Инерциальное движение – это состояние тела, когда оно либо движется равномерно по прямой траектории или покоится, что происходит вследствие отсутствия каких-либо действующих на тело сил.

Принцип относительности (применяется только по отношению к инерциальным системам) - в инерциальных системах абсолютно все механические явления и процессы описываются одинаково, т. е. посредством законов, имеющих ту же самую математическую форму. Иными словами, законы движения тел в подобных системах являются ковариантными, т. е. описываются одинаковыми математическими уравнениями. Действительно, два разных наблюдателя, находящиеся в инерциальных системах, не заметят в них никаких изменений.

3) впервые применил для исследования природы экспериментальный метод вместе с измерением изучаемых величин и математической обработкой их результатов – если ранее натурфилософский подход для истолкования явлений природы придумывал априорные (не связанные с опытом и наблюдениями) объяснения, то теперь гипотезы систематически проверялись опытом и измерениями.

С именем немецкого астронома И. Кеплера (1571-1630) связано открытие законов движения планет – траекторией движения планет является не окружность, как думали до него, а эллипс. Главным последствием этого открытия было осознание того, что между движениями земных и небесных тел не существует непреодолимой пропасти, так как они подчиняются определенным естественным законам и, кроме того, сам способ открытия законов движения небесных тел в принципе не отличается от открытия законов движения земных тел.

И. Ньютон, изучая результаты исследований Г. Галилея и И. Кеплера, обратил внимание на ограниченность применения закона инерции Г. Галилея к изучению движения тел. Действительно, принцип инерции относился лишь к тем случаям, когда на тело не действуют внешние силы – частный случай прямолинейного равноускоренного движения тел под воздействием силы тяжести. Поэтому И. Ньютон поставил своей целью найти общий закон движения тел, на которые действуют любые силы, а их траектории могут быть самыми разными. Результаты его многочисленных опытов и экспериментов были отражены в работе «Математические начала натуральной философии» (1687 г.) в форме законов и принципов механики.

Основные законы механики:

В основе создания законов механики лежала идея о взаимосвязи ускорения и силы – движение тела зависит от приложенной к нему силы, а сила, в свою очередь, придает телу ускорение. Следовательно, необходимо было найти количественный, математический метод для определения ускорения. Главными методами, которые использовал И. Ньютон были анализ и синтез. С точки зрения самого английского ученого, анализ – это извлечение общих заключений из результатов опытов и наблюдений посредством метода индукции; синтез – исходит из того, что причины явлений уже открыты в виде принципов, поэтому необходимо с помощью этих принципов объяснить сами явления.

Первый закон или законом инерции – тело будет находиться в состоянии покоя или двигаться прямолинейно и равномерно (без ускорения) до тех пор, пока к нему не будет приложена сила.

Раньше думали, что тело будет сразу же останавливаться после того, как прекратится действие на него силы. В действительности же после окончания действия силы тело пройдет еще некоторый путь, величина которого будет зависеть от степени противодействия внешних сил. Если бы было возможно полностью исключить действие внешних сил, то тело продолжало бы двигаться вечно.

Второй закон напрямую следует из первого – количество движения (или величина ускорения) прямо пропорционально силе, действующей на тело в направлении его движения.: F = mа.

Третий закон – сила, действующая на тело, всегда встречается с противоположной по знаку и направлению силой (действию всегда есть равное и противоположно направленное противодействие): F₁=-F₂.

Необходимо отметить, что хотя И. Ньютон и открыл принципы и законы, управляющие явлениями, однако не раскрыл их причин. В качестве примера можно привести оценку И. Ньютоном закона всемирного тяготения: F= G m₁ m_{2 /} r2, где F обозначает силу тяготения или гравитации, m₁ и m₂ – тяготеющие массы, r - расстояние между ними, a G – постоянную тяготения. Эта формула, по мнению И. Ньютона, отражала только количественную зависимость силы тяготения от произведения величин тяготеющих масс и квадрата расстояния между ними. Несмотря на это, открытие универсальной силы гравитации считается подлинным триумфом системы механики Ньютона. Эта сила действует между любыми телами во Вселенной, как бы велики или малы они ни были, без какой-либо промежуточной среды, в пустоте и мгновенно – принцип дальнодействия.

Основные принципы механики:

Открытие принципов механики означало подлинно революционный переворот и крупный шаг в изучении природы.

Принцип отрыва материи от форм ее существования. Вмеханике пространство и время как основные формы существования материи совершенно не связаны с движущейся материей, хотя и признается, что она движется в пространстве с течением времени. Грубо говоря, пространство в этой механике рассматривается как простое вместилище движущихся в нем тел, которые не оказывают на него никакого влияния. В связи с этим Ньютон и вводит понятия абсолютного пространства и времени – иными словами пространство и время существуют абсолютно независимо от движения тела.

