(род. в 1643 г. – ум. в 1727 г.)
Английский математик, механик, астроном и физик, создатель классической механики, член (с 1672 г.) и президент (с 1703 г.) Лондонского королевского общества. Автор многих фундаментальных трудов. Разработал дифференциальное и интегральное исчисления. Открыл дисперсию света, исследовал интерференцию и дифракцию, развивал корпускулярную теорию света, высказал гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления. Построил зеркальный телескоп, открыл закон всемирного тяготения, обосновал теорию движения небесных тел, создав основы небесной механики.
Рождественской ночью 1642 г. по старому летоисчислению (4 января 1643 г. по новому) в небольшом родовом имении Вулсторп в самом центре Англии появился на свет очень слабый маленький мальчик. Спустя много лет он приоткроет завесу над многими тайнами, волновавшими человечество, а каждое его высказывание станет предметом тщательного анализа ученых. Но пока об этом никто не знает. Быть может, поэтому слуги и не спешат звать из соседней деревни мудрую целительницу – они уверены: новорожденный хозяин умрет через несколько часов…
Целую неделю жизнь младенца висела на волоске. Исаак, сам того не ведая, вступил в схватку со смертью, и противостояние закончилось его полной победой. Чудесное выживание маленького Ньютона еще раз подтвердило старое поверье о том, что дети, рожденные после смерти отца, обладают особой жизненной силой, которую они способны не только использовать сами, но и передавать другим. Это событие стало первым доказательством исключительности ребенка, которого, впрочем, судьба не баловала. Когда Исааку исполнилось два года, его горячо любимая мать Анна Эйскоу вышла замуж за настоятеля церкви Барнабе Смита и уехала с ним в соседнюю деревушку. Это событие произвело на мальчика гнетущее впечатление и в немалой степени способствовало формированию его замкнутого характера.
После отъезда матери Исаак перешел на попечение бабушки, которая всеми силами пыталась скрасить его безрадостное существование: подолгу рассказывала внуку об окружающей природе, растениях и животных, читала сказки. Но мальчик не испытывал теплых чувств к своей прародительнице и часто, слушая ее истории, с тоской вглядывался в шпиль колокольни церкви Северного Уитэма, невдалеке от которой жила его мать со своей новой семьей. Исаак ощущал себя полным сиротой, и его сердце наполнялось глухой ненавистью к отчиму, отнявшему у него самое дорогое. В такие минуты Ньютон страстно желал отомстить Барнабе и даже собирался сжечь его дом.
Несмотря на то что в окрестностях проживало много родственников, Исаак чувствовал себя одиноким. Он так и не сдружился со своими кузенами и кузинами, которые осознавали его умственное превосходство. Ньютон раздражал детей: он постоянно выигрывал в шашки и другие игры, требующие сообразительности, придумывал новые развлечения, компенсирующие его телесную немощь.
Когда Исааку исполнилось десять лет, произошло то, о чем он мечтал: умер ненавистный отчим и мать с двумя дочерьми и сыном вернулась домой. Последующие два года стали самым счастливым временем в жизни мальчика: он ни на шаг не отходил от Анны и даже помогал ей ухаживать за своими сводными сестрами и братом.
В 1655 г. Ньютона отправили учиться в бесплатную грамматическую школу в Грэнтэме, весьма почтенное учреждение с трехвековой историей. Исаака поселили в доме аптекаря Кларка, в котором проживало еще трое его приемных детей: два мальчика одних с Исааком лет и маленькая девочка – первая любовь будущего ученого. Впоследствии она так вспоминала о Ньютоне: «Сэр Исаак всегда был тихим, разумным мальчиком. Он никогда не играл с мальчиками во дворе и не участвовал в их грубых развлечениях. Он старался оставаться дома, даже среди девочек, и часто делал маленькие столики, чашечки и другие игрушки…»
Отношения же с ее братьями Артуром и Эдуардом у Ньютона не сложились: он им не понравился, а Исаак, в свою очередь, не собирался добиваться ничьей симпатии и часто провоцировал своих оппонентов. Несмотря на физическую слабость, он обладал сильным духом, который способствовал его победам в многочисленных драках. Кроме того, постоянное соперничество подвигло Исаака на новый подвиг – чтобы доказать свое превосходство, он решил во что бы то ни стало обойти всех учеников класса в успеваемости. И он в короткие сроки стал лучшим учеником школы. Теперь обучение из тягостной повинности превратилось в душевную потребность. Для Исаака наступило счастливое время открытия у себя новых способностей и пристрастий. Его всерьез увлекла возможность что-то изобретать и конструировать. Так, он мог свободно сделать деревянные часы. Мечтой Ньютона в то время было воспроизвести в дереве и ткани недавно построенную в Грэнтэме ветряную мельницу. Исаак облазил сооружение сверху донизу, разобрался во всех механизмах и уже через две недели водрузил свое детище на крыше аптекарского дома. Ньютон с удовольствием отметил, что мельничка работает и при слабом ветре. Но теперь пред ним стояла новая задача – сделать так, чтобы она работала и в полный штиль. Для этого ему удалось приспособить мышь, пойманную им в силок собственной конструкции. Одна за другой последовали новые технические игрушки Ньютона: небольшая коляска, колеса которой вращались при помощи механизма, приводимого в действие седоком; лампадки, сделанные из гофрированной, медленно сгорающей бумаги; а также модель солнечных часов.
Дом аптекаря, наполненный склянками с различными жидкостями, немало способствовал и занятиям химией. Ньютон увлекся странными реакциями, происходящими при смешивании разных веществ, и, к большому неудовольствию Кларка, постоянно экспериментировал.
Кроме всего прочего, Исаака привлекало рисование. Через короткое время в доме не осталось чистых стен: всевозможные птицы, звери, корабли и люди появлялись в самых неподходящих местах. Вся мансарда также была увешена картинками Ньютона в самодельных рамах.
Несколько лет учебы в школе стали для Ньютона временем замечательных открытий, годами познания себя и первых опытов. Но в 1659 г. Анна Эйскоу вызвала сына домой. В семье не хватало мужчины, и она искренне надеялась на то, что Исаак станет подлинным хозяином своего достояния: имений, земель и скота. Но вопреки ожиданиям матери молодой человек не проявлял ни малейшего интереса к хозяйствованию, был рассеян и часто ссорился с родственниками и слугами, внося сумятицу в привычный уклад жизни обитателей Вулсторпа. Ньютон был рад, когда его оставляли в покое и позволяли удалиться в свою «студию», где он, забившись в угол, часами что-то мастерил и делал пометки в рабочем блокноте. Естественно, подобное поведение возмущало Анну. Исаака понимал лишь мастер Стокс, его грэнтэмский учитель, который всем доказывал, какой непростительной ошибкой будет для молодого Ньютона похоронить свой талант в деревенской глуши. Он настаивал на возвращении Исаака в школу и обещал подготовить его к поступлению в университет. В итоге Анна сдалась. Ньютон вернулся в Грэнтэм и поселился у Стокса.
Он с увлечением принялся за учебу: штудировал Библию, грамматику, геометрию, древнюю историю, древнегреческий язык, много читал, постоянно делая пометки в своих записных книжках, в которых было много рисунков, набросков телескопов, оптических экспериментов, алхимических символов, подробностей анатомического строения человека и животных. Огромное впечатление в то время произвела на Ньютона книга Дж. Уилкинса «Математическая магия». Он жадно искал другие сочинения писателя. Следующей стала книга «Открытие нового мира на Луне», направленная на защиту Коперниковой системы.
Большой интерес проявлял Ньютон и к вопросам, связанным с созданием универсального языка и новой фонетической системы, различными системами стенографии, передачей информации посредством секретных шифров. Кроме того, Исаак предпринял попытку создать полную классификацию вещей и понятий – и даже составил каталог, разделенный на 16 рубрик. В блокнотах, которые Ньютон именовал «Садом», можно встретить и другие записи: проект реформы фонетической системы, первые черновики полного словаря английского языка, вечный календарь, астрономические таблицы, решения несложных геометрических задач. Многие записи указывают на то, что в это время Ньютон окончательно понял: знание – реальная и необоримая сила, которая дает власть над вещами и людьми. Отныне его целью стало овладение знаниями и познание истины.
