Имя Ньютона знакомо каждому выпускнику средней школы. К сожалению, знакомство с его трудами ограничиваются физикой. А кем на самом деле был этот выдающий учёный
- физиком или математиком, астрономом или алхимиком? Каков его вклад в сокровищницу человеческих знаний?
Детство и юность Ньютона
Родиной ученого была Англия, деревушка в графстве Линкольншир. Он появился на свет в 1642 году в семье небогатого фермера-овцевода.
Из-за слабого здоровья и замкнутого характера мальчик избегал общения со сверстниками и не блистал успехами в школе. Конфликт с одноклассниками изменил его отношение к учёбе. Он решил завоевать авторитет среди ребят и учителей отличными знаниями. Его успехи в учёбе стали столь блестящими, что по совету учителей он продолжает обучение в колледже при Кембриджском университете. В те времена это было самое престижное учебное заведение не только в Англии, но и в Европе.
В университетских стенах
Более трёх десятилетий не порывалась связь Ньютона с университетом. Первые четыре года за право бесплатной учебы он прислуживал богатым студентам. Наконец, в 1664 году сам получил студенческий билет. А уже через год получает степень бакалавра изящных искусств.
Его студенческие годы были заполнены подготовкой к последующим научным открытиям. Конспекты лекций полны его собственными замечаниями и фамилиями известнейших физиков и математиков. Ньютон изготавливает научные инструменты, увлеченно изучает астрономию, различные разделы физики и математики, теорию музыки. Двадцатитрёхлетний студент составляет список из 45 нерешённых научных проблем, и начинает работать над их решением. Идея, запавшая ему в голову, будоражила пытливый ум молодого человека до тех пор, пока решение не становилось окончательно ясным.
Его пребывание в университетских стенах прервала эпидемия чумы, разразившаяся в Англии и затронувшая студенческий городок. Юноша на два года покидает университет и уезжает в свою деревушку.
Научная деятельность в «чумные годы»
В тиши и уединении родного поместья Ньютон делает значительную часть своих открытий. У него уже были обширные познания по самым различным областям науки, включая математику. Именно любовь учёного к этому предмету обусловила его открытия в математической науке. Самые значительные из них:
- доказательство противоположности операций интегрирования и дифференцирования;
- метод поиска корней квадратных уравнений;
- вывод формулы бинома Ньютона - формулы разложения произвольной натуральной степени двучлена (а+b) n в многочлен и другие.
Молодой учёный обобщает результаты наблюдений за перемещением небесных светил и устанавливает на этой основе закон всемирного тяготения. Легенда о яблоке, упавшем на голову Ньютона, далека от истины. Это позволило объяснить целую цепочку природных явлений, вычислить массы и плотности планет.
Возвращение в Кембридж
Когда вынужденное отлучение от университета закончилось, Ньютон возвращается в Кембридж. Он получает степень магистра и должность профессора математики в колледже. В этот период учёного очень привлекает оптика. Он конструирует и создает телескоп- рефлектор, получивший очень широкую популярность. Телескоп, созданный Ньютоном, позволял более точно определять время по небесным светилам, что сразу оценили штурманы, занимающиеся навигацией морских судов. Благодаря этому изобретению он становится почетным членом Королевского научного общества.
Ньютон спорит со своими великими современниками о природе света. Публикует работу «Математические начала натуральной философии», где:
- вводит понятие массы, количества движения, и т. д.;
- формулирует 3 закона механики, ставшие основой классической физики (законы Ньютона);
- ссылаясь на опыты с призмой, доказывает сложный состав белого света;
- описывает орбиты небесных тел;
- вносит значительный вклад в обоснование гелиоцентрической системы.Параллельно исследованиями в области физики и математики Ньютон много сил отдает занятием алхимией. В биографии Ньютона есть страницы, описывающие его работу в качестве директора королевского монетного двора и члена британской палаты лордов.
