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.
Удивительные совпадения
Гравитационная постоянная 6,67∙10 -11 Н∙м 2 /кг 2 и ее порядок цифр совпадает с тем, временем, когда на Ньютона якобы упало яблоко примерно 1666 - 1667 года.
Цитаты
- "Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов."
- "Как же эти неувязки увязались."
- "Гений есть терпение мысли, сосредоточенной в известном направлении."
- "Гипотез не измышляю."
- "Будьте мужественны и преданы законам, и тогда дыне сможете потерпеть поражения."
- "Я смотрю на себя, как на ребенка, который, играя на морском берегу, нашел несколько камешков поглаже и раковин попестрее, чем удавалось другим, в то время как неизмеримый океан истины расстилался перед моим взором неисследованным." Исаак Ньютон
НЬЮТОН, ИСААК (Newton, Isaac) (1643–1727) – английский математик, физик, алхимик и историк, заложивший основы математического анализа, рациональной механики и всего математического естествознания, а также внесший фундаментальный вклад в развитие физической оптики.
Исаак (по-английски его имя произносится как Айзек) родился в местечке Вулсторп в Линкольншире на Рождество 25 декабря 1642 (4 января 1643 по новому стилю) уже после смерти отца. Детство Ньютона прошло в условиях материального достатка, но было лишено семейной теплоты. Мать вскоре вышла вторично замуж – за немолодого уже священника из соседнего местечка – и переехала к нему, оставив сына с бабушкой в Вулсторпе. В течение следующих лет отчим практически не общался с пасынком. Примечательно, что спустя почти десять лет после смерти отчима девятнадцатилетний Ньютон включил в подготовленный им к исповеди ко дню св. Троицы длинный перечень своих грехов и детские угрозы отчиму и матери сжечь их дом. Душевным надломом в детстве некоторые современные исследователи объясняют болезненную нелюдимость и желчность Ньютона, проявившиеся впоследствии в отношениях с окружающими.
Ньютон получил начальное образование в окрестных деревенских школах, а затем в Грамматической школе, где изучал преимущественно латынь и Библию. Вследствие обнаружившихся способностей сына мать отказалась от намерения сделать сына фермером. В 1661 Ньютон поступил в колледж св. Троицы (Тринити-колледж) Кембриджского университета и через три года получил – благодаря таинственно сопутствовавшему ему на протяжении всей жизни благоволению судьбы – одну из 62 стипендий, дававших право на последующее принятие в члены (Fellows) колледжа.
Ранний период поразительной творческой активности Ньютона приходится на пору его студенчества в страшные чумные 1665 и 1666, занятия в Кембридже частично приостанавливались. Значительную часть этого времени Ньютон провел в деревне. К этим годам относится зарождение у Ньютона, не имевшего до поступления в университет практически никакой математической подготовки, фундаментальных идей, легших в основу большинства его последующих великих открытий, – от элементов теории рядов (включая бином Ньютона) и математического анализа до новых подходов в физической оптике и динамике, включая вычисление центробежной силы и возникновение, по крайней мере, догадки о законе всемирного тяготения.
В 1667 Ньютон стал бакалавром и младшим членом колледжа, а на следующий год – магистром и старшим членом Тринити-колледжа. Наконец, осенью 1669 он получил одну из восьми привилегированных королевских кафедр Кембриджа – Лукасовскую кафедру математики, унаследованную им от оставившего ее Исаака (Айзека) Барроу .
Согласно уставу колледжа его члены должны были принимать священство. Это ожидало и Ньютона. Но к этому времени он впал в страшнейшую для правоверного христианина ересь : член колледжа Святой и Нераздельной Троицы усомнился в фундаментальном догмате учения о троичности Бога. Перед Ньютоном возникла мрачная перспектива покинуть Кембридж. Даже король не мог освободить члена Тринити-колледжа от посвящения в сан. Но в его власти было допустить исключение для профессора, занимавшего королевскую кафедру, и такое исключение для Лукасовской кафедры (формально не для Ньютона) было узаконено в 1675. Так последнее препятствие на служебном поприще Ньютона в университете было чудесным образом устранено. Он приобрел твердое положение, не будучи обременен почти никакими обязанностями. Излишне сложные лекции Ньютона не пользовались у студентов успехом, и в последующие годы профессор не обнаруживал порой слушателей в аудитории.
К концу 1660-х – началу 1670-х относится изготовление Ньютоном телескопа-рефлектора, за что он был удостоен избрания в Лондонское королевское общество (1672). В том же году он представил Обществу свои исследования по новой теории света и цветов, вызвавшие острую полемику с Робертом Гуком (развившийся с возрастом патологический страх Ньютона перед публичными дискуссиями привел, в частности, к тому, что он опубликовал подготовленную в те годы Оптику лишь через 30 лет, дождавшись смерти Гука). Ньютону принадлежат обоснованные тончайшими экспериментами представления о монохроматических световых лучах и периодичности их свойств, лежащие в основе физической оптики.