В 1661 г. Исаак поступил в Тринити-колледж Кембриджского университета. Несмотря на то что Ньютон принадлежал к состоятельной семье, в учебное заведение его зачислили как «сабсайзера» – беднейшего студента, получавшего право на учебу прислуживая. Через некоторое время он стал «сайзером», однако это ничего не изменило в его положении «отверженного». Впрочем, сложившаяся ситуация сыграла весьма положительную роль в его судьбе. В отличие от других студентов, прожигающих жизнь в многочисленных тавернах, Исаак усердно учился. В 1664 г. он стал «сколером» (школяром) и впервые получил стипендию. Ньютон с головой ушел в учебу и часто проводил за письменным столом ночи напролет, забывая о сне и еде. В его кембриджских блокнотах появился анализ теории Декарта – в молодом ученом проснулась страсть к математике. Исаак постоянно экспериментировал с кривыми, осями и центрами, постепенно приходя к все новым и новым открытиям. Крупнейшим достижением Ньютона в 1664–1665 гг. стала разработка биномиального разложения для какого угодно целого положительного показателя.
Молодой ученый сразу же нашел применение своему открытию: записал ряды для выражения сегмента и сектора круга, синуса, арксинуса, логарифмической функции. С помощью рядов Ньютон мог теперь изучать свойства функций, делать приближенные вычисления. Следует отметить, что в алгебре ряды были не менее важны, чем десятичные дроби в арифметике.
В 1665 г. Ньютон получил ученую степень бакалавра. Его влекли новые горизонты, неведомые тайны, и он чувствовал себя способным решить проблемы, которые веками волновали человечество.
Последующие два года, во время эпидемии чумы, Ньютон находился в Вулсторпе. Это время стало наиболее продуктивным в его научном творчестве: именно тогда сложились те идеи, которые впоследствии привели его к созданию дифференциального и интегрального исчислений, к изобретению зеркального телескопа (собственноручно изготовленного им в 1668 г.); здесь Ньютон провел опыты над разложением света и открыл закон всемирного тяготения. Надо сказать, мысли о том, что у материи существует некоторая притягательная сила, сосредоточенная в центре Земли, давно посещали ученого. Яблоко, упавшее на его глазах в траву (а не на голову, как гласит легенда), заставило его задуматься над увиденным, как он задумывался над всем, что его окружало. В результате Исаак вывел закон, который вовсе не снизошел на ученого как некое божественное озарение. Чтобы прийти к нему, Ньютону необходимо было смести завалы старой аристотелевской философии, принять философию «механическую», а затем в чем-то отвергнуть и ее, сделать правильные умозаключения из сопоставления земных и небесных движений, разработать теорию и неоднократно подтвердить ее совпадением рассчитанных и реальных небесных явлений. В то же время ученому необходимо было противостоять неизбежной критике картезианцев и других философов-современников.
В 1668 г. Ньютону была присвоена степень магистра, а спустя год он получил должность профессора почетной лукасианской физико-математической кафедры. Молодой ученый усердно готовился к лекциям. Их основной темой стали многочисленные опыты ученого в области оптики. Он трудился над изготовлением и усовершенствованием зеркального телескопа. В 1671 г. ему удалось создать новую модель – больших размеров и лучшего качества. Демонстрация телескопа произвела на современников такое сильное впечатление, что в 1672 г. Ньютон был избран в Лондонское королевское общество. Новые звания улучшили и материальное положение ученого, что, в свою очередь, способствовало развитию его таланта. Исаак мог позволить себе покупать интересующие его книги, инструменты, ставить необходимые опыты.
В работе «Новая теория света и цветов» (1672 г.) Ньютон высказал свои взгляды о «телесности света» (корпускулярную теорию света). Эта работа вызвала бурную полемику среди ученых. Отвечая на их возражения, Ньютон выдвинул гипотезу, сочетавшую корпускулярные и волновые представления о свете. Затем он развил ее в сочинении «Теория света и цветов», в котором описал опыт с кольцами Ньютона и установил периодичность света. Многолетние оптические исследования Ньютона нашли отражение в его фундаментальном труде «Оптика», увидевшем свет в 1704 г. К этому времени он уже являлся президентом Лондонского королевского общества.
В «Оптике» наряду с опытами по дисперсии и дифракции света Ньютон, по существу, первым измерил длину световой волны. Труд завершался специальным приложением – «Вопросами», где Ньютон высказал свои взгляды на многие физические явления. В частности, излагая здесь свои мысли о строении вещества, он ввел понятие не только атома, но и молекулы.
В 1687 г. произошло одно из главных событий в жизни Ньютона. Его книга «Математические начала натуральной философии» (кратко «Начала»), ставшая вершиной творчества ученого, была представлена Королевскому обществу. В ней он обобщил результаты, полученные его предшественниками (Г. Галилеем, И. Кеплером, Р. Декартом, Р. Гуком), и свои собственные исследования и впервые создал единую стройную систему земной и небесной механики, которая легла в основу всей классической физики. Кроме того, Ньютон впервые рассмотрел основной метод феноменологического описания любого физического воздействия посредством силы. Затем он сформулировал три свои знаменитые «аксиомы, или законы движения»:
– закон инерции;
– закон пропорциональности количества движения силе;
– закон равенства действия и противодействия.
В своей книге Ньютон также изложил теорию движения небесных тел, объяснил особенности движения Луны, теорию приливов и отливов; предложил свою теорию формы
Земли. Таким образом, в «Началах» была впервые дана общая схема строгого математического подхода к решению любой конкретной задачи земной или небесной механики. Следует отметить, что математика была для Ньютона главным орудием в физических изысканиях. Ученый неоднократно подчеркивал, что по существу математика является частью естествознания.
Разработка дифференциального и интегрального исчислений явилась важной вехой в развитии математики. Большое значение имели работы Ньютона по алгебре, интерполированию и геометрии. Благодаря ему алгебра окончательно освободилась от геометрической формы; и его определение числа не как собрания единиц, а как отношения длины любого отрезка к отрезку, принятому за единицу, явилось важным этапом в развитии учения о действительном числе.
К 1695 г. Ньютон уже являлся признанным гением, знаменитым ученым, к мнению которого прислушивались не только английские, но и иностранные коллеги.
Однако, кроме научного таланта, Исааку были присущи порядочность и серьезное отношение к делу. Именно эти качества послужили основанием для назначения Ньютона смотрителем Монетного двора. Кроме того, ему была поручена перечеканка всех английских монет. Судьба предоставила великому ученому шанс оставить свой след не только на научном, но и на общественном поприще. Как всегда, Исаак составил строгий план действий и в первую очередь навел порядок среди работников Монетного двора. Затем он решил стать подлинным хозяином на новом месте и досконально разобраться во всех процессах, превращающих золотые и серебряные слитки в конце пути в звонкие монеты. Шаг за шагом он разобрался не только в технологии изготовления денег, но и совершенно точно определил методы, которыми пользовались фальшивомонетчики и прочие авантюристы. Вооруженный подобными знаниями, профессор раскрыл деятельность более 100 аферистов и предал их справедливому суду. Деятельность Ньютона постепенно принесла успех – поток фальшивых монет стал иссякать. Наряду с чеканкой новых монет эта сторона работы ученого сыграла огромную роль в стабилизации экономики Англии в один из сложных периодов ее истории. В 1699 г. в качестве благодарности от правительства Ньютон получил пожизненное высокооплачиваемое звание директора Монетного двора, что еще более укрепило его положение: теперь он вращался в самых влиятельных кругах Лондона, определявших государственную, финансовую и экономическую политику страны.
Такие же твердость духа и талант, как в борьбе с фальшивомонетчиками, Ньютон проявил и на посту президента Лондонского королевского общества (с 1703 г.). С присущей ему обстоятельностью он вначале тщательно изучил его историю, перелистал все протоколы заседаний и только после этого принялся за преобразования. Первое, что он сделал, – стал лично вести все заседания. Ученый обратил внимание на то, что в ходе совещаний много времени тратилось на пустую болтовню, поэтому следующим шагом Ньютона стало написание работы «Схема укрепления королевского общества», в которой он четко сформулировал, какого типа дискуссии должны проводиться на заседаниях. К 1710 г. в деятельности Общества наметился явный прогресс: количество членов возрастало (в том числе и за счет молодых талантов), повышался научный уровень заседаний, регулярно показывались опыты. Все это свидетельствовало о том, что англичане, благодаря смелым инициативам и твердости характера Ньютона, уверенно выходили на передовые позиции в мировой науке.
Современники высоко оценили достижения Ньютона. В 1705 г. он был удостоен дворянского титула. К когда-то бедному сабсайзеру пришли слава и богатство. В Лондоне ученый пользовался всеобщим уважением. Его называли не иначе как «доктор Ньютон», что свидетельствовало тогда о величайшей респектабельности. Несмотря на то что общественная жизнь Ньютона была у всех на виду, он всегда ревниво охранял от окружающих подробности личной жизни. Он никогда не был женат и не имел детей, а свои привязанности оставлял в тайне, будучи по натуре молчаливым и скрытным.