Принцип обратимости, или симметрии, времени. Поскольку при заданных начальных условиях состояние движения механической системы, как в будущем, так и в прошлом, зависит только от начальных условий, то в уравнениях движения механики знак времени можно менять на обратный. Следовательно, при механическом истолковании времени этот параметр не будет отображать процесс реального изменения состояния движущихся тел с течением времени. Поэтому время не только в механике и классической физике, но даже в квантовой механике имеет обратимый характер. Это означает, что направление времени никак не учитывается в физике. Подобная обратимость времени означает симметрию всех процессов, рассматривающихся в механике, во времени – все состояния механического движения тел по отношению ко времени оказываются в принципе одинаковыми. Очевидно, что подобное представление является схематизацией и упрощением реальных процессов, поскольку оно абстрагируется от фактических изменений, происходящих с телами с течением времени.

Принцип механического детерминизма. Все механические процессы подчиняются принципу строгого, детерминизма, суть которого состоит в признании возможности точного и однозначного определения состояния механической системы ее предыдущим состоянием. Следовательно, все в мире строго детерминировано, или предопределено, и задано предшествующими состояниями, событиями и явлениями, что исключает действие случайности. Отрицательным последствием распространения указанного принципа на действия и поведение людей стало распространение фатализма, т.е. веры в фатум, рок, предопределенность судьбы человека.

Таким образом, механистическая картина, созданная на основании законов и принципов механики И. Ньютона, превратила окружающий нас мир в грандиозную машину, все последующие состояния которой точно и однозначно определяются ее предшествующими состояниями. Впоследствии французский ученый П. Лаплас (1749-1827) перенес принцип предсказания из механики в другие науки – принцип лапласовского детерминизма, который совершенно игнорирует существование случайных событий.

Принцип дальнодействия. Вмеханистической картине мира гравитационные силы передаются мгновенно от одного тела к другому, а не от одной точки пространства к последующей, близлежащей точке, как в современной теории поля. Согласно принципу дальнодействия, гравитационные силы могут передаваться в пустом пространстве с какой угодно скоростью. Тем самым,классическая теория гравитации отрицает существование определенной среды, или гравитационного поля, служащего для передачи гравитационных сил от одной точки к другой, т.е. она отвергает принцип близкодействия.

Итак, благодаря ясности убедительности и особенно точность предсказаний теории Ньютона утверждаются в науке в качестве универсальных законов. Более того, принципы и законы механистической картины мира начинают применяться для объяснения сил сцепления, горения, тепла, магнетизма и химического сродства. В связи с этим возникает вопрос о преимуществах новой механистической модели.

Основные преимущества механистической картины мира:

1. В рамках новой парадигмы был впервые осуществлен синтез, объединивший в рамках единой теории явления и процессы, происходящие на Земле и во Вселенной – взаимосвязь и единство между ними выражается в подчинении общим законам движения (закон всемирного тяготения).

2. Наука начинает выступать как активное начало процесса взаимодействия человечества с окружающим миром, благодаря которому оно в состоянии более рационально организовать свою жизнь – например, знания, полученные благодаря науке, способны предсказывать протекающие в природе явления и процессы, позволяя использовать силы природы на благо человека, облегчая его труд.

3. Точные логические и эмпирические методы, разработанные И. Ньютонов, стали широко использоваться для критического анализа и обоснования научных знаний – дедуктивный и экспериментальный методы.

4. Впервые количественные, математические методы были применены для исследования природы.

Именно эти нововведения ньютоновской картины мира предопределили широкое распространение ее принципов за пределами механики.

Однако наряду с теми преимуществами, которые, несомненно, предоставляла механика для изучения окружающего мира, существовали и негативные последствия распространения механистической парадигмы. Прежде всего, это редукционизм или сведение сложного к простому – та простота, с которой при помощи экспериментов были открыты законы и принципы существования мира Г. Галилеем и И. Ньютоном заставляла думать о простоте картины мира. Другим отрицательным следствием стало распространение принципов механики на объяснение явлений и процессов из других отраслей наук (экстраполяция, или перенесение, понятий, законов и принципов механики на другие, более сложные процессы) – например, в XVIII в. с их помощью пытались объяснить многие сложные химические и биологические процессы и даже работу человеческого организма. Однако попытки редукции сложных явлений и процессов к простейшим, механическим, в общем случае оказываются малопродуктивными и необоснованными.