§ 57. Краткие сведения из истории

Научная история механики начинается с трудов гениального ученого Архимеда, жившего в Сиракузах около 2200 лет назад. В те времена в древней Греции механика еще не считалась наукой. На нее смотрели как на ремесленный навык, как на занятие, достойное только раба и излишнее для философии и познания мира. В это время все содержание механики делилось на четыре части:

1) искусство изготовления рабочих и военных машин;

2) изготовление сфер, т. е. глобусов и моделей, изображавших движение небесных тел;

3) искусство изготовления механических игрушек;

4) теория центров тяжести, рычагов и равновесия твердых тел и жидкостей.

Архимед — один из великих математиков древности занимался всеми этими разделами механики (кроме изготовления игрушек). Он изобрел многие военные машины, которые сыграли решающую роль при обороне Сиракуз от нападения римских войск. Он изготовил небесный глобус, на котором можно было наблюдать не только движения светил, но и затмения Луны и Солнца, создал машины для поливки полей и много других механизмов.

Но главная заслуга Архимеда в механике — создание первой математической теории рычага и теории центров тяжести. Он первый рассматривает и находит условия равновесия тел. С Архимеда начинается развитие понятия силы в том виде, как мы ее понимаем сейчас.

Развитие статики, начатое Архимедом, в своих основах завершается только в XVI в. в работах голландца Симона Стевина. Стевин изучил равновесие тел на наклонной плоскости, открыл одно из основных свойств силы — векторное сложение. Стевин одним из

первых провозгласил невозможность вечного двигателя и использовал этот принцип для определения условий равновесия тел.

XVI и XVII вв. были временем рождения машинной промышленности и новых общественных отношений. Новые потребности общества вызвали развитие всех отраслей науки. И не случайно в истории науки это время часто называют периодом научной революции XVI в.

Ф. Энгельс говорил, что это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености.

В механике это был период возрождения и дальнейшего развития статики Архимеда, которая была необходима для обеспечения строительства грандиозных по тому времени сооружений. Кроме того, нужды мореплавания потребовали создания точных часов, необходимых для определения координат тел на земле, развития астрономии, правильной теории движения звезд и планет.

Уточнение всех представлений о небесной механике было необходимо и для реформы устаревшего календаря. В этих условиях великим польским ученым Николаем Коперником (1473—1543) была создана новая гелиоцентрическая картина мира. Коперник одним из первых пришел к пониманию и формулировке положения об относительности всех движений. С Коперника началось освобождение естествознания от оков религии.

Вслед за Коперником немецкий ученый Иоганн Кеплер (1571— 1630) на основе своих наблюдений открыл знаменитые законы движения планет. Законы Кеплера потом оказали немалую помощь Ньютону в открытии закона всемирного тяготения.

Борьба за независимость науки от религии была продолжена великим итальянским ученым Галилео Галилеем (1564—1642). Используя сконструированный им телескоп, Галилей сделал ряд астрономических открытий, подтверждавших учение Коперника. Вся знаменитая книга Галилея «Диалог о двух системах мира» посвящена обоснованию системы Коперника. Галилей обосновал принцип относительности, открыл закон инерции и законы свободного падения тел. Всем этим он заложил основы современной механики. С Галилея начался новый период, во время которого механика превратилась в самостоятельную науку.

Анализ механического движения, начатый Галилеем и другими учеными, завершился в трудах Исаака Ньютона (1643—1727). В своей всемирно знаменитой книге «Математические начала натуральной философии» Ньютон впервые изложил в единой системе основы классической механики. В этой книге он ввел основные понятия, характеризующие движение, взаимодействия тел, пространство и время. В ней он сформулировал три основных закона механики и вывел ряд следствий из этих законов. Ньютон показал, как можно применять эти законы к решению различных задач, в том числе задач гидромеханики и небесной механики. Таким образом, Ньютон

завершил создание механики как самостоятельной строгой науки и наметил программу ее дальнейшего развития.

Начиная с этого времени, развитие механики протекало настолько быстро и успешно, что к XIX в. она стала признаваться главной наукой о природе. Механика за эти столетия создала методы расчета любых технических конструкций, дала полностью согласованные с опытом описания движений звезд с гигантскими массами и движений мельчайших частиц размерами до одного атома. Механика оказалась способной описать опыты с наблюдением молекулярного движения, движения свободных электронов. Она нашла применение в объяснении некоторых биологических процессов, световых явлений, послужила основой для понимания ряда электрических процессов. Так механика превратилась в храм величественной архитектуры и поразительной красоты.

Все эти успехи привели к тому, что ученые в течение долгого времени пытались отождествлять механику со всей физикой. Во второй половине XIX в. значительное большинство ученых считало, что все законы природы сводятся к механическим законам и что любое явление природы имеет свои механические «пружины». Они видели цель всей физики в отыскании этих механических «пружин» во всех явлениях.

Открытие законов электрических и магнитных явлений в конце XIX в. показало неправильность таких убеждений. Эти явления нельзя было привести к механическим, так же как нельзя было этого сделать со многими биологическими явлениями.

XX в. принес два замечательных открытия, которые начали новую страницу в истории механики. Было установлено, что ньютоновские представления о движении и его законах не могут быть применены к расчету движений электронов и других элементарных частиц внутри атомных и ядерных систем. Для этого пришлось создавать новую, так называемую квантовую механику. Отцом этой новой механики стал знаменитый датский ученый Нильс Бор (1885— 1962).

Мы уже говорили, что в это же время было открыто новое важное явление зависимости ускорений от скорости движения тела. На опыте было также установлено, что скорость света не зависит от выбора системы отсчета — одно из удивительнейших и загадочных свойств материи. Возникла необходимость усовершенствовать законы Ньютона, которые не учитывали этих явлений. Такое усовершенствование и было проведено Альбертом Эйнштейном в 1905 г, в созданной им теории относительности, к которой мы будем еще много раз возвращаться.