На склоне лет, находясь на вершине богатства и славы, Ньютон несколько смягчился, стал более общительным. Со всех сторон к нему стекались ученики и посетители, встречавшие самый радушный прием. В последние годы за ученым стала замечаться склонность к сентиментальности. Казалось, он хотел облагодетельствовать всех, кто нуждался в его помощи. Так, Ньютон помогал устроить жизнь практически всех родственников и никогда никому не отказывал в поддержке.
«Я не знаю, чем кажусь миру, – говорил ученый. – Но самому себе я кажусь похожим на ребенка, играющего на берегу моря и радующегося, когда ему удалось найти цветной камешек». Именно таким большим и беззаботным ребенком он и оставался до конца своей жизни. Появившись на свет слабым и тщедушным, Ньютон постоянно пекся о своем здоровье. В результате свой первый зуб он потерял только в 85 и никогда не носил очки. И лишь в последние пять лет жизни Ньютона стали одолевать различные болезни. Он списывал их на свой почтенный возраст и, стараясь не беспокоить окружающих, продолжал работать и даже принимал участие в заседаниях королевского общества. Сердце великого ученого перестало биться 20 марта 1727 г., он был похоронен в Вестминстерском аббатстве.
Об Исааке Ньютоне говорили: «Превосходивший умом человеческий род». Действительно, гениальность этого ученого была безграничной. Вся жизнь его была посвящена высокому делу служения науке. И спустя сотни лет сложно представить цивилизацию без выдающихся открытий Ньютона.
Ньютона кольца – интерференционные полосы равной толщины в форме колец, расположенные концентрически вокруг точки касания двух поверхностей (двух сфер, плоскости и сферы и т. д.). Впервые описаны Ньютоном в 1675 г.
Кто-то способен умножать в уме пятизначные числа. Другой с трудом подсчитывает сдачу в магазине, но может из мусора собрать машину Апокалипсиса. Третьему по силам вывести общую формулу всего — если, конечно, с него снимут смирительную рубашку. А иногда рождаются люди, способные за чашкой чая написать теорию оптики, в обед разработать методы интегрального исчисления, а перед сном набросать законы гравитации — и все это в эпоху, когда на площадях еще иногда жгли ведьм, а знаменитые ученые всерьез интересовались оккультизмом…
Трудно знать многое, все знать невозможно. Но делать великие открытия в абсолютно разных областях фундаментальных знаний и определять облик науки на сотни лет вперед — это почти что чудо. На свете было немного людей, чьи портреты одновременно висят в школьных кабинетах математики, физики, астрономии и культурологии. И, пожалуй, главным «мессией от науки» был сэр Исаак Ньютон.
В 2005 году Лондонское королевское общество провело голосование по кандидатуре самого влиятельного физика в истории планеты. Ньютон был сочтен более значимым, чем Эйнштейн.
Неразговорчивый и одинокий
В апреле 1642 года зажиточный, но совершенно безграмотный фермер Исаак Ньютон из маленькой деревеньки Вулсторп женился на хорошо образованной 19-летней Анне Эйскоу из деревни Маркет Овертон. Счастье молодых длилось недолго. В октябре муж умер. А аккурат на Рождество, 25 декабря, Анна родила мальчика. Его назвали в честь отца — Исааком. Эти обстоятельства определили участь научного прогресса, ведь будь Исаак старший жив, он наверняка воспитал бы сына-фермера.
Поместье Ньютонов, Вулсторп.
Малыш родился недоношенным. По воспоминаниям матери, ребенок был так мал, что мог поместиться в чашку на четверть кварты. Все ожидали, что он не проживет и суток. Однако, несмотря на это, Исаак вырос здоровым и дожил до 84 лет.
Через три года Анна вышла замуж за богатого викария Барнаби Смита, которому к тому времени исполнилось 63 года. Она оставила сына своим родителям и переехала к преподобному. Второй брак матери «подарил» Ньютону двух сводных сестер и одного сводного брата (Мэри, Бенджамина и Анну). Надо сказать, что отношения у них были хорошие — добившись успеха, Исаак всегда помогал сводным родственникам.
Некоторые исследователи полагают, что юный Ньютон страдал от аутизма. Он мало говорил (качество, сохранявшееся на протяжении всей его жизни) и так сильно погружался в свои мысли, что забывал принимать пищу. До семи лет его часто «заклинивало» на повторении одних и тех же предложений, что, естественно, не добавляло странному мальчику друзей.
Необычайные таланты Исаака впервые проявились на практической почве. Он мастерил игрушки, миниатюрные ветряные мельницы, воздушных змеев (запускал с ними фонари и распространял по округе слух о комете), сделал каменные солнечные часы для своего дома, а также измерял силу ветра, прыгая по его направлению и против.
В 1652 году Ньютона послали учиться в школу Грэнтхэма. Этот городок был всего в 5 милях от его дома, но Исаак предпочел покинуть родные стены и поселился у грэнтхэмского аптекаря — мистера Кларка.
Школа в Грэнтхэме сохранилась до сих пор.
В 1656 году викарий умирает, и вдова Смит возвращается в родовое имение. Нельзя сказать, что Исаак был рад ей. В возрасте 19 лет он составил перечень своих былых юношеских грехов, где, в частности, указал намерение сжечь дом викария вместе со своей нерадивой матерью. Анна запоздало решила принять участие в воспитании первенца и решила, что сын пойдет по стопам отца. Исаака забрали из школы, и некоторое время он усердно вскапывал поля графства Линкольншир.
Приобщение к земле длилось недолго. Стараниями преподобного Вильяма Эйскоу (брата матери Ньютона и пастора соседней деревни) английское земледелие лишилось очередного плохого работника. Дядя заметил научные успехи юноши и уговорил Анну послать сына в университет.
Одинокий и гениальный
Первое время Ньютон был субсайзером — а проще говоря, оплачивал учебу работой по хозяйству. Весной 1664 года он был зачислен в Тринити-колледж стипендиатом. Это открыло ему доступ к огромной библиотеке Кембриджа. Молодой человек жадно глотал труды Архимеда, Аристотеля, Платона, Коперника, Кеплера, Галилея и Декарта — тех самых гигантов, на плечах которых, по его собственным словам, он стоял в дальнейшем.
Про его отношения с однокурсниками сохранилось мало сведений. Можно предположить, что замкнутый Ньютон, попавший в цитадель столь обожаемой им науки, избегал разгульной студенческой жизни. Известно, что однажды он поменял комнату из-за «буйства» соседа и поселился рядом с тихим Джоном Уилкинсом.
Тринити-колледж.
Увлекшись оптикой, Ньютон посвящал немало времени наблюдению атмосферных явлений — в частности, гало (кольцо вокруг Солнца).
Исааку хватило года, чтобы набраться базовых знаний в математике, физике и оптике. В июле 1665 года Лондон поразила страшная эпидемия чумы. Количество жертв было так велико, что руководство университета распустило студентов по домам (на протяжении двух следующих лет Кембридж закрывался и открывался несколько раз).
Ньютон взял «творческий отпуск» и вернулся в родной Вулсторп. Спокойствие деревенской жизни благоприятно сказывалось на Исааке. Шумные студенты не отвлекали его от книг, поэтому уже в январе 1665 года он защитился на бакалавра, а в 1668 стал магистром.
Это покажется странным, но Ньютон сделал основные открытия, еще будучи учеником Кембриджа. Он не кричал «Эврика!» на каждом углу и не стремился популяризовать свои достижения, так что мировую известность Исаак получил лишь в зрелом возрасте.
К 23 годам молодой человек освоил методы дифференциального и интегрального исчисления, вывел формулу бинома Ньютона, сформулировал основную теорему анализа (позже названную «формулой Ньютона-Лейбница), открыл закон всемирного тяготения и доказал, что белый цвет — смесь цветов.
Столовая Тринити-колледжа. За одним из этих столов обедал Ньютон.
Все это делалось с помощью кратких заметок в дневниках. Судя по ним, мысли Ньютона свободно перескакивали от оптики к математике и наоборот. Деревенская тишина предоставляла ему неограниченное количество времени для размышлений. Сам он объяснял успех тем, что размышлял постоянно.
В 1669 году чума отступила. Кембридж вновь ожил, и Ньютона назначили профессором математики. В то время под математическими науками подразумевались также геометрия, астрономия, география и оптика, однако лекции Ньютона считались скучными и не пользовались спросом у студентов — зачастую ему приходилось выступать перед пустыми скамьями.