Заслуги Исаака Ньютона перед мировой наукой огромны. Но это научное наследие создавалось им не на пустом месте. Учёный пользовался обширным арсеналом знаний своих предшественников. Они были переосмыслены им, проверены наблюдениями и изящными экспериментами.
Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя
Сэр Исаа́к Нью́то́н (англ. Sir Isaac Newton , 25 декабря 1642 - 20 марта 1727 по юлианскому календарю, действовавшему в Англии до 1752 года; или 4 января 1643 - 31 марта 1727 по григорианскому календарю) - английский физик, математик и астроном, один из создателей классической физики. Автор фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», в котором он изложил закон всемирного тяготения и три закона механики, ставшие основой классической механики. Разработал дифференциальное и интегральное исчисление, теорию цвета и многие другие математические и физические теории.
Биография
Ранние годы
Вулсторп. Дом, где родился Ньютон.
Исаак Ньютон, сын мелкого, но зажиточного фермера, родился в деревне Вулсторп (англ. Woolsthorpe , графство Линкольншир), в год смерти Галилея и в канун гражданской войны. Отец Ньютона не дожил до рождения сына. Мальчик родился преждевременно, был болезненным, поэтому его долго не решались крестить. И всё же он выжил, был крещён (1 января), и назван Исааком в честь покойного отца. Факт рождения под Рождество Ньютон считал особым знаком судьбы. Несмотря на слабое здоровье в младенчестве, он прожил 84 года.
Ньютон искренне считал, что его род восходит к шотландским дворянам XV века, однако историки обнаружили, что в 1524 году его предки были бедными крестьянами. К концу XVI века семья разбогатела и перешла в разряд йоменов (землевладельцев).
В январе 1646 года мать Ньютона, Анна Эйскоу (англ. Hannah Ayscough
) вновь вышла замуж; от нового мужа, 63-летнего вдовца, у неё были трое детей,
она стала уделять мало внимания Исааку. Покровителем мальчика стал его
дядя по матери, Уильям Эйскоу. В детстве Ньютон, по отзывам
современников, был молчалив, замкнут и обособлен, любил читать и
мастерить технические игрушки: солнечные и водяные часы, мельницу и т.
п. Всю жизнь он чувствовал себя одиноким.
Отчим умер в 1653 году, часть его наследства перешла к матери Ньютона и была сразу же оформлена ею на Исаака. Мать вернулась домой, однако основное внимание уделяла троим младшим детям и обширному хозяйству; Исаак по-прежнему был предоставлен сам себе.
В 1655 году Ньютона отдали учиться в расположенную неподалёку школу в Грэнтеме, где он жил в доме аптекаря Кларка. Вскоре мальчик показал незаурядные способности, однако в 1659 году мать Анна вернула его в поместье и попыталась возложить на 16-летнего сына часть дел по управлению хозяйством. Попытка не имела успеха - Исаак предпочитал всем другим занятиям чтение книг и конструирование различных механизмов. В это время к Анне обратился школьный учитель Ньютона Стокс и начал уговаривать её продолжить обучение необычайно одарённого сына; к этой просьбе присоединились дядя Уильям и грэнтемский знакомый Исаака (родственник аптекаря Кларка) Хэмфри Бабингтон, член кембриджского Тринити-колледжа . Объединёнными усилиями они, в конце концов, добились своего. В 1661 году Ньютон успешно закончил школу и отправился продолжить образование в Кембриджский университет.
Тринити-колледж (1661-1664)
Тринити-колледж, часовая башня
В июне 1661 года 19-летний Ньютон приехал в Кембридж. Согласно уставу, ему устроили экзамен на знание латинского языка, после чего сообщили, что он принят в Тринити-колледж (Колледж святой Троицы) Кембриджского университета. С этим учебным заведением связаны более 30 лет жизни Ньютона.
