест, поэтому место целого то же самое, что совокупность мест его частей, и, следовательно, оно целиком внутри всего тела.

IV. Абсолютное движение есть перемещение тела из одного абсолютного его места в другое, относительное - из относительного в относительное".

Признавая объективное существование пространства и времени, Ньютон становится на материалистическую точку зрения. Но, отрывая абсолютное пространство и время от реальных вещей и процессов, Ньютон придаёт этим категориям метафизический характер. Абсолютное время характеризуется, по Ньютону, равномерностью течения; для относительного времени, постигаемого в процессах, например движениях светил, такой равномерности может и не быть. "Возможно, что не существует (в природе) такого равномерного движения, которым время могло бы измеряться с совершенной точностью". Абсолютное пространство Ньютона - это абсолютно неподвижное пространство. "Как неизменен порядок времени, так неизменен и порядок частей пространства. Если бы они переместились из мест своих, то они продвинулись бы (так сказать) в самих себя, ибо время и пространство составляют как бы вместилища самих себя и всего существующего. Во времени всё располагается в смысле порядка последовательности, в пространстве - в смысле порядка расположения. По самой своей сущности они суть места, приписывать же первичным местам движения нелепо. Вот эти-то места и суть места абсолютные, и только перемещения из этих мест составляют абсолютные движения".

На практике же мы имеем дело с относительными движениями, связывая системы отсчёта с теми или иными телами. "Может оказаться, что в действительности не существует покоящегося тела, к которому можно было бы относить места и движения прочих". Абсолютное же время и пространство непостижимы чувствами и теряют свой физический характер, превращаясь в чистые абстракции. Можно было бы обойтись при физических исследованиях и без этих абстракций, оперируя с теми пространственно-временными представлениями, к которым приводит изучение реальных процессов.

Однако Ньютон полагает, что существуют физические способы обнаружения абсолютных движений, т. е. перемещений тел в абсолютном пространстве. Обнаружить равномерное прямолинейное движение системы отсчёта невозможно по классическому принципу относительности Галилея, принимаемому и Ньютоном. Но можно обнаружить проявления абсолютного движения системы. Абсолютное движение отличается от относительного тем, что приложенные силы действительно изменяют абсолютное движение тела, в то время как относительное движение может изменяться и без действия сил на тело - достаточно только, чтобы силы действовали на окружающие тела. Если подвесить на верёвке сосуд с водой и, закрутив верёвку, предоставить ей возможность раскручиваться, то будут наблюдаться следующие явления: сосуд приходит в движение, вода же неподвижна, и её поверхность плоская. По мере раскручивания верёвки вода также начинает вращаться, и это скажется в повышении её уровня у стенок и понижении в центре - части воды удаляются от оси вращения. Таким образом, в начальный момент относительное движение сосуда и воды было наибольшим, однако никаких проявлений этого относительного движения воды не наблюдалось. Затем относительное движение сосуда и воды уменьшилось, вода пришла во вращение так же, как и сосуд, и это проявилось в удалении частиц воды от оси вращения. Вот это-то стремление вращающихся тел удалиться от оси вращения и даёт возможность распознать абсолютное вращение. "Таким способом,- говорит Ньютон,- могло бы быть определено количество и направление кругового движения внутри огромного пустого пространства, где не существовало бы никаких внешних доступных чувствам признаков, к которым можно было бы относить положения шаров^*. Если бы в этом пространстве, кроме того, находились ещё некоторые весьма удалённые тела, сохраняющие относительное друг к другу положение, подобно тому, как наши неподвижные звёзды, то по перемещению шаров относительно этих тел мы не могли бы определить, чему принадлежит это перемещение - телам или шарам. Но если бы мы, определив натяжение нити, нашли, что это натяжение как раз соответствует движению шаров, то мы заключили бы, что движение принадлежит шарам, а не внешним телам, и что эти тела находятся в покое". Ньютон и полагает, что задачей механики является "нахождение... истинных движений по причинам, их производящим, по их проявлениям и по разностям кажущихся движений и, наоборот, нахождение по истинным или кажущимся движениям их причин и проявлений". Так вошла в физику ньютонианская концепция абсолютного пространства и времени.

^* (Речь идёт у Ньютона о воображаемом опыте исследовании вращательного движении шаров, связанных нитью, ось вращения которых проходит через центр тяжести шаров. По натяжению нити можно констатировать, вращаются шары или нет.)