Полет яблока
Общепринятая (и наиболее правдоподобная) версия гласит, что летом 1666 года Ньютон, бродивший по саду своего поместья в Вулсторпе в очередном интеллектуальном трансе, увидел, как с дерева падает спелое яблоко. По другой, более анекдотичной легенде яблоко упало ему на голову. Так или иначе, Ньютон задумался: а что если сила тяготения действует не только на объекты близ Земли, но и гораздо дальше нее — например, на Луну и другие небесные тела?
Когда однажды, в думу погружен,
Увидел Ньютон яблока паденье,
Он вывел притяжения закон
Из этого простого наблюденья.
Впервые от Адамовых времен
О яблоке разумное сужденье
С паденьем и с законом тайных сил
Ум смертного логично согласил.
Джордж Гордон Байрон «Дон Жуан»
Каменное яблоко у ног статуи Ньютона (Оксфордский музей естественной истории).
Ранее священнослужители предлагали альтернативную «теорию гравитации» — мол, человека тянут к земле его грехи. Покаявшись, можно попасть на небо, в рай, а грешник, соответственно, проваливается под землю — в ад.
Однако в 17 веке церковь уже отказалась от главных методов конкуренции с наукой — пыток и костров, поэтому ученые смело выдвигали альтернативные версии. Декарт писал, что тяготение — результат вихрей в эфире, а Кеплер полагал, что оно распространяется только в плоскости эклиптики.
Ньютон связал закон тяготения (силы, обратно пропорциональной квадрату расстояния) и объяснил природу движения планет. До появления теории относительности никаких поправок к этой модели не было. Знаменитый мысленный эксперимент Ньютона с пушкой (если поставить ее на высочайшую гору, нацелить горизонтально и выстрелить ядро с определенной скоростью, оно будет вращаться вокруг Земли подобно Луне) фактически заложил первый камень в фундамент космонавтики.
Также ученый объяснил приливы притяжением Луны и, имея данные о высоте прибывающей воды, рассчитал массу спутника нашей планеты.
Свет разума
В декабре 1671 года Ньютон стал кандидатом в члены Королевского научного общества, основанного десятью годами раньше. Это была элитная организация гениев, масонов и алхимиков, интересовавшихся всеми видами знаний, в том числе и оккультными.
Здание Королевского общества.
В январе 1672 Исаак прочитал перед членами общества доклад об оптике и продемонстрировал построенный им зеркальный телескоп. Используемые ранее телескопы-рефракторы давали заметную хроматическую аберрацию. Рефлектор же был лишен этих недостатков (зеркальные телескопы применяются до сих пор).
Чтобы понять важность этого открытия нужно знать, что единой оптической теории в то время еще не было. Кто-то полагал, что цвета получаются из смешения света и тьмы в разных пропорциях, Декарт считал, что цвета создаются разными скоростями вращения световых частиц. С помощью стеклянной призмы Ньютон доказал членам общества, что белый свет не первичен, а состоит из базовых (неразлагаемых на другие компоненты) цветов под разными углами преломления.
Ньютон очень болезненно относился к критике. Его оптические изыскания подвергались нападкам Роберта Гука. По легенде, в 1689 году раздраженный Ньютон поклялся прекратить исследования до тех пор, пока его оппонент не умрет. Это произошло в 1703 году.
Титульный лист первого издания «Оптики» (1704).
Год спустя вышла фундаментальная монография Ньютона «Оптика», в которой, помимо революционных выкладок по дисперсии, интерференции, дифракции и поляризации света, утверждалось, что свет состоит из мельчайших частиц — корпускул. Эта ошибка еще долгое время жила благодаря авторитету Ньютона.
Бремя славы
Как уже отмечалось ранее, Ньютон неохотно публиковал свои работы, предпочитая обсуждать те или иные проблемы в переписке с коллегами. В 1682 году около Земли прошла комета Галлея, что вызвало всплеск интереса к взаимодействию небесных тел.
Сам Галлей долго уговаривал Ньютона обобщить и опубликовать все его исследования по физике в единый труд. Решающим аргументом стали деньги. Ньютон испытывал затруднения с финансами, в связи с чем его даже освободили от членских взносов в Королевское общество. Финансированием издания Magnum Opus Ньютона занялся Галлей.
Работа вышла в 1686 году под названием «Математические начала натуральной философии» (то есть физики). Книга, детально описывающая — не больше, ни меньше — базовые законы природы, была распродана за 4 года и выдержала 3 переиздания еще при жизни автора.
Вся ученая Европа стояла на ушах. Некоторые исследователи буквально поклонялись Ньютону, другие называли его шарлатаном. Невидимое и нематериальное тяготение представлялось чем-то вроде магии, а сам Ньютон не мог объяснить его происхождение (и даже допускал, что гравитация имеет сверхъестественную природу).
Портрет Ньютона работы Келлера.
Ньютон моментально стал национальным героем. Ритм жизни ускорился в несколько раз. В 1689 его избирают членом Парламента, однако все, что осталось от его депутатства — письменные жалобы на сквозняки в зале заседания. Известнейший художник страны — сэр Годфри Келлер — рисует первый портрет Ньютона.
Тогда же Исаак знакомится с 25-летним швейцарским математиком Николасом де Дюлье. Между ними завязываются тесные отношения. Многие отмечали, что, пожалуй, даже слишком тесные. Романтически настроенный Ньютон попытался обеспечить себе и своему другу будущее, добиваясь правительственной должности. Но в «черном» 1691 году его постигла целая череда несчастий.
Умер его старый друг — профессор Барбингтон. Сводная сестра Анна лишилась мужа и осталась без средств к существованию. В доме Исаака произошел пожар, уничтоживший черновые наброски «Математических начал», что лишило Ньютона аргументов в споре о приоритете в открытиях (в то время ученые активно переписывались, делились идеями и многие теории разрабатывались, по сути, коллективно).
Наконец, юный де Дюлье сбегает от Ньютона в Швейцарию (якобы из-за дурного климата Англии). Эти потрясения были так сильны, что у Исаака наступило временное умопомешательство.
В 1695 году канцлер казначейства Чарльз Монтегю, бывший студент Ньютона, пригласил ученого на должность смотрителя монетного двора с годовым жалованьем в 600 фунтов. Ньютон, хандривший из-за отсутствия материального признания его заслуг, согласился переехать в Лондон.
Математик Николас де Дюлье, самый близкий друг Ньютона.
В то время страна была наводнена фальшивыми монетами. Монтегю задумал полную перечеканку всей наличности и рассчитывал на познания Ньютона в металлургии и механике. Исаак показал себя отличным администратором и, невзирая на забастовки и доносы, наладил ускоренный выпуск новых денег. За это его сделали директором монетного двора с годовым окладом около 1500 фунтов.
Дела шли в гору. В 1699 году Ньютона сделали членом Французской академии наук, а в 1703 году он был избран Президентом Лондонской королевской академии (по поводу чего Исаак подарил ученым новый прибор — солнечную печь, плавившую металлы с помощью системы линз). Его переизбирали на эту должность каждый год в течении последующих 25 лет — рекорд общества, продержавшийся три столетия. А в 1705 королева Анна возводит его в рыцарское достоинство.
Наука чудес
Ньютон вошел в историю как физик и математик. Однако эти науки занимали лишь около половины его кругозора. Помимо этого, великий рационалист увлекался... алхимией и теологией. О его мистических взглядах известно немногое. Ньютон никогда не объявлял себя сторонником той или иной веры.
Он верил в бога, но, как следует из его трактата «Историческое прослеживание двух знаменитых искажений Священного Писания», отрицал Троицу — хотя учился в колледже святой Троицы. Можно предположить, что взгляды Ньютона были близки к арианству (древнейшее христианское учение, согласно которому Христа сотворил бог, и, соответственно, они не были равны друг другу).
Столь радикальные взгляды не раз создавали ему проблемы. До 19 века в Кембридж могли поступать только верующие мужчины, «женатые на науке» (дававшие обет безбрачия — последнее отчасти объясняет, почему у Ньютона никогда не было жены и потомков). Но для занятия должности профессора требовалось принять сан. Ньютону было сделано исключение — причем разрешение на занятие должности пришлось выхлопотать у самого короля.
Письмо Ньютона князю Меньшикову (1714) с согласием принять его в члены Королевского общества.
Ньютон написал «Хронологию древних царств» и комментарий на Апокалипсис. В конце 17 века он попытался найти в Библии «тайный код» и извлечь с его помощью научную информацию. Ученый рассчитал, что конец света наступит не ранее 2060 года.