Колледж, как и весь университет, переживал трудное время. Только что (1660 ) в Англии была восстановлена монархия, король Карл II часто задерживал положенные университету выплаты, уволил значительную часть преподавательского состава, назначенную в годы революции. Всего в Тринити-колледже проживало 400 человек, включая студентов, слуг и 20 нищих, которым по уставу колледж обязан был выдавать подаяние. Учебный процесс находился в плачевном состоянии.
Ньютона зачислили в разряд студентов-«сайзеров» (англ. sizar
),
с которых не брали платы за обучение (вероятно, по рекомендации
Бабингтона). Документальных свидетельств и воспоминаний об этом периоде
его жизни сохранилось очень мало. В эти годы окончательно сложился
характер Ньютона - научная дотошность, стремление дойти до сути,
нетерпимость к обману, клевете и угнетению, равнодушие к публичной
славе. У него по-прежнему не было друзей.
В апреле 1664 года Ньютон, сдав экзамены, перешёл в более высокую студенческую категорию «сколеров» (scholars ), что дало ему право на стипендию и продолжение обучения в колледже.
Несмотря на открытия Галилея, естествознание и философию в Кембридже по-прежнему преподавали по Аристотелю. Однако в сохранившихся тетрадях Ньютона уже упоминаются Галилей, Коперник
, картезианство, Кеплер и атомистическая теория Гассенди.
Судя по этим тетрадям, он продолжал мастерить (в основном, научные
инструменты), увлечённо занимался оптикой, астрономией, математикой,
фонетикой, теорией музыки. Согласно воспоминаниям соседа по комнате,
Ньютон беззаветно предавался учению, забывая про еду и сон; вероятно,
несмотря на все трудности, это был именно тот образ жизни, которого он
сам желал.
Исаак Барроу. Статуя в Тринити-колледже.
1664 год в жизни Ньютона был богат и другими событиями. Ньютон пережил творческий подъём, начал самостоятельную научную деятельность и составил масштабный список (из 45 пунктов) нерешённых проблем в природе и человеческой жизни (Вопросник , лат. Questiones quaedam philosophicae ). В дальнейшем подобные списки не раз появляются в его рабочих тетрадях. В марте этого же года на недавно основанной (1663 ) кафедре математики колледжа начались лекции нового преподавателя, 34-летнего Исаака Барроу, крупного математика, будущего друга и учителя Ньютона. Интерес Ньютона к математике резко возрос. Он сделал первое значительное математическое открытие: биномиальное разложение для произвольного рационального показателя (включая отрицательные), а через неё пришел к своему главному математическому методу - разложению функции в бесконечный ряд . Наконец, в самом конце года Ньютон стал бакалавром.
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, Валлис и его непосредственный учитель Барроу. В студенческой записной книжке Ньютона есть программная фраза:
В философии не может быть государя, кроме истины… Мы должны поставить памятники из золота Кеплеру, Галилею, Декарту и на каждом написать: «Платон - друг, Аристотель - друг, но главный друг - истина»
«Чумные годы» (1665-1667)
В канун Рождества 1664 года на лондонских домах стали появляться красные кресты - первые метки Великой эпидемии чумы. К лету смертоносная эпидемия значительно расширилась. 8 августа 1665 года
занятия в Тринити-колледже были прекращены и персонал распущен до
окончания эпидемии. Ньютон уехал домой в Вулсторп, захватив с собой
основные книги, тетради и инструменты.
Это были бедственные годы для Англии - опустошительная чума (только в Лондоне погибла пятая часть населения), разорительная война с Голландией, Великий лондонский пожар.
Но существенную часть своих научных открытий Ньютон сделал в уединении
«чумных лет». Из сохранившихся заметок видно, что 23-летний Ньютон уже
свободно владел базовыми методами дифференциального и интегрального исчислений, включая разложение функций в ряды и то, что впоследствии было названо формулой Ньютона-Лейбница
.