В те же годы Ньютон разрабатывал основы математического анализа, о чем стало широко известно из переписки европейских ученых, хотя сам Ньютон не опубликовал тогда по этому поводу ни одной строчки: первая публикация Ньютона об основах анализа была напечатана лишь в 1704, а более полное руководство – посмертно (1736).
Десятью годами позже Ньютона к общим идеям математического анализа пришел также Г.В.Лейбниц , начавший уже с 1684 печатать свои работы в этой области. Надо отметить, что общепринятая впоследствии система обозначений Лейбница была практичнее «метода флюксий» Ньютона, получив широкое распространение в континентальной Западной Европе уже в 1690-х.
Однако, как это окончательно выяснилось только в 20 в., центр тяжести интересов Ньютона лежал в 1670–1680-х годах в алхимии. Он активно интересовался трансмутацией металлов и золотом с самого начала 1670-х.
Внешне однообразная жизнь Ньютона в Кембридже была покрыта налетом таинственности. Едва ли не единственным серьезным нарушением ее ритма были два с половиной года, посвященные в середине 1680-х написанию Математических начал натуральной философии (1687), положивших начало не только рациональной механике, но и всему математическому естествознанию. В этот короткий период Ньютон проявил сверхчеловеческую активность, сосредоточив на создании Начал весь творческий потенциал дарованного ему гения. Начала содержали законы динамики, закон всемирного тяготения с эффективными приложениями к движению небесных тел, истоки учения о движении и сопротивлении жидкостей и газов, включая акустику. Это сочинение остается на протяжении свыше трех веков наиболее замечательным творением человеческого гения.
История создания Начал примечательна. В 1660-х о проблеме всемирного тяготения размышлял и Гук. В 1674 он опубликовал свои прозорливые представления об устройстве Солнечной системы, движение планет в которой складывается из равномерного прямолинейного движения и движения под действием всеобщего взаимного притяжения между телами. Вскоре Гук стал секретарем Королевского общества и поздней осенью 1679, предав забвению прежние распри, пригласил Ньютона высказаться о законах движения тел и, в частности, о представлении, что «небесные движения планет складываются из прямого движения по касательной и движения вследствие притяжения к центральному телу». Через три дня Ньютон подтвердил Гуку получение его письма, но уклонился под надуманными предлогами от обстоятельного ответа. Впрочем, Ньютон допустил опрометчивое высказывание, отметив, что тела отклоняются при падении на Землю к востоку и двигаются по сходящейся к ее центру спирали. Торжествующий Гук почтительно указал Ньютону на то, что тела падают вовсе не по спирали, а по некоей эллипсоидальной кривой. Затем Гук добавил, что тела на вращающейся Земле падают не строго к востоку, а к юго-востоку. Ньютон ответил поразительным для его непримиримого характера письмом: «Я согласен с вами, – писал он, – что тело на нашей широте будет падать больше на юг, чем на восток … А также с тем, что если предположить его тяжесть однородной, то оно не опустится по спирали до самого центра, а будет кружиться с поочередным подъемом и опусканием … Но … тело не будет описывать эллипсоидальную кривую». По мнению Ньютона, тело будет при этом описывать траекторию типа своеобразного трилистника наподобие эллиптической орбиты с вращающейся линией апсид. Гук в своем очередном письме возразил Ньютону, указав, что апсиды орбиты падающего тела не будут смещаться. Ньютон ему не ответил, но Гук, воспользовавшись другим предлогом, добавил в своем последнем письме из этого цикла: «Теперь остается узнать свойства кривой линии,... обусловленной центральной притягательной силой, под действием которой скорости уклонения от касательной или равномерного прямолинейного движения на всех расстояниях обратно пропорциональны квадратам расстояния. И я не сомневаюсь, что при помощи вашего замечательного метода вы легко установите, что это должна быть за кривая и каковы ее свойства …».
Что и в какой последовательности происходило в последующие четыре года, нам точно неизвестно. Дневники Гука за эти годы (равно как и многие другие его рукописи) впоследствии странным образом исчезли, а Ньютон почти не выходил из своей лаборатории. Раздосадованный своей оплошностью, Ньютон, конечно, должен был сразу же взяться за анализ четко сформулированной Гуком задачи и, наверное, вскоре получил свои основные фундаментальные результаты, доказав, в частности, существование центральных сил при соблюдении закона площадей и эллиптичность планетных орбит при нахождении центра притяжения в одном из их фокусов. На этом Ньютон счел, по-видимому, разработку основ развитой им позже в Началах системы мира для себя завершенной и на этом успокоился.
В начале 1684 в Лондоне произошла историческая встреча Роберта Гука с будущим королевским астрономом Эдмундом Халли (которого называют обычно по-русски Галлеем) и королевским архитектором Кристофером Реном, на которой собеседники обсуждали закон притяжения ~ 1/R 2 и поставили задачу вывода эллиптичности орбит из закона притяжения. В августе того же года Халли посетил Ньютона и спросил его о том, чтоон думает по поводу этой задачи. В ответ Ньютон сказал, что уже располагает доказательством эллиптичности орбит, и пообещал разыскать свои выкладки.
Далее события развивались с кинематографической для 17 в. быстротой. В конце 1684 Ньютон выслал в Лондонское королевское общество первый заявочный текст сочинения о законах движения. Под давлением Халли он начал писать большой трактат. Он работал со всей страстью и увлеченностью гения, и в итоге Начала были написаны в поразительно короткий срок – от полутора до двух с половиной лет. Весной 1686 Ньютон представил в Лондон текст первой книги Начал , содержавшей формулировку законов движения, учение о центральных силах в связи с законом площадей и решение разнообразных задач о движении под действием центральных сил, в том числе о движении по прецессирующим орбитам. В своем изложении он даже не упоминает созданный им математический анализ и пользуется только разработанной им теорией пределов и классическими геометрическими методами древних. Никаких упоминаний о Солнечной системе первая книга Начал также не содержит. Королевское общество, с энтузиазмом встретившее сочинение Ньютона, оказалось, однако, неспособным финансировать его публикацию: печатание Начал взял на себя сам Халли. Опасаясь возникновения дискуссий, Ньютон передумал публиковать третью книгу Начал , посвященную математическому описанию Солнечной системы. Все же дипломатия Халли победила. В марте 1687 Ньютон выслал в Лондон текст второй книги, излагавшей учение о гидроаэродинамическом сопротивлении движущихся тел и молчаливо направленной против теории вихрей Декарта, а 4 апреля Халли получил завершающую третью книгу Начал – о системе мира. 5 июля 1687 печатание всего сочинения было завершено. Темп, в котором Халли осуществил издание Начал триста лет тому назад, может быть вполне поставлен в пример современным издательствам. Набор (с рукописи!), чтение корректур и печатание второй и третьей книг Начал , составляющих несколько более половины всего сочинения, заняли ровно четыре месяца.
При подготовке Начал к печати Халли попытался убедить Ньютона в необходимости так или иначе отметить роль Гука в установлении закона всемирного тяготения. Однако Ньютон ограничился лишь весьма двусмысленным упоминанием Гука, попытавшись своим замечанием еще и вбить клин между Гуком, Халли и Реном.
Точка зрения Ньютона на роль математических доказательств в открытиях, вообще, очень своеобразна, – по крайней мере, когда речь идет о его собственном приоритете. Так, Ньютон не только не признавал заслуг Гука в формулировке закона всемирного тяготения и постановке задачи о движении планет, но считал, что и те два предложения, которые мы называем первыми двумя законами Кеплера, принадлежат ему – Ньютону, так как именно он получил эти законы как следствия из математической теории. Кеплеру Ньютон оставлял лишь его третий закон, который только и упоминал в качестве закона Кеплера в Началах .
В наши дни приходится все же признать видную роль Гука как предшественника Ньютона в понимании механики Солнечной системы. С.И.Вавилов сформулировал эту мысль в следующих словах: «Написать Начала в XVII в. никто, кроме Ньютона, не мог, но нельзя оспаривать, что программа, план Начал был впервые набросан Гуком».
Завершив издание Начал , Ньютон, по-видимому, вновь замкнулся в своей (ал)химической лаборатории. Последние годы его пребывания в Кембридже в 1690-х были омрачены особенно глубокой психической депрессией. Кто-то окружил тогда Ньютона заботой, предупредив широкое распространение слухов о его болезни, и в результате мало что известно о действительном положении дел.
Весной 1696 Ньютон получил место хранителя (Warden) Монетного двора и переехал из Кембриджа в Лондон. Здесь Ньютон сразу же интенсивно включился в организационно-административную деятельность, под его руководством была осуществлена в 1696–1698-х громадная работа по перечеканке всей английской монеты. В 1700 он был назначен на высокооплачиваемую должность директора (Master) Монетного двора, которую занимал до своей кончины. Весной 1703 скончался Роберт Гук – непримиримый оппонент и антипод Ньютона. Смерть Гука предоставила Ньютону полную свободу в Лондонском королевском обществе, и на ближайшем же годичном собрании Ньютон был избран его президентом, заняв это кресло на четверть века.
В Лондоне он приблизился ко двору. В 1705 королева Анна возвела его в рыцарское звание. Вскоре сэр Исаак Ньютон стал общепризнанной национальной гордостью Англии. Обсуждение преимуществ его философской системы над декартовой и его приоритета по отношению к Лейбницу в открытии исчисления бесконечно малых стали непременным элементом бесед в образованном обществе.
Сам Ньютон в последние годы жизни много времени посвящал теологии и античной и библейской истории.
Скончался 31 марта 1727 холостяком на 85-ом году жизни в своем загородном доме, тайно отказавшись от причастия и оставив весьма значительное состояние. Через неделю прах его был торжественно помещен на почетное место в Вестминстерском аббатстве.
Сравнительно полное собрание сочинений Ньютона было опубликовано в Лондоне в пяти томах (1779–1785). Однако более глубоко его труды и рукописи стали изучаться лишь с середины 20 в., когда были изданы 7 томов его переписки (Correspondence , 1959–1977) и 8 томов математических рукописей (Mathematical Papers , 1967–1981). На русском языке опубликованы Математические начала натуральной философии Ньютона (первое издание – 1915/1916, последнее – 1989), его Оптика (1927) и Лекции по оптике (1945), избранные Математические работы (1937) и Замечания на книгу «Пророк Даниил и Апокалипсис св. Иоанна » (1916).