Мистицизм Ньютона помог ему открыть законы тяготения. Он легко принял за основу теорию взаимодействия двух тел в вакууме без всяких посредников, хотя тогда это считалось чем-то вроде магического телекинеза.
Ньютон увлекался алхимией. В Лондоне у него была крупная лаборатория, где производились поиски философского камня. Тогда это запрещалось по двум причинам: во-первых, шарлатаны выманивали на «исследования» много денег у своих покровителей, а во-вторых, власти теоретически допускали возможность получения бесплатного золота и боялись девальвации фунта. К тому же вряд ли кому понравилось бы, что хранитель монетного двора ищет способы превращать медь в золото. Именно поэтому Ньютон «алхимичил» тайком.
В 1936 году на аукционе Сотбис были проданы чудом сохранившиеся алхимические заметки Ньютона. Как и все другие алхимики, Исаак пользовался путаным языком. Исследования карт Таро, иероглифов и растений сопровождались странными стихами.
Также ученый пытался воссоздать план Храма Соломона, считая, что в нем зашифрована вся история иудеев. Занимался он и альтернативной хронологией, меняя даты и очередность исторических событий. Согласно его расчетам, мифический остров Огигия был Атлантидой, так как на нем жила нимфа Калипсо — мать Атланта.
Бюст Ньютона из слоновой кости, сделанный с натуры Ле Маршаном.
Вопреки распространенному (не без помощи «Кода да Винчи») мнению, ни одно обстоятельство жизни Ньютона не говорит о том, что он был масоном или Грандмастером Приората Сиона. Однажды члены Королевского общества прямым текстом обвинили его в принадлежности к розенкрейцерам, однако это осталось недоказанным.
После смерти Ньютона в его библиотеке нашли 169 книг по алхимии (вероятно, крупнейшее алхимическое собрание того времени) и несколько книг о розенкрейцерах, исписанных заметками на полях.
В 1725 году Ньютон простудился и был вынужден поселиться в Кенсингтоне — пригороде Лондона. Последние годы своей жизни он редко выходил на улицу. 28 февраля 1727 года Ньютон отправился в Лондон, чтобы, как обычно, заседать на собрании Королевского общества. 4 марта у него случилось обострение мочекаменной болезни. Ученого доставили домой. 84-летний старик мучился еще две недели. 18 марта у него начался бред. 20 марта в час ночи он умер.
Сэра Исаака Ньютона похоронили в Вестминстерском аббатстве. Вольтер, присутствовавший на погребении, отметил, что так хоронили лишь королей. Доходило до того, что некоторые скорбящие предлагали «обнулить» календарь на 1642 году и сделать поместье Ньютона в Вулсторпе святилищем.
Могила Ньютона в Вестминстерском аббатстве.
В отличие от Эйнштейна, Ньютон не перевернул представление людей о мире, но лишь обобщил его, используя свой острый ум и способность работать над проблемой по 20 часов в сутки. Однако в ту эпоху не было других ученых, способных переработать результаты многолетней научной переписки с коллегами и, руководствуясь гениальной интуицией, привести их к общему знаменателю.
Если бы не Ньютон, научно-техническая революция 19 века и космические полеты 20-го случились бы гораздо позже. Сам же он считал себя мальчиком, стоящим у бескрайнего океана истины и подбиравшим на берегу цветные камушки с ракушками.
> > Исаак Ньютон
Биография Исаака Ньютона (1642-1727 гг.)
Краткая биография:
Образование : Кембриджский университет
Место рождения : Вулсторп, Линкольншир, Королевство Англия
Место смерти : Кенсингтон, Мидлсекс, Англия, Королевство Великобритания
– английский астроном, физик, математик: биография с фото, идеи и классическая физика Ньютона, закон всемирного тяготения, три закона движения.
Сэр был английским физиком и математиком из бедной фермерской семьи. Его краткая биография началась 25 декабря в 1642 году в Вулсторпе вблизи Грэнтэма в Линкольншире. Ньютон был бедным фермером и в конечном итоге его отослали в Тринити-колледж в Кембриджский университет для обучения в качестве проповедника. Обучаясь в Кембридже, Ньютон преследовал свои личные интересы и изучал философию и математику. Он получил степень бакалавра в 1665 году и позже был вынужден покинуть Кембридж, поскольку его закрыли из-за чумы. Он вернулся в 1667 году и был принят в братство. Исаак Ньютон получил степень магистра в 1668 году.
Ньютон считается одним из величайших ученых в истории. По ходу своей краткой биографии он сделал весомые вложения во многие отрасли современных наук. К сожалению, известная история Ньютона и яблока во многом основана на вымысле, нежели на реальных событиях. Его открытия и теории заложили фундамент для дальнейшего прогресса в науке с тех времен. Ньютон был одним из создателей математического раздела, который именовали как исчисление. Он также раскрыл загадку света и оптики, сформулировал три закона движения и с их помощью создал закон всемирного тяготения. Законы движения Ньютона являются одними из самых основополагающих природных законов в классической механике. В 1686 году Ньютон описал собственные открытия в его книге Principia Mathematica. Три закона движения Ньютона, в объединении, лежат в основе всех взаимодействий силы, материи и движения, помимо тех, которые включают релятивность и квантовые эффекты.
Первый закон движения Ньютона – это Закон Инерции. Если сказать кратко, он заключается в том, что объект в состоянии покоя имеет тенденцию оставаться в таком состоянии, пока на него не влияет внешняя сила.
Второй закон движения Ньютона гласит о том, что существует связь между несбалансированными силами, воздействующими на определенный объект. В результате, объект ускоряется. (Иными словами, сила равняется массе, умноженной на ускорение либо F = ma).
Третий закон движения Ньютона, также именуемый как принцип действия и реакции, описывает то, что абсолютно для каждого действия существует равноценная ему ответная реакция. После тяжелого нервного срыва в 1693 году, Ньютон отошел от собственных изучений для поиска поста губернатора в Лондоне. В 1696 году он стал ректором Королевского монетного двора. В 1708 году Ньютон был избран Королевой Анной. Он является первым ученым, настолько почтенным за свою работу. С этого момента он был известен как сэр Исаак Ньютон. Ученый посвятил большую часть своего времени теологии. Он написал большое количество пророчеств и предсказаний насчет предметов, которые были ему интересны. В 1703 году он был выбран на пост президента Королевского сообщества и был переизбран каждый год вплоть до своей смерти 20 марта 1727 года.
Исаак Ньютон оставил значительный след в физике, математике, философии. Он не стремился к славе, но был членом парламента и главой Лондонского королевского общества. Сын простого фермера, он удостоился рыцарского титула.
Жизнь великого ученого сэра Исаака Ньютона (1643-1727 гг) была полностью посвящена науке. На основе созданного им математического метода он объединил разрозненные дисциплины - механику, астрономию, оптику и др. - в единую фундаментальную научную теорию, которую в те времена было принято называть натуральной философией, т. е. философией природы. При этом деятельность Ньютона не ограничивалась теоретическими рассуждениями, а была наполнена практическими исследованиями и разработками, в которых широко применялись плоды его многочисленных открытий в математике.
Но начнем с самого начала. На Рождество 1643 года в деревне Вулстроп графства Линкольншир в обеспеченной фермерской семье появился на свет мальчик. Он был "посмертным" ребенком, отец скончался еще до его рождения. Новорожденный казался настолько хилым и болезненным, что его долго боялись крестить. Тогда никто не мог бы сказать, что этому младенцу предстоит прожить целых 84 года.
Когда Исааку исполнилось три года, его мать вышла замуж второй раз. В новом браке она родила троих детей и полностью сосредоточилась на новой семье, в которую маленький Исаак не вписался. Кроме дяди (брата матери), ребенком почти никто не интересовался. Исаак замкнулся. Книги и конструирование всяких вещиц, вроде солнечных и водяных часов, привлекали его больше, чем игры со сверстниками и хулиганские проделки. Одиночество, чувство обособленности от прочих людей и неумение общаться осталось с ним на всю жизнь. Он так никогда и не женился.
Спустя семь лет мать овдовела. Наследство от мужа она передала старшему сыну, но это не сблизило их. Через два года Исаак уехал учиться в школу, где учителя заметили его редкую одаренность. Однако мать захотела, чтобы сын вернулся домой и частично взял на себя управление хозяйством. Но фермерские занятия были чужды Исааку, он по-прежнему проводил время за чтением и созданием разнообразных механизмов. Благодаря вмешательству дяди и уговорам школьных учителей, мать всё же позволила ему продолжить учебу.