Проведя ряд остроумных оптических экспериментов, он доказал, что белый
цвет есть смесь цветов. Позже Ньютон вспоминал об этих годах:
В начале 1665 года я нашел метод приближенных рядов и правило превращения любой степени двучлена в такой ряд… в ноябре получил прямой метод флюксий [дифференциальное исчисление]; в январе следующего года я получил теорию цветов, а в мае приступил к обратному методу флюксий [интегральное исчисление]… В это время я переживал лучшую пору своей юности и больше интересовался математикой и философией, чем когда бы то ни было впоследствии.
Но самым значительным его открытием в эти годы стал закон всемирного тяготения . Позднее, в 1686 году, Ньютон писал Галлею:
В бумагах, написанных более 15 лет тому назад (точно привести дату я не могу, но во всяком случае это было перед началом моей переписки с Ольденбургом), я выразил обратную квадратичную пропорциональность тяготения планет к Солнцу в зависимости от расстояния и вычислил правильное отношение земной тяжести и conatus recedendi [стремление] Луны к центру Земли, хотя и не совсем точно.
Почитаемый потомок «Яблони Ньютона». Кембридж, Ботанический сад.
Неточность, упомянутая Ньютоном, вызвана тем, что размеры Земли и величину ускорения свободного падения Ньютон взял из «Механики» Галилея, где они приведены со значительной погрешностью. Позднее Ньютон получил более точные данные Пикара и окончательно убедился в истинности своей теории.
Общеизвестна легенда о том, что закон тяготения Ньютон открыл, наблюдая падение яблока с ветки дерева. Впервые «яблоко Ньютона» мельком упомянул биограф Ньютона Уильям Стьюкли, а популярной эта легенда стала благодаря Вольтеру. Другой биограф, Генри Пембертон, приводит рассуждения Ньютона (без упоминания яблока) более подробно: «сравнивая периоды нескольких планет и их расстояния до Солнца, он обнаружил, что… эта сила должна снижаться в квадратичной пропорциональности с увеличением расстояния». Другими словами, Ньютон обнаружил, что из третьего закона Кеплера , связывающего периоды обращения планет с расстоянием до Солнца, следует именно «формула обратных квадратов» для закона тяготения (в приближении круговых орбит). Окончательную формулировку закона тяготения, вошедшую в учебники, Ньютон выписал позднее, после того, как ему стали ясны законы механики.
Эти открытия, а также многие из позднейших, были опубликованы на
20-40 лет позже, чем были сделаны. Ньютон не гнался за славой. В 1670 году
он писал Джону Коллинзу: «Я не вижу ничего желательного в славе, даже
если бы я был способен заслужить её. Это, возможно, увеличило бы число
моих знакомых, но это как раз то, чего я больше всего стараюсь
избегать.» Свой первый научный труд (октябрь 1666), излагавший основы анализа, он не стал публиковать; его нашли лишь спустя 300 лет.
Начало научной известности (1667-1684)
Ньютон в молодости
В марте-июне 1666 года
Ньютон посетил Кембридж. Оставшиеся в колледже смельчаки, как
оказалось, не пострадали ни от чумы, ни даже от популярных тогда
противочумных лекарств (включавших кору ясеня, крепкий уксус, спиртные
напитки и строгую диету). Однако летом новая волна чумы вынудила его вновь уехать домой. Наконец, в начале 1667 года эпидемия закончилась, и в апреле Ньютон возвратился в Кембридж. 1 октября он был избран членом Тринити-колледжа, а в 1668 году стал магистром
.
Ему выделили просторную отдельную комнату для жилья, назначили неплохой
оклад и передали группу студентов, с которыми он несколько часов в
неделю добросовестно занимался стандартными учебными предметами.
Впрочем, ни тогда, ни позже Ньютон не прославился как преподаватель,
его лекции посещались плохо.
Упрочив своё положение, Ньютон совершил путешествие в Лондон, где незадолго до того, в 1660 году, было создано Лондонское королевское общество - авторитетная организация видных научных деятелей, одна из первых Академий наук. Печатным органом Королевского общества был журнал «Философские труды» (лат. Philosophical Transactions ).