Глеб Михайлов
Исаак Ньютон - талантливый английский физик, известный математик, знаменитый астроном и гений в механике, один из легендарных создателей базовой, классической физики, почётный член, а затем и президент Лондонского королевского общества.
Биография
Детство
Отец - Исаак Ньютон, зажиточный фермер, умерший ещё до рождения сына. Мать - Анна Эйскоу, после смерти мужа вторично вышла замуж и забросила воспитание сына. Будущий учёный родился настолько болезненным, что родственники считали, что он не выживет, но Исаак дожил до глубокой старости. У Анны было ещё трое детей, но уже от второго брака. Исааком занимался исключительно её брат, Уильям Эйскоу.
Образование
Обучаясь в школе в Грэнтеме, Ньютон обнаружил незаурядные способности, которые были замечены учителями. Мать забирала его из школы, пытаясь сделать из него фермера, но её попытки оказались тщетными. Под давлением своего брата и учителей Анна разрешила Исааку закончить школу. После этого он успешно поступил в Тринити-колледж при Кембриджском университете.
Жизненный путь
Обучаясь в колледже, Ньютон пытается решить с научной точки зрения те явления в окружающем мире, которые не были объяснены. Он всерьёз увлекается математикой и уже в 21 год выводит бином разложения произвольного рационального показателя и получает бакалавра.
В 1665 году в Англии объявляют чуму. Карантин длился два года, и Ньютон, покинув колледж, целиком предался науке. В эти годы и был открыт знаменитый закон всемирного тяготения, с которым связана легенда об упавшем на голову физику яблоке. Когда чума утихла, Исаак вернулся в Кембридж, где получил степень магистра. Продолжая математические изыскания, он становится профессором математики в колледже. В эти годы он занимается изучением оптики и создаёт телескоп-рефлектор, который получил широкую популярность, так как позволял высчитывать более точное время по небесным телам и помогал морякам в навигации. Именно это изобретение стало для Ньютона пропуском в Королевское общество, почётным членом которого он был избран.
Ньютон переписывается с Лейбницем, спорит с великими умами того времени по поводу природы света. В 1677 году в доме Ньютона вспыхнул пожар, уничтоживший часть научных трудов физика. В 1679 году после болезни умерла мать учёного.
Свои научные изыскания Ньютон смог обобщить в книге «Математические начала натуральной философии», в которой объяснил основные понятия механики, ввёл новые физические величины (масса, количество движения, внешняя сила), сформулировал законы механики, сделал вывод из закона тяготения для законов Кеплера, описал параболические и гиперболические орбиты небесных тел и высказал свои взгляды о гелиоцентрической системе Коперника.
Исаак Ньютон принимал участие и в общественной жизни Англии: в 1689 году он был избран в парламент. Начало 90-х ознаменовались серьёзной болезнью, общим переутомлением и перерывом в научной деятельности.
В 1696 году он становится смотрителем Монетного двора в Лондоне, а с 1699 года и его управляющим. На этой должности Ньютон сделал много полезного для государства: стал инициатором денежной реформы и активно боролся с фальшивомонетчиками.
В 1703 году Ньютон стал президентом Королевского общества, будучи к тому времени уже признанным и авторитетным учёным. Он опубликовывает «Оптику», становится рыцарем, продолжает свои научные изыскания. Незадолго до смерти становится участником денежной аферы и теряет большую часть своего состояния.
Личная жизнь
Ньютон не оставил после себя потомков, так как никогда не был женат: всё своё свободное время он посвящал науке, а его заурядная, серая внешность делала его неприметным для женщин. Биографы упоминают лишь одну симпатию, промелькнувшую в юности Ньютона: учась в Грэнтэме, он был влюблён в мисс Сторей, свою сверстницу, с которой поддерживал тёплые, дружеские отношения до конца своих дней.
Смерть
Последние годы Ньютон провёл в Кенсингтоне, где и скончался во сне 31 марта 1727 года. Похоронен учёный в Вестминстерском аббатстве.
Основные достижения Ньютона
- Ньютон - основатель механики, важного раздела физики.
- Ему принадлежат три закона, названные его же именем.
- Открыл закон всемирного тяготения.
- Разложил солнечный свет на спектр и обратно.
- Стал автором популярной корпускулярной теории света.
- Открыл «кольца Ньютона», изучая интерференцию света.
- В математике Ньютон стал основателем интегрального счисления.
- Автор бинома, который также носит его имя.
- Построил зеркальный телескоп.
- Объяснил с научной точки зрения движение Луны вокруг Земли и планет вокруг Солнца.
Важные даты биографии Ньютона
- 1643 год - рождение
- 1655–1661 года - обучение в школе Грэнтеме
- 1661 год - обучение в Тринити-колледж при Кембриджском университете
- 1664 год - открытие бинома, учёная степень бакалавра
- 1665–1667 года - «чумные годы», открытие закона всемирного тяготения
- 1668 год - учёная степень магистра
- 1669 год - профессор математики в колледже
- 1672 год - член Лондонского королевского общества
- 1677 год - пожар в доме Ньютона
- 1679 год - смерть матери
- 1687 год - «Математические начала натуральной философии»
- 1689 год - избрание в парламент
- 1691–1693 года - болезнь
- 1696 год - смотритель Монетного двора
- 1699 год - управляющий Монетного двора
- 1703 год - президент Лондонского королевского общества
- 1704 год - «Оптика»
- 1705 год - звание рыцаря
- 1727 год - смерть
- Именно Ньютон разложил радугу на семь цветов. Причём изначально он упустил из вида оранжевый и синий, но затем сравнял количество оттенков с количеством основных тонов в музыкальной гамме.
- Великий учёный не боялся экспериментировать на самом себе. Доказывая, что человек видит окружающий мир в результате давления на сетчатку глаза света, Ньютон тонким зондом надавил себе на дно глазного яблока, чуть не лишившись при этом глаза. К счастью, глаз остался невредимым, а разноцветные круги, который увидел при этом физик, доказали выдвинутую им гипотезу.
- Ньютон был уважаем и был почётным членом английской палаты лордов не один год. Заседания он не пропускал, но и никогда не выступал на них. Когда пошёл третий год этого социального служения, Исаак Ньютон неожиданно встал и попросил слова. Все были изумлены - в палате воцарилась мёртвая тишина. А физик уставшим голосом попросил всего лишь закрыть окно.
- По своей рассеянности Ньютон может равняться только с Альбертом Эйнштейном. Однажды он решил сварить себе яйцо, но вместо него опустил в кипяток свои карманные часы. Причём ошибку физик заметил лишь через 2 минуты, когда нужно было вытаскивать «яйцо».
- Ньютону принадлежит одно из пророчеств о втором пришествии Христа: он называл 2060 год.
Не знаю, как меня воспринимает мир, но сам себе я кажусь только мальчиком, играющим на морском берегу, который развлекается тем, что время от времени отыскивает камешек более пёстрый, чем другие, или красивую ракушку, в то время как великий океан истины расстилается передо мной неисследованным.
И. Ньютон
В Лондоне в Вестминстерском аббатстве покоится прах великого математика и физика, астронома и механика Исаака Ньютона. Надпись на могиле ученого гласит: «Здесь покоится сэр , дворянин, который почти божественным разумом первый доказал с факелом математики движение планет, пути комет и приливы океанов.
Исаак Ньютон (Isaac Newton)
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».
По словам А. Энштейна Ньютон «... оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом».
Действительно, роль Исаака Ньютона в развитии математики и физики настолько велика, что восхищение перед его гением только увеличивается.
Величайший английский учёный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член Лондонского королевского общества родился 25 декабря 1642 года в местечке Вульсторп, вблизи городка Грэнтэм, что в 200 километрах к северу от Лондона. Ньютон рассказывал о своем рождение так: «По словам матери, я родился таким маленьким, что меня можно было бы выкупать в большой пивной кружке». Однако мальчик вырос хорошо развитым и здоровым. Впоследствии факт рождение в канун Рождества Христова Ньютон расценивал как знак свыше.
По окончании школы в 1661 Ньютон поступил в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. К этому времени уже сложился целеустремленный и могучий характер Ньютона. Научная дотошность, стремление проникнуть в самую суть предмета, нетерпимость к обману и лжи, равнодушие к славе стали отличительными чертами характера великого ученого.
«Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов» - говорил Ньютон. Главной научной опорой и вдохновителями творчества Ньютона в наибольшей степени были такие великие физики, как Галилей, Декарт и Кеплер. Доведя до конца их труды, Ньютон объединил их в универсальную систему мира. Также влияние на становление гения Ньютона оказали работы Евклида, Ферма, Гюйгенса, Валлиса и его учитель Барроу.
Открытия и достижения Ньютона открыли новую эпоху в физике и математике. С именем Ньютона связывают появление в математике аналитических методов, в физике - построение адекватных математических моделей природных процессов и их всестороннее исследование с помощью нового математического аппарата.
Будучи студентом Кембриджского университета Ньютон сделал свои первые математические открытия. Среди них: классификация алгебраических кривых 3-го порядка (кривые 2-го порядка исследовал Ферма) и биномиальное разложение произвольной степени. Последнее из перечисленных открытий послужило отправной точкой в создании знаменитой теории бесконечных рядов, которая впоследствии станет эффективным и мощным инструментом математического анализа.
Ньютон доказал, что разложение в ряд является общим и главным методом анализа функции. Мастерски используя этот метод, Ньютон с легкостью решал уравнения, в том числе и дифференциальные, исследовал поведение функций, сумел получить разложение для всех стандартных функций.
Независимо от Готфрида Лейбница Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление.
Кроме того, Ньютон глубоко исследовал разностные методы.
Наиболее полное изложение принципов анализа Ньютон было опубликовано в работе «О квадратуре кривых» 1704 года как приложении к монографии «Оптика». Это первый научный труд Ньютона, который стал доступен всем. В нем Ньютон указал производные высших порядков, значения интегралов разнообразных рациональных и иррациональных функций, примеры решения дифференциальных уравнений 1-го порядка.
Следуя уговорам своих коллег, Ньютон публикует в 1707 году книгу «Универсальная арифметика». В ней великий математик приводит разнообразные численные методы. Его знаменитый метод позволял находить корни уравнений по упрощенной форме и с гораздо большей точностью (опубликован в «Алгебре» Валлиса, 1685).
В 1711 году Ньютон, спустя 40 лет после написания, опубликовал науный труд под названием «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов». Здесь Ньютон исследовал алгебраические и «механические» кривые (циклоид, квадратрис) и частные производные.
В сочинении «Метод разностей» Ньютон определил интерполяционную формулу для проведения через (n + 1) точки с равноотстоящими или неравноотстоящими абсциссами многочлена n-го порядка.
В 1736 году уже после смерти великого ученого издается научный труд «Метод флюксий и бесконечных рядов», в котором приводятся многочисленные примеры поиска экстремумов, касательных и нормалей, вычисление радиусов и центров кривизны в декартовых и полярных координатах, отыскание точек перегиба и прочее.
В заслугу Ньютона также следует отнести не только разработку методов анализа, но и обоснование его принципов. Именно Ньютон предложил общую теорию предельных переходов, под названием «метод первых и последних отношений». Эта теории подробно изложена в 11 леммах книги I «Начал».
Больших успехов Ньютон достиг в механике. Наиболее важным достижением Ньютона в аксиоматической механике является решение двух фундаментальных задач:
- Создание для механики аксиоматической основы, благодаря которой наука становится в ряд строгих математических теорий.
- Создание динамики, которая связывает поведение тела с характеристиками внешних воздействий на него (сил).
Особенно ценно открытие Ньютона, связанное с опровержением античных представлений о том, что земные и небесные тела движутся под воздействием разных законов. В разработанной Ньютоном модели мира Вселенная подчинена трем единым законам:
- Всякое тело продолжает удерживаться в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, пока и поскольку оно не понуждается приложенными силами изменить это состояние.
- Изменение количества движения пропорционально приложенной силе и происходит по направлению той прямой, по которой эта сила действует.
- Действию всегда есть равное и противоположное противодействие, иначе, взаимодействия двух тел друг на друга между собой равны и направлены в противоположные стороны.
Более того, Ньютон утверждал в своих «Началах», что пространство и время являются абсолютными понятиями, едиными для всей Вселенной.
Именно Ньютон дает четкие определения многим физическим понятиям, в том числе: количество движения и сила. Вводит в физику понятие массы как меры инерции и гравитационных свойств. До него физики использовали понятие вес.
Вы наверняка помните, как Ньютон открыл знаменитый «закон тяготения». Надо сказать, что идея всеобщей силы тяготения была отнюдь не новой, однако первым, кто смог ясно и математически точно доказать связь закона тяготения и движения планет. Работы Ньютона в этой области положили начало новой науке - динамике.
Следует отметить тот факт, что Исааку Ньютону принадлежит заслуга открытия причины приливов: притяжение Луны. Более того, Нььютон сумел рассчитать точную массу Луны.
Интересно узнать, что в течение многолетних наблюдений, Ньютон определил, что Земля сплюснута у полюсов, из-за чего земная ось под воздействием притяжения Луны и Солнца медленно (период 26000 лет) смещается. Таким образом, было найдено научное объяснение одной из древнейших проблем «предварения равноденствий».
В оптике Ньютон изобрел первый в мире зеркальный телескоп (рефлектор). Более того, он открыл дисперсию света, доказал, что белый свет раскладывается на цвета радуги после преломления лучей при прохождении через призму. Именно Ньютон заложил основы правильной теории цветов.
Эти и другие открытия Ньютона в области математики и физике заставляют преклонить голову перед гением ученого. На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в его альма-матер - Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция:
Разумом он превосходил род человеческий (Qui genus humanum ingenio superavit ).
Исаак Ньютон родился 4 января 1642 года в городе Вулсторп, Англия. Мальчик появился на свет в небольшой деревушке в семье мелкого фермера, умершего за три месяца до рождения сына. Мальчик родился преждевременно, оказался болезненным, поэтому его долго не решались крестить. И все же он выжил, крещен, и назван Исааком в память об отце. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы. Несмотря на слабое здоровье в младенчестве, прожил восемьдесят четыре года.
Когда ребенку исполнилось три года, его мать вторично вышла замуж и уехала, оставив его на попечении бабушки. Ньютон рос необщительным, склонным к мечтательности. Его привлекала поэзия и живопись. Вдали от сверстников мастерил бумажных змеев, изобретал ветряную мельницу, водяные часы, педальную повозку.
Интерес к технике заставил Ньютона задуматься над явлениями природы, углубленно заниматься математикой. После серьезной подготовки Исаак Ньютон в 1660 поступил в Кембридж в качестве Subsizzfr"a, так назывались неимущие студенты, которые обязаны прислуживать членам колледжа, что не могло не тяготить Ньютона.
За шесть лет Исааком Ньютоном пройдены все степени колледжа и подготовлены все его дальнейшие великие открытия. В 1665 году Ньютон стал магистром искусств. В том же году, когда в Англии свирепствовала эпидемия чумы, решил временно поселиться в Вулсторпе.
Именно там ученый начал активно заниматься оптикой, поиски способов устранения хроматической аберрации в линзовых телескопах привели Ньютона к исследованиям того, что теперь называется дисперсией, то есть зависимости показателя преломления от частоты. Многие из проведенных им экспериментов, а их насчитывается более тысячи, стали классическими и повторяются по сей день в школах и институтах.
Лейтмотивом всех исследований стало стремление понять физическую природу света. Сначала Ньютон склонялся к мысли о том, что свет является волной во всепроникающем эфире, но позже отказался от этой идеи, решив, что сопротивление со стороны эфира должно было бы заметным образом тормозить движение небесных тел. Эти доводы привели Ньютона к представлению, что свет представляет собой поток особых частиц, корпускул, вылетающих из источника и движущихся прямолинейно, пока не встретят препятствия.
Корпускулярная модель объясняла не только прямолинейность распространения света, но и закон отражения. Это предположение заключалось в том, что световые корпускулы, подлетая, к поверхности воды, например, должны притягиваться ею и потому испытывать ускорение. По этой теории скорость света в воде должна быть больше, чем в воздухе, что вступило в противоречие с более поздними экспериментальными данными.
На формирование корпускулярных представлений о свете явным образом повлияло, что в это время уже, в основном, завершилась работа, которой суждено стать основным великим итогом трудов Ньютона: создание единой, основанной на сформулированных им законах механики физической картины Мира.
В основе этой картины лежало представление о материальных точках, физически бесконечно малых частицах материи и о законах, управляющих их движением. Именно четкая формулировка этих законов и придала механике Ньютона законченность. Первый из этих законов являлся, фактически, определением инерциальных систем отсчета: именно в таких системах не испытывающие никаких воздействий материальные точки движутся равномерно и прямолинейно.
Второй закон механики играет центральную роль. Он гласит, что изменение количества, движения произведения массы на скорость за единицу времени равно силе, действующей на материальную точку. Масса каждой из этих точек является неизменной величиной. Вообще все эти точки «не истираются», по выражению Ньютона, каждая из них вечна, то есть не может ни возникать, ни уничтожаться. Материальные точки взаимодействуют, и количественной мерой воздействия на каждую из них и является сила. Задача выяснения того, каковы эти силы, является корневой проблемой механики.
Наконец, третий закон, закон «равенства действия и противодействия» объяснял, почему полный импульс любого тела, не испытывающего внешних воздействий, остается неизменным, как бы ни взаимодействовали между собой его составные части.
Поставив задачу изучения различных сил, Исаак Ньютон сам же дал первый блистательный пример ее решения, сформулировав закон всемирного тяготения: сила гравитационного притяжения между телами, размеры которых значительно меньше расстояния между ними, прямо пропорциональна их массам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой. Закон всемирного тяготения позволил Ньютону дать количественное объяснение движению планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, понять природу морских приливов.
Это не могло не произвести огромного впечатления на умы исследователей. Программа единого механического описания всех явлений природы: и «земных», и «небесных» на долгие годы утвердилась в физике. Более того, многим физикам в течение двух столетий сам вопрос о границах применимости законов Ньютона представлялся неоправданным.
В 1668 Исаак Ньютон вернулся в Кембридж и вскоре получил Лукасовскую кафедру математики. Эту кафедру до него занимал его учитель Исаака Барроу, который уступил кафедру своему любимому ученику, чтобы материально обеспечить его. К тому времени Ньютон уже являлся автором бинома и создателем метода флюксий, того, что ныне называется дифференциальным и интегральным исчислением.
Вообще, этот период стал плодотворнейшим в творчестве Ньютона: за семь лет, с 1660 по 1667 сформировались его основные идеи, включая идею закона всемирного тяготения. Не ограничиваясь одними лишь теоретическими исследованиями, Исаак Ньютон в эти же годы сконструировал, и начал создавать телескоп-рефлектор.
Эта работа привела к открытию того, что позже получило название интерференционных «линий равной толщины». Ньютон, поняв, что здесь проявляется «гашение света светом», не вписывавшееся в корпускулярную модель, пытался преодолеть возникавшие здесь трудности, введя предположение, что корпускулы в свете движутся волнами, «приливами».
Второй из изготовленных телескопов послужил поводом для представления Ньютона в члены Лондонского королевского общества. Когда ученый отказался от членства, сославшись на отсутствие средств на уплату членских взносов, сочтено возможным, учитывая его научные заслуги, сделать для него исключение, освободив его от их уплаты.
Будучи по натуре весьма осторожным человеком, Исаак Ньютон, помимо его воли оказывался порой втянутым в мучительные для него дискуссии и конфликты. Так, его теория света и цветов, изложенная в 1675 году, вызвала такие нападки, что Ньютон решил не публиковать ничего по оптике, пока жив Гук, наиболее ожесточенный его оппонент.
Пришлось Ньютону принять участие и в политических событиях. С 1688 до 1694 года ученый являлся членом парламента. К тому времени вышел в свет его основной труд «Математические начала натуральной философии», основа механики всех физических явлений, от движения небесных тел до распространения звука. На несколько веков вперед эта программа определила развитие физики, и ее значение не исчерпано и поныне.
Постоянное огромное нервное и умственное напряжение привело к тому, что в 1692 Ньютон заболел умственным расстройством. Непосредственным толчком к этому явился пожар, в котором погибли все подготавливавшиеся им рукописи.
Постоянное гнетущее ощущение материальной необеспеченности стало, несомненно, одной из причин болезни Ньютона. Поэтому для него имела большое значение должность смотрителя Монетного двора с сохранением профессуры в Кембридже. Ревностно приступив к работе и быстро добившись заметных успехов в 1699 году назначен директором. Совмещать это с преподаванием оставалось невозможно, и Ньютон перебрался в Лондон.
В конце 1703 года Исаака Ньютона избрали президентом Королевского общества. К тому времени Ньютон достиг вершины славы. В 1705 году его возводят в рыцарское достоинство, но, располагая большой квартирой, имея шесть слуг и богатый выезд, ученый остается по-прежнему одиноким. Пора активного творчества позади, и Ньютон ограничивается подготовкой издания «Оптики», переиздания «Начал» и толкованием «Священного Писания». Ему принадлежит толкование Апокалипсиса, сочинение о пророке Данииле.
Исаак Ньютон скончался 31 марта 1727 года в своем доме в Лондоне. Похоронен в Вестминстерском аббатстве. Надпись на его могиле заканчивается словам: «Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода». Ежегодно в день рождения великого англичанина научное сообщество отмечает День Ньютона.
Труды Исаака Ньютона
«Новая теория света и цветов», 1672 (сообщение Королевскому обществу)
«Движение тел по орбите» (лат. De Motu Corporum in Gyrum), 1684
«Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), 1687
«Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света» (англ. Opticks or a treatise of the reflections, refractions, inflections and colours of light), 1704
«О квадратуре кривых» (лат. Tractatus de quadratura curvarum), приложение к «Оптике»
«Перечисление линий третьего порядка» (лат. Enumeratio linearum tertii ordinis), приложение к «Оптике»
«Универсальная арифметика» (лат. Arithmetica Universalis), 1707
«Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов» (лат. De analysi per aequationes numero terminorum infinitas), 1711
«Метод разностей», 1711
«Лекции по оптике» (англ. Optical Lectures), 1728
«Система мира» (лат. De mundi systemate), 1728
«Краткая хроника» (англ. A Short Chronicle from the First Memory of Things in Europe, to the Conquest of Persia by Alexander the Great), 1728 (это конспект «Хронологии древних царств», французский перевод чернового варианта был опубликован ещё раньше, в 1725 году)
«Хронология древних царств» (англ. The Chronology of Ancient Kingdoms), 1728
«Замечания на книгу пророка Даниила и Апокалипсис св. Иоанна» (англ. Observations Upon the Prophecies of Daniel and the Apocalypse of St. John), 1733, написано около 1690 года
«Метод флюксий» (лат. Methodus fluxionum, англ. Method of Fluxions), 1736, написан в 1671 году
«Историческое прослеживание двух заметных искажений Священного Писания» (англ. An Historical Account of Two Notable Corruptions of Scripture), 1754, написано в 1690 году
Канонические издания
Классическое полное издание трудов Ньютона в 5 томах на языке оригинала:
Isaaci Newtoni. Opera quae existant omnia. - Commentariis illustravit Samuel Horsley. - Londini, 1779-1785.
Избранная переписка в 7 томах:
Turnbull, H. W. (Ed.),. The Correspondence of Sir Isaac Newton. - Cambridge: Cambr. Univ. Press, 1959-1977.
Переводы на русский язык
Ньютон И. Всеобщая арифметика или Книга об арифметическом синтезе и анализе. - М.: Изд. АН СССР, 1948. - 442 с. - (Классики науки).
Ньютон И. Замечания на книгу пророка Даниила и Апокалипсис св. Иоанна. - Петроград: Новое время, 1915.
Ньютон И. Исправленная хронология древних царств. - М.: РИМИС, 2007. - 656 с.
Ньютон И. Лекции по оптике. - М.: Изд. АН СССР, 1946. - 298 с.
Ньютон И. Математические начала натуральной философии / Перевод с латинского и примечания А.Н. Крылова. - М.: Наука, 1989. - 688 с.
Ньютон И. Математические работы. - М.-Л.: ОНТИ, 1937.
Ньютон И. Оптика или трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света. - М.: Гостехиздат, 1954.
Данилов Ю. А. Ньютон и Бентли // Вопросы истории естествознания и техники. - М., 1993. - № 1. Это перевод четырёх писем Ньютона из сборника его переписки: «The Correspondence of Isaac Newton», Cambridge, 1961. Vol. 3 (1688-1694).