В 1661 году Исаак Ньютон стал студентом Тринити-колледжа Кембриджского университета и с головой погрузился в науку. Его занимали не только и не столько труды классиков, таких, как Аристотель, сколько открытия последнего столетия, он познакомился с работами Галилея, Коперника, Кеплера. На своем первом экзамене по математике Ньютон поразил профессоров тем, что совсем не знал трактатов отца-основателя этой науки Евклида, зато читал сочинения недавно умершего Декарта.
В 1664 году Ньютон получил степень бакалавра. Но разразившаяся в Англии эпидемия чумы вынудила власти временно закрыть Кембриджский университет. Почти два года Ньютон провел в Вулстропе, где, по его собственным словам, "находился в наилучшем для открытий возрасте и думал о математике и философии больше, чем когда либо позже". Результатом этих лет стали открытие бесконечных рядов и формула сведения любой степени к этим рядам (бином Ньютона), дифференциальное и интегральное исчисления. Судя по записям Ньютона, тогда же был открыт закон всемирного тяготения (примерно 1666 г.), причем сомнительно, что яблоко сыграло тут важную роль. Но позже, благодаря биографам и остроумцу Вольтеру, легенда об упавшем яблоке, подтолкнувшем ученого к гениальному открытию, прочно укоренилась в головах.
Когда чума отступила, Ньютон вернулась в родной Тринити-колледж и даже стал там преподавать, правда, преподаватель из него вышел неудачный, студенты прогуливали его лекции.
Продолжая заниматься наукой, Ньютон открыл явление дисперсии - различной преломляемости света, что дало возможность построить телескоп со значительно большим увеличением, чем предыдущие модели. За это открытие в 1672 году ученого приняли в состав Лондонского королевского общества - ведущего научного объединения Англии. Но многие члены Общества не понимали работ Ньютона, начались споры и конфликты, которые утомляли ученого, поэтому на долгое время он приостановил общение с большинством коллег.
Зато в середине 70х годов произошло заочное знакомство с человеком, который отлично понимал то, о чем писал в своих сочинениях Ньютон. Этим человеком был Готфрид Вильгельм Лейбниц, уже в то время достаточно известный философ и исследователь, который тоже несколько лет занимался проблемой бесконечных рядов. Ньютон и Лейбниц обменялись несколькими посланиями, но тема уже не слишком интересовала Ньютона, поэтому переписка быстро сошла на нет. В результате вариант математического анализа Лейбница стал известен широкой публике намного раньше, чем появились первые изданные работы Ньютона, посвященные этому вопросу. История наглядно показывает отношение Ньютона к славе и признанию: они ему были не нужны, более того, он их избегал.
Тем не менее, под влиянием друзей, ученый согласился издать труд об "общей теории движения". И в 1687 году в Лондоне опубликовали написанное на латыни самое значительное сочинение Ньютона "Математические начала натуральной философии", в котором, основываясь на математических методах исследования, автор стремился обосновать общие законы мироздания. В книге былb не только выведены знаменитые закон всемирного тяготения и три закона классической механики, но и дано объяснение притяжения массивных сфер, проблем движения Луны, приливов и отливов. А во вводной части Ньютон практически полностью описал теорию пределов. Именно математический подход к описанию законов природы коренным образом отличал Ньютона от предшественников. В трактате содержались не умозрительные рассуждения, а расчеты, чертежы, таблицы и основанные на строгих доказательствах выводы. При этом, чтобы не шокировать коллег-ученых, Ньютон отказался от уже разработанных им приемов математического анализа и построил доказательную базу на старых общепризнанных методах.
При жизни Ньютона "Начала" были трижды переизданы, и каждый раз он дописывал и уточнял свое сочинение.
Трактат стал вершиной научной карьеры Ньютона. В дальнейшем, не оставляя своих исследований, сэр Исаак занимался более разнообразной деятельностью. Он поссорился с королем Яковом II, который потребовал присвоить научное звание монаху-католику. После изгнания Якова II Ньютона избрали представлять в парламенте Кембриджский университет.
Потом последовали два года тяжелой болезни, вызванной то ли отравлением в процессе опытов по химии, то ли переутомлением, то ли потрясением после Великого Лондонского пожара, когда в огне погибла часть архива.
К концу 1693 года Ньютон оправился, и в 1695 году смог принять предложенную ему должность смотрителя лондонского Монетного двора. Через четыре года он стал его директором. За это время, благодаря стараниям Ньютона, число фальшивых денег в стране заметно уменьшилось. Работая на Монетном дворе, Ньютон познакомился с царем Петром I, который посещал тогда Лондон. Впоследствии ученый отправил в Россию несколько экземпляров нового издания "Начал".
В 1703 Исаака Ньютона избрали главой Лондонского королевского общества. На этом посту он пребывал до самой смерти. Слава все-таки настигла его. В 1705 году он стал первым в истории человеком, удостоившимся рыцарского звания за научные заслуги.
Вскоре были напечатаны лекции Ньютона по алгебре, положившие начало вычислительной математике.
Вторая половина 1700-х годов ознаменовалась некрасивым спором с Лейбницем по поводу авторства теории математического анализа. Как говорилось выше, Ньютон, в отличие от Лейбница, не торопился публиковать результаты своих открытий, поэтому когда появилась первая статья о предлагаемом Ньютоном варианте анализа, англичанина обвинили в плагиате. Возмущенный Ньютон настоял на созыве международной комиссии для решения вопроса. Комиссия подтвердила его правоту и обвинила в воровстве Лейбница. Разразилась настоящая война между сторонниками обоих ученых, которая оборвалась со смертью Лейбница.
Ньютон пережил соперника на одиннадцать лет. В конце жизни он работал над историческим трактатом "Хронология древних царств" и занимался подготовкой очередного издания своего главного сочинения. Умер сэр Исаак во сне 20 марта 1727 года. Его похоронили в Вестминстерском аббатстве в Лондоне.
Великий английский физик, математик и астроном. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), в котором он описал закон всемирного тяготения и так называемые Законы Ньютона, заложившие основы классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цветности и многие другие математические и физические теории.
Исаак Ньютон, сын мелкого, но зажиточного фермера, родился в деревне Вулсторп (графство Линкольншир), в год смерти Галилея и в канун гражданской войны. Отец Ньютона не дожил до рождения сына. Мальчик родился болезненным, до срока, но всё же выжил и прожил 84 года. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы.
Покровителем мальчика стал его дядя по матери, Вильям Эйскоу. По окончании школы (1661) Ньютон поступает в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. Уже тогда сложился его могучий характер - научная дотошность, стремление дойти до сути, нетерпимость к обману и угнетению, равнодушие к публичной славе. В детстве Ньютон, по отзывам современников, был замкнут и обособлен, любил читать и мастерить технические игрушки: часы, мельницу и т. п.
Судя по всему, научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени были физики: Галилей, Декарт и Кеплер. Ньютон завершил их труды, объединив в универсальную систему мира. Меньшее, но существенное влияние оказали другие математики и физики: Евклид, Ферма, Гюйгенс, Меркатор, Валлис. Конечно, нельзя недооценивать и огромное влияние его непосредственного учителя Барроу.
Похоже на то, что значительную часть своих математических открытий Ньютон сделал ещё студентом, в «чумные годы» 1664-1666. В 23 года он уже свободно владел методами дифференциального и интегрального исчислений, включая разложение функций в ряды и то, что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница. Тогда же, по его утверждению, он открыл закон всемирного тяготения, точнее, убедился, что этот закон следует из третьего закона Кеплера. Кроме того, Ньютон в эти годы доказал, что белый цвет есть смесь цветов, вывел формулу «бинома Ньютона» для произвольного рационального показателя (включая отрицательные), и др.
1667: эпидемия чумы отступает, и Ньютон возвращается в Кембридж. Избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году становится магистром.
В 1669 году Ньютон избирается профессором математики, преемником Барроу. Барроу пересылает в Лондон сочинение Ньютона «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов», содержавшее сжатое изложение некоторых наиболее важных его открытий в анализе. Оно получило некоторую известность в Англии и за ее пределами. Ньютон готовит полный вариант этой работы, но найти издателя так и не удаётся. Он был опубликован лишь в 1711 году.
Продолжаются эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон исследует сферическую и хроматическую аберрации. Чтобы свести их к минимуму, он строит смешанный телескоп-рефлектор (линза и вогнутое сферическое зеркало, которое полирует сам). Всерьёз увлекается алхимией, проводит массу химических опытов.