В 1669 году
в Европе стали появляться математические работы, использующие
разложения в бесконечные ряды. Хотя по глубине эти открытия не шли ни в
какое сравнение с ньютоновскими, Барроу настоял на том, чтобы его
ученик зафиксировал свой приоритет в этом вопросе. Ньютон написал
краткий, но достаточно полный конспект этой части своих открытий,
который назвал «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом
членов». Барроу переслал этот трактат в Лондон. Ньютон просил Барроу не
раскрывать имя автора работы (но тот всё же проговорился). «Анализ» распространился среди специалистов и получил некоторую известность в Англии и за её пределами.
В этом же году Барроу принял приглашение короля стать придворным капелланом и оставил преподавание. 29 октября 1669 года Ньютон был избран его преемником, профессором математики и оптики Тринити-колледжа. Барроу оставил Ньютону обширную алхимическую лабораторию; в этот период Ньютон всерьёз увлёкся алхимией, провел массу химических опытов.
Рефлектор Ньютона
Одновременно он продолжил эксперименты по оптике и теории цвета. Ньютон исследовал сферическую и хроматическую
аберрации
. Чтобы свести их к минимуму, он построил смешанный телескоп-рефлектор: линза и вогнутое сферическое зеркало, которое сделал и отполировал сам. Проект такого телескопа впервые предложил Джеймс Грегори
(1663
), однако этот замысел так и не был реализован. Первая конструкция Ньютона (1668
)
оказалась неудачной, но уже следующая, с более тщательно отполированным
зеркалом, несмотря на небольшие размеры, давала 40-кратное увеличение
превосходного качества.
Слухи о новом инструменте быстро дошли до Лондона, и Ньютона пригласили показать своё изобретение научной общественности. В конце 1671 - начале 1672 года прошла демонстрация рефлектора перед королём, а затем - в Королевском обществе. Аппарат вызвал всеобщие восторженные отзывы. Ньютон стал знаменит и в январе 1672 года был избран членом Королевского общества. Позднее усовершенствованные рефлекторы стали основными инструментами астрономов, с их помощью были открыты планета Уран, иные галактики, красное смещение.
Первое время Ньютон дорожил общением с коллегами из Королевского общества, где состояли, кроме Барроу, Джеймс Грегори, Джон Валлис, Роберт Гук, Роберт Бойль, Кристофер Рен
и другие известные деятели английской науки. Однако вскоре начались
утомительные конфликты, которых Ньютон очень не любил. В частности,
разгорелась шумная полемика по поводу природы света. Уже в феврале 1672 года Ньютон опубликовал в «Philosophical Transactions» подробное описание своих классических опытов с призмами и свою теорию цвета. Гук, который уже опубликовал собственную теорию, заявил, что результаты Ньютона его не убедили; его поддержал Гюйгенс
на том основании, что теория Ньютона «противоречит общепринятым
воззрениям». Ньютон ответил на их критику только через полгода, но к
этому времени число критиков значительно увеличилось. Особенную
активность проявил некто Линус из Льежа, который атаковал Общество
письмами с совершенно абсурдными возражениями против результатов
Ньютона.
Лавина некомпетентных нападок вызвала у Ньютона раздражение и депрессию. Он пожалел, что доверчиво обнародовал свои открытия перед собратьями по науке. Ньютон попросил секретаря Общества Ольденбурга больше не пересылать ему критических писем и дал зарок на будущее: не ввязываться в научные споры. В письмах он жалуется, что поставлен перед выбором: либо не публиковать свои открытия, либо тратить всё время и все силы на отражение недружелюбной дилетантской критики. В конце концов он выбрал первый вариант и сделал заявление о выходе из Королевского общества (8 марта 1673 года). Ольденбург не без труда уговорил его остаться. Однако научные контакты с Обществом теперь сведены к минимуму.
В 1673 году произошли два важных события. Первое: королевским указом в Тринити вернулся старый друг и покровитель Ньютона, Исаак Барроу, теперь в качестве руководителя («мастера»). Второе: математическими открытиями Ньютона заинтересовался Лейбниц, известный на тот момент как философ и изобретатель. Получив труд Ньютона 1669 года по бесконечным рядам и глубоко его изучив, он далее самостоятельно начинает развивать свою версию анализа. В 1676 году Ньютон и Лейбниц обменялись письмами, в которых Ньютон разъяснил ряд своих методов, ответил на вопросы Лейбница и намекнул на существование ещё более общих методов, пока не опубликованных (имелось в виду общее дифференциальное и интегральное исчисление). Секретарь Королевского общества Генри Ольденбург настойчиво просил Ньютона во славу Англии опубликовать свои математические открытия по анализу, но Ньютон ответил, что уже пять лет как занимается другой темой и не хочет отвлекаться. На очередное письмо Лейбница Ньютон не ответил. Первая краткая публикация по ньютоновскому варианту анализа появилась только в 1693 году, когда вариант Лейбница уже широко распространился по Европе.
Конец 1670-х годов был печален для Ньютона. В мае 1677 года
неожиданно умер 47-летний Барроу. Зимой этого же года в доме Ньютона
возник сильный пожар, и часть рукописного архива Ньютона сгорела. В 1678 году
умер благоволивший Ньютону секретарь Королевского Общества Ольденбург,
и новым секретарём стал Гук, относившийся к Ньютону неприязненно. В 1679 году
тяжело заболела мать Анна; Ньютон приехал к ней, принимал активное
участие в уходе за больной, но состояние матери быстро ухудшалось, и
она умерла. Мать и Барроу были в числе немногих людей, скрашивавших
одиночество Ньютона.
«Математические начала натуральной философии» (1684 -1686 )
Титульный лист «Начал» Ньютона
История создания этого труда, наряду с «Началами» Евклида, одного из самых знаменитых в истории науки, началась в 1682 году, когда прохождение кометы Галлея вызвало подъём интереса к небесной механике. Эдмонд Галлей пытался уговорить Ньютона опубликовать его «общую теорию движения», о которой уже давно ходили слухи в учёном сообществе. Ньютон отказался. Он вообще неохотно отвлекался от своих исследований ради кропотливого дела издания научных трудов.
В августе 1684 года Галлей приехал в Кембридж и рассказал Ньютону, что они с Реном и Гуком обсуждали, как из формулы закона тяготения вывести эллиптичность
орбиты планет, но не знали, как подступиться к решению. Ньютон сообщил,
что у него уже есть такое доказательство, и в ноябре прислал Галлею
готовую рукопись. Тот сразу оценил значение результата и метода,
немедленно снова навестил Ньютона и на этот раз сумел уговорить его
опубликовать свои открытия. 10 декабря 1684 года в протоколах Королевского общества
появилась историческая запись:
Господин Галлей… недавно видел в Кембридже м-ра Ньютона, и тот показал ему интересный трактат «De motu» [О движении]. Согласно желанию г-на Галлея, Ньютон обещал послать упомянутый трактат в Общество.
Работа над книгой шла в 1684
-1686 годах.
По воспоминаниям Хэмфри Ньютона, родственника учёного и его помощника в
эти годы, сначала Ньютон писал «Начала» в перерывах между алхимическими
опытами, которым уделял основное внимание, затем постепенно увлёкся и с
воодушевлением посвятил себя работе над главной книгой своей жизни.
Публикацию предполагалось осуществить на средства Королевского общества, но в начале 1686 года
Общество издало не нашедший спроса трактат по истории рыб, и тем самым
истощило свой бюджет. Тогда Галлей объявил, что он берёт расходы по
изданию на себя. Общество с признательностью приняло это великодушное
предложение и в качестве частичной компенсации бесплатно предоставила
Галлею 50 экземпляров трактата по истории рыб.
Труд Ньютона - возможно, по аналогии с «Началами философии» Декарта (1644
) - получил название «Математические начала натуральной философии» (лат. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica
), то есть, на современном языке, «Математические основы физики».
28 апреля 1686 года первый том «Математических начал» был представлен Королевскому обществу. Все три тома, после некоторой авторской правки, вышли в 1687 году. Тираж (около 300 экземпляров) был распродан за 4 года - для того времени очень быстро.
Страница из «Начал» Ньютона (3-е изд., 1726)
Как физический, так и математический уровень труда Ньютона совершенно несопоставимы с работами его предшественников. В нём отсутствует аристотелева или декартова метафизика, с её туманными рассуждениями и неясно сформулированными, часто надуманными «первопричинами» природных явлений. Ньютон, например, не провозглашает, что в природе действует закон тяготения, он строго доказывает этот факт, исходя из наблюдаемой картины движения планет и их спутников. Метод Ньютона - создание модели явления, «не измышляя гипотез», а потом уже, если данных достаточно, поиск его причин. Такой подход, начало которому было положено Галилеем, означал конец старой физики. Качественное описание природы уступило место количественному - значительную часть книги занимают расчёты, чертежи и таблицы.
В своей книге Ньютон ясно определил базовые понятия механики, причём ввёл несколько новых, включая такие важнейшие физические величины, как масса, внешняя сила и количество движения. Сформулированы три закона механики. Приведен строгий вывод из закона тяготения всех трёх законов Кеплера. Отметим, что были описаны и неизвестные Кеплеру гиперболические и параболические орбиты небесных тел. Истинность гелиоцентрической системы Коперника Ньютон прямо не обсуждает, но подразумевает; он даже оценивает отклонение Солнца от центра масс Солнечной системы. Другими словами, Солнце в системе Ньютона, в отличие от кеплеровской, не покоится, а подчиняется общим законам движения. В общую систему включены и кометы, вид орбит которых вызывал тогда большие разногласия.
Слабым местом теории тяготения Ньютона, по мнению многих тогдашних учёных, было отсутствие объяснения природы этой силы. Ньютон изложил только математический аппарат, оставив открытыми вопросы о причине тяготения и его материальном носителе. Для научной общественности, воспитанной на философии Декарта, это был непривычный и вызывающий подход, и лишь триумфальный успех небесной механики в XVIII веке заставил физиков временно примириться с ньютоновской теорией. Физические основы тяготения прояснились только спустя более чем два века, с появлением Общей теории относительности.
Математический аппарат и общую структуру книги Ньютон построил максимально близкими к тогдашнему стандарту научной строгости - «Началам» Евклида. Математический анализ он сознательно почти нигде не использовал - применение новых, непривычных методов поставило бы под угрозу доверие к изложенным результатам. Эта осторожность, однако, обесценила ньютоновский метод изложения для следующих поколений читателей. Книга Ньютона была первой работой по новой физике и одновременно одним из последних серьёзных трудов, использующих старые методы математического исследования. Все последователи Ньютона уже использовали созданные им мощные методы математического анализа. Крупнейшими непосредственными продолжателями дела Ньютона стали Д’Аламбер, Эйлер, Лаплас, Клеро и Лагранж.
1687-1703 годы
1687 год ознаменовался не только выходом великой книги, но и конфликтом Ньютона с королём Яковом II. В феврале король, последовательно проводя свою линию на реставрацию католицизма
в Англии, предписал Кембриджскому университету дать степень магистра
католическому монаху Альбану Френсису. Руководство университета
колебалось, не желая раздражать короля; вскоре делегацию учёных, в том
числе Ньютона, вызвали для расправы к известному своей грубостью и
жестокостью судье Джеффрису (англ. George Jeffreys
).
Ньютон выступил против всякого компромисса, ущемляющего университетскую
автономию, и убедил делегацию занять принципиальную позицию. В итоге
вице-канцлера университета отстