2.8.3.9 Простір, час, рух

За визначенням Ньютона, "абсолютний простір за самою своєю сутністю є безвідносним до будь-чого зовнішнього й залишається завжди однаковим і нерухомим. Відносною є його міра або яка-небудь обмежена рухома частина, що визначається нашими почуттями стосовно положення його щодо деяких тіл і яке в повсякденному житті сприймається як простір нерухомий".

Частина простору, зайнята тілом, називається місцем тіла. Залежно від того, про який простір йдеться, розрізняють абсолютне й відносне місце тіла. Для тіл з однаковим об'ємом місця однакові; поверхні ж через відмінності у формі тіл можуть і відрізнятися між собою.

Абсолютний час, як стверджує Ньютон, не має стосунку до подій, він існує і триває рівномірно сам по собі. Навпаки, "відносний, уявний, чи повсякденний, час є або точна, або мінлива, що сприймається за допомогою відчуттів, зовнішня, що здійснюється за допомогою якого-небудь руху, міра тривалості, яка застосовується в повсякденному житті замість справжнього математичного часу, як то година, місяць, день, рік". У природі, за словами Ньютона, може зовсім не існувати рівномірного руху, який би міг бути природною мірою абсолютного перебігу часу. Незалежно від природних процесів абсолютний час рухається незмінно. Абсолютний час існування тіла не залежить від швидкості його руху. Навпаки, відносний час, що є предметом спостереження, залежить від швидкості реальних процесів. Тому, стверджує Ньютон, справжня тривалість відрізняється від тієї, яку можна безпосередньо спостерігати, і виводиться з неї за допомогою астрономічного рівняння.

Абсолютний рух визначається як переміщення тіла з одного абсолютного місця в інше, відносний же рух — як переміщення тіла з одного відносного місця в інше відносне місце. Таким чином, абсолютний рух є рух в абсолютному, а відносний рух — у відносному просторі. Ньютон наводить приклад з кораблем. Відносним місцем вантажу є частина корабля, в якій розміщено вантаж. Якщо вантаж не змінює свого положення на кораблі, то про нього говорять, що він перебуває у відносному спокої.

Властивість спокою полягає в тому, що тіла, які перебувають в абсолютному спокої, перебувають у стані спокою також одне відносно одного. Однак якщо відстань між деякими тілами не змінюється, не можна зробити зворотний висновок — про те, що вони перебувають у стані абсолютного спокою. Зв'язок між абсолютним і відносним спокоєм не є зворотним: з абсолютного спокою деяких тіл випливає їх взаємна нерухомість, але зі взаємної нерухомості тіл не можна зробити висновок про їх абсолютний спокій*. Властивість руху полягає в тому, що тіла, які рухаються в рухомому просторі, беруть участь-у русі цього простору. Ньютон трактує абсолютний рух як суму певного ряду відносних рухів, де кожний новий член являє собою рух, що відбувається щодо нового тіла відліку. Він вважає, що цей ряд продовжується, "поки не досягне до місця нерухомого". Але чи є таке місце? Вище зазначалося, що насправді може не виявитися тіла, що перебуває у стані спокою, "з яким можна було б пов'язувати місця й рухи інших тіл". Але місця абсолютного спокою, на думку Ньютона, існують, і вони у своїй сукупності утворюють абсолютний простір.

Далі Ньютон розглядає розмежування абсолютних і відносних рухів залежно від їх причин.

Причина істинного абсолютного руху тіла — сила, прикладена до цього тіла. Прискорення руху тіла в абсолютному просторі відбувається тільки в тому випадку, коли сила безпосередньо прикладена до тіла. Навпаки, відносний рух тіла може бути результатом сил, прикладених до інших тіл. Тіло може змінити своє положення чи свою швидкість щодо інших тіл, якщо до цих інших тіл прикладено силу, яка спричинює їх абсолютне переміщення.

Ньютон аналізує цю проблему в зворотному порядку — від сили до руху. Який рух викликає сила, прикладена до тіла? Абсолютний, — відповідає Ньютон. Це одна з основних тез "Начал". Динамічна задача полягає в тому, щоб, знаючи силу, визначити рух, і навпаки — за величиною руху визначити силу. Вона розв'язується в абстрактній формі, стосовно до двох тіл.

За такої умови, коли абстрактно усунуто всі інші тіла, рух можна віднести лише до абстрактного простору. Ньютон показує, що за умови різних абсолютних прискорень змінюється взаємне розташування тіл і, отже, виникають їх відносні рухи, а коли прискорення всіх тіл однакове, відносний рух не виникає. Відносний рух являє собою різницю між абсолютними рухами.

Якщо до тіла прикладено силу, то його відносний рух може бути яким завгодно, навіть нульовим, залежно від руху тіл відліку. Зокрема, якщо до тіла зовсім не прикладається сила, воно може рухатися з будь-якою швидкістю щодо інших тіл. Тому не можна зробити висновок про абсолютний характер руху лише на основі спостереження за відносними рухами. Ми можемо спостерігати лише відносні рухи; абсолютний рух виявити неможливо, і з кінематичної точки зору він є недосяжним для нашої уяви.

Знаючи прискорення тіла, не можна зробити висновок про прикладену до нього силу й встановити, чи прикладено цю силу до тіла, чи до системи відліку. На думку Ньютона, можливим є тільки обернене: за силами, що виникають у системі, можна визначити абсолютне прискорення цієї системи. Якщо система набуває абсолютного прискорення, то тіла чинять опір цьому прискоренню пропорційно своїм масам. Прискорення тіл щодо системи, яке виникає в результаті інерції, може бути доказом її абсолютного руху. Якщо система обертається, то тіла, що знаходяться в ній, рухатимуться по інерції уздовж дотичної і будуть спрямовані вбік від центру обертання. Це і є прояви абсолютного руху. "Прояви, завдяки яким розрізняються абсолютний і відносний рухи, виявляються в силах, спрямованих від осі обертального руху, тому що в суто відносному обертальному русі ці сили дорівнюють нулю".

Ньютонівські закони руху — це аксіоми, що однозначно пов'язують між собою вимірювані величини, причому величини, які фізично не є тотожними. Перший закон руху стверджує: "Будь-яке тіло перебуватиме у своєму стані спокою або рівномірного й прямолінійного руху, поки та оскільки воно не буде вимушене змінювати цей стан через прикладені сили". Цей закон не є за формою рівнянням, яке пов'язує величини, що спостерігаються. Однак він зводиться саме до такого рівняння, якщо його розглядати як окремий, негативний випадок другого закону. Із цього погляду перший закон Ньютона зводиться до твердження, що нульова сила відповідає нульовому прискоренню.

Другий закон руху стосується прискорення. "Зміна кількості руху пропорційна прикладеній рушійній силі й відбувається в напрямку тієї прямої, вздовж якої ця сила діє". Тут Ньютон-ще не вдається до поняття прискорення. Але згідно з 10-ою лемою, прискорення пропорційне зміні кількості.руху.

Третій закон: "Дії завжди протистоїть рівна й протилежна їй протидія, інакше кажучи, дії тіл одне на одне рівнопротилежні". З погляду Ньютона, дію і протидію можна розглядати і як силу, прикладену до тіла, і як силу інерції цього тіла. Якщо тіло А штовхає тіло В, то для В вплив з боку А є прикладеною силою, а сила інерції — фіктивною силою, яка нібито пручається цьому впливу. Сила інерції В для А є реальною прикладеною силою. Реальна сила, прикладена до тіла, спричинює прискорення, фіктивна сила не прикладена до тіла і не викликає прискорення цього тіла.