1672: демонстрация рефлектора в Лондоне - всеобщие восторженные отзывы. Ньютон становится знаменит и избирается членом Королевского общества (британской Академии наук). Позже усовершенствованные рефлекторы такой конструкции стали основными инструментами астрономов, с их помощью были открыты иные галактики, красное смещение и др.
Разгорается полемика по поводу природы света с Гуком, Гюйгенсом и другими. Ньютон даёт зарок на будущее: не ввязываться в научные споры.
1680: Ньютон получает письмо Гука с формулировкой закона всемирного тяготения, послужившее, по признанию первого, поводом его работ по определению планетных движений (правда, потом отложенных на некоторое время), составивших предмет «Начал». Впоследствии Ньютон по каким-то причинам, быть может, подозревая Гука в незаконном заимствовании каких-то более ранних результатов самого Ньютона, не желает признавать здесь никаких заслуг Гука, но потом соглашается это сделать, хотя и довольно неохотно и не полностью.
1684-1686: работа над «Математическими началами натуральной философии» (весь трёхтомник издан в 1687 году). Приходит всемирная слава и ожесточённая критика картезианцев: закон всемирного тяготения вводит дальнодействие, несовместимое с принципами Декарта.
1696: Королевским указом Ньютон назначен смотрителем Монетного двора (с 1699 года - директор). Он энергично проводит денежную реформу, восстанавливая доверие к основательно запущенной его предшественниками монетной системе Великобритании.
1699: начало открытого приоритетного спора с Лейбницем, в который были вовлечены даже царствующие особы. Эта нелепая распря двух гениев дорого обошлась науке - английская математическая школа вскоре увяла на целый век, а европейская - проигнорировала многие выдающиеся идеи Ньютона, переоткрыв их много позднее. На континенте Ньютона обвиняли в краже результатов Гука, Лейбница и астронома Флемстида, а также в ереси. Конфликт не погасила даже смерть Лейбница (1716).
1703: Ньютон избран президентом Королевского общества, которым управлял двадцать лет.
1705: королева Анна возводит Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон . Впервые в английской истории звание рыцаря присвоено за научные заслуги.
Последние годы жизни Ньютон посвятил написанию «Хронологии древних царств», которой занимался около 40 лет, и подготовкой третьего издания «Начал».
В 1725 году здоровье Ньютона начало заметно ухудшаться (каменная болезнь), и он переселился в Кенсингтон неподалёку от Лондона, где и скончался ночью, во сне, 20 (31) марта 1727 года.
Надпись на его могиле гласит:
Здесь покоится сэр Исаак Ньютон , дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов.
Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего ранее никто не подозревал. Прилежный, мудрый и верный истолкователь природы, древности и Св. писания, он утверждал своей философией величие Всемогущего Бога, а нравом выражал евангельскую простоту.
Пусть смертные радуются, что существовало такое украшение рода человеческого.
В честь Ньютона названы:
кратеры на Луне и на Марсе;
единица силы в системе СИ.
На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция:
Qui genus humanum ingenio superavit (Разумом он превосходил род человеческий)
Научная деятельность
С работами Ньютона связана новая эпоха в физике и математике. В математике появляются мощные аналитические методы, происходит вспышка в развитии анализа и математической физики. В физике основным методом исследования природы становится построение адекватных математических моделей природных процессов и интенсивное исследование этих моделей с систематическим привлечением всей мощи нового математического аппарата. Последующие века доказали исключительную плодотворность такого подхода.
По словам А. Эйнштейна, «Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности» и «… оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом».
Математический анализ
Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление одновременно с Г. Лейбницем (немного раньше) и независимо от него.
До Ньютона действия с бесконечно малыми не были увязаны в единую теорию и носили характер разрозненных остроумных приёмов (см. Метод неделимых), по крайней мере, отсутствовала опубликованная систематическая формулировка и не была достаточно выявлена мощь аналитических приемов к решению таких сложных задач, как задачи небесной механики в их полноте. Создание математического анализа сводит решение соответствующих задач, в значительной степени, до технического уровня. Появился комплекс понятий, операций и символов, ставший отправной базой дальнейшего развития математики. Следующий, XVIII век, стал веком бурного и чрезвычайно успешного развития аналитических методов.
Повидимому, Ньютон пришёл к идее анализа через разностные методы, которыми много и глубоко занимался. Правда, в своих «Началах» Ньютон почти не использовал бесконечно малых, придерживаясь античных (геометрических) приёмов доказательства, но в других трудах применял их свободно.
Отправной точкой для дифференциального и интегрального исчисления были работы Кавальери и особенно Ферма, который уже умел (для алгебраических кривых) проводить касательные, находить экстремумы, точки перегиба и кривизну кривой, вычислять площадь её сегмента. Из других предшественников сам Ньютон называл Валлиса, Барроу и шотландского астронома Джеймса Грегори. Понятия функции ещё не было, все кривые он трактовал кинематически как траектории движущейся точки.
Уже будучи студентом Ньютон понял, что дифференцирование и интегрирование - взаимно обратные операции (по-видимому, первая опубликованная работа, содержащая этот результат в форме детально разобранной двойственности задачи о площадях и задачи о касательных, принадлежит учителю Ньютона Барроу).
Ньютон почти 30 лет не заботился о публикации своего варианта анализа, хотя в письмах (в частности, к Лейбницу) охотно делится многим из достигнутого. Тем временем вариант Лейбница широко и открыто распространяется по Европе с 1676 года. Лишь в 1693 году появляется первое изложение варианта Ньютона - в виде приложения к «Трактату по алгебре» Валлиса. Приходится признать, что терминология и символика Ньютона по сравнению с лейбницевской довольно неуклюжи: флюксия (производная), флюэнта (первообразная), момент величины (дифференциал) и т. п. Сохранились в математике только ньютоновское обозначение «o» для бесконечно малой dt (впрочем, эту букву в том же смысле использовал ранее Грегори), да ещё точка над буквой как символ производной по времени.
Достаточно полное изложение принципов анализа Ньютон опубликовал только в работе «О квадратуре кривых» (1704), приложении к его монографии «Оптика». Почти весь изложенный материал был готов ещё в 1670-1680-е годы, но лишь теперь Грегори и Галлей уговорили Ньютона издать работу, которая, с опозданием на 40 лет, стала первым печатным трудом Ньютона по анализу. Здесь у Ньютона появляются производные высших порядков, найдены значения интегралов разнообразных рациональных и иррациональных функций, приведены примеры решения дифференциальных уравнений 1-го порядка.
1711: наконец напечатан, спустя 40 лет, «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». Ньютон с одинаковой лёгкостью исследует как алгебраические, так и «механические» кривые (циклоиду, квадратрису). Появляются частные производные, но почему-то нет правила дифференцирования дроби и сложной функции, хотя Ньютону они были известны; впрочем, Лейбниц на тот момент их уже опубликовал.
В этом же году выходит «Метод разностей», где Ньютон предложил интерполяционную формулу для проведении через (n + 1) данные точки с равноотстоящими или неравноотстоящими абсциссами параболической кривой n-го порядка. Это разностный аналог формулы Тейлора.
1736: посмертно издаётся итоговый труд «Метод флюксий и бесконечных рядов», существенно продвинутый по сравнению с «Анализом с помощью уравнений». Приводятся многочисленные примеры отыскания экстремумов, касательных и нормалей, вычисления радиусов и центров кривизны в декартовых и полярных координатах, отыскания точек перегиба и т. п. В этом же сочинении произведены квадратуры и спрямления разнообразных кривых.
Надо отметить, что Ньютон не только достаточно полно разработал анализ, но и сделал попытку строго обосновать его принципы. Если Лейбниц склонялся к идее актуальных бесконечно малых, то Ньютон предложил (в «Началах») общую теорию предельных переходов, которую несколько витиевато назвал «метод первых и последних отношений». Используется именно современный термин «предел» (limes), хотя внятное описание сущности этого термина отсутствует, подразумевая интуитивное понимание.
Теория пределов изложена в 11 леммах книги I «Начал»; одна лемма есть также в книге II. Арифметика пределов отсутствует, нет доказательства единственности предела, не выявлена его связь с бесконечно малыми. Однако Ньютон справедливо указывает на бо́льшую строгость такого подхода по сравнению с «грубым» методом неделимых.
Тем не менее в книге II, введя моменты (дифференциалы), Ньютон вновь запутывает дело, фактически рассматривая их как актуальные бесконечно малые.
Другие математические достижения
Первые математические открытия Ньютон сделал ещё в студенческие годы: классификация алгебраических кривых 3-го порядка (кривые 2-го порядка исследовал Ферма) и биномиальное разложение произвольной (не обязательно целой) степени, с которого начинается ньютоновская теория бесконечных рядов - нового и мощнейшего инструмента анализа. Разложение в ряд Ньютон считал основным и общим методом анализа функций, и в этом деле достиг вершин мастерства. Он использовал ряды для вычисления таблиц, решения уравнений (в том числе дифференциальных), исследования поведения функций. Ньютон сумел получить разложение для всех стандартных на тот момент функций.
В 1707 году выходит книга «Универсальная арифметика». В ней приведены разнообразные численные методы.
Ньютон всегда уделял большое внимание приближённому решению уравнений. Знаменитый метод Ньютона позволял находить корни уравнений с немыслимой ранее скоростью и точностью (опубликован в «Алгебре» Валлиса, 1685). Современный вид итерационному методу Ньютона придал Джозеф Рафсон (1690).
Примечательно, что теорией чисел Ньютон совершенно не интересовался. По всей видимости, физика ему была гораздо ближе математики.
Теория тяготения
Сама идея всеобщей силы тяготения неоднократно высказывалась и до Ньютона. Ранее о ней размышляли Эпикур, Кеплер, Декарт, Гюйгенс, Гук и другие. Кеплер полагал, что тяготение обратно пропорционально расстоянию до Солнца и распространяется только в плоскости эклиптики; Декарт считал его результатом вихрей в эфире. Были, впрочем, догадки с правильной формулой (Буллиальд, Рен, Гук), и даже достаточно серьезно обоснованные (с помощью соотнесения формулы центробежной силы Гюйгенса и третьего закона Кеплера для круговых орбит). Но до Ньютона никто не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет (законы Кеплера).
Важно отметить, что Ньютон опубликовал не просто предполагаемую формулу закона всемирного тяготения, но фактически предложил целостную математическую модель в контексте хорошо разработанного, полного, явно сформулированного и систематически изложенного подхода к механике:
закон тяготения;
закон движения (2-й закон Ньютона);
система методов для математического исследования (математический анализ).
В совокупности эта триада достаточна для полного исследования самых сложных движений небесных тел, тем самым создавая основы небесной механики. До Эйнштейна никаких принципиальных поправок к указанной модели не понадобилось, хотя математический аппарат был очень значительно развит.
Ньютоновская теория тяготения вызвала многолетние дебаты и критику концепции дальнодействия.
Первым аргументом в пользу ньютоновской модели послужил строгий вывод на её основе эмпирических законов Кеплера. Следующим шагом стала теория движения комет и Луны, изложенная в «Началах». Позже с помощью ньютоновского тяготения были с высокой точностью объяснены все наблюдаемые движения небесных тел; в этом большая заслуга Клеро и Лапласа.
Первые наблюдаемые поправки к теории Ньютона в астрономии (объяснённые ОТО) были обнаружены лишь более чем через 200 лет (смещение перигелия Меркурия). Впрочем, и они очень малы в пределах Солнечной системы.
Ньютон также открыл причину приливов: притяжение Луны (даже Галилей считал приливы центробежным эффектом). Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны.
Ещё одним следствием тяготения оказалась прецессия земной оси. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет. Тем самым древняя проблема «предварения равноденствий» (впервые отмеченная Гиппархом) нашла научное объяснение.
Оптика и теория света
Ньютону принадлежат фундаментальные открытия в оптике. Он построил первый зеркальный телескоп (рефлектор), в котором, в отличие от чисто линзовых телескопов, отсутствовала хроматическая аберрация. Он также открыл дисперсию света, показал, что белый свет раскладывается на цвета радуги вследствие различного преломления лучей разных цветов при прохождении через призму, и заложил основы правильной теории цветов.
В этот период было множество спекулятивных теорий света и цветности; в основном боролись точка зрения Аристотеля («разные цвета есть смешение света и тьмы в разных пропорциях») и Декарта («разные цвета создаются при вращении световых частиц с разной скоростью»). Гук в своей «Микрографии» (1665) предлагал вариант аристотелевских взглядов. Многие полагали, что цвет есть атрибут не света, а освещённого предмета. Всеобщий разлад усугубил каскад открытий XVII века: дифракция (1665, Гримальди), интерференция (1665, Гук), двойное лучепреломление (1670, Эразм Бартолин, изучено Гюйгенсом), оценка скорости света (1675, Рёмер), значительное усовершенствование телескопов. Теории света, совместимой со всеми этими фактами, не существовало.
В своём выступлении перед Королевским обществом Ньютон опроверг как Аристотеля, так и Декарта, и убедительно доказал, что белый свет не первичен, а состоит из цветных компонентов с разными углами преломления. Эти-то составляющие и первичны - никакими ухищрениями Ньютон не смог изменить их цвет. Тем самым субъективное ощущение цвета получало прочную объективную базу - показатель преломления.
Ньютон создал математическую теорию открытых Гуком интерференционных колец, которые с тех пор получили название «Кольца Ньютона».
В 1689 г. Ньютон прекратил исследования в области оптики - по распространённой легенде, поклялся ничего не печатать в этой области при жизни Гука, который постоянно донимал Ньютона болезненно воспринимаемой последним критикой. Во всяком случае, в 1704 году, на следующий год после смерти Гука, выходит в свет монография «Оптика». При жизни автора «Оптика», как и «Начала», выдержала три издания и множество переводов.
Книга первая монографии содержала принципы геометрической оптики, учение о дисперсии света и составе белого цвета с различными приложениями.
Книга вторая: интерференция света в тонких пластинках.
Книга третья: дифракция и поляризация света. Поляризацию при двойном лучепреломлении Ньютон объяснил ближе к истине, чем Гюйгенс (сторонник волновой природы света), хотя объяснение самого явления неудачное, в духе эмиссионной теории света.
Ньютона часто считают сторонником корпускулярной теории света; на самом деле он, по своему обыкновению, «гипотез не измышлял» и охотно допускал, что свет может быть связан и с волнами в эфире. В своей монографии Ньютон детально описывал математическую модель световых явлений, оставляя в стороне вопрос о физическом носителе света.
Другие работы в физике
Ньютону принадлежит первый вывод скорости звука в газе, основанный на законе Бойля-Мариотта.
Он предсказал сплюснутость Земли у полюсов, примерно 1:230. При этом Ньютон использовал для описания Земли модель однородной жидкости, применил закон всемирного тяготения и учёл центробежную силу. Одновременно аналогичные расчёты на сходных основаниях выполнил Гюйгенс,рассматривал тяготение таким, как будто его источник находится в центре планеты, так как, видимо, не верил в универсальный характер силы тяготения, то есть в конечном итоге не учел тяготения деформированного поверхностного слоя планеты. Соответственно Гюйгенс предсказал более чем вдвое меньшее сжатие, чем Ньютон, 1:576. Более того, Кассини и другие картезианцы доказывали, что Земля не сжата, а выпукла у полюсов наподобие лимона. Впоследствии, хотя и не сразу (первые измерения были неточны), прямые измерения (Клеро, 1743) подтвердили правоту Ньютона; реальное сжатие равно 1:298. Причина отличия этого значения от предложенного Ньютоном в сторону Гюйгенсовского состоит в том, что модель однородной жидкости всё же не вполне точна (плотность заметно возрастает с глубиной). Более точная теория, явно учитывающая зависимость плотности от глубины, была разработана только в XIX веке.
Прочие работы
Параллельно с изысканиями, закладывавшими фундамент нынешней научной (физической и математической) традиции, Ньютон много времени отдавал алхимии, а также богословию. Никаких трудов по алхимии он не издавал, и единственным известным результатом этого многолетнего увлечения стало серьёзное отравление Ньютона в 1691 году.
Парадоксально, что Ньютон, много лет трудившийся в Колледже святой Троицы, сам, видимо, в Троицу не верил. Исследователи его богословских работ, такие как Л. Мор, считают, что религиозные взгляды Ньютона были близки к арианству.
Ньютон предложил свой вариант библейской хронологии, оставив после себя значительное количество рукописей по данным вопросам. Кроме того, он написал комментарий на Апокалипсис. Теологические рукописи Ньютона ныне хранятся в Иерусалиме, в Национальной Библиотеке.
Тайные работы Исаака Ньютона
Как известно, незадолго до конца жизни Исаак опроверг все выдвинутые собой теории и сжёг документы, в которых содержалась тайна их опровержения: одни не сомневались, что всё было именно так, другие же полагают, что подобные действия были бы просто абсурдны и утверждают, что архив с документами цел, но только принадлежит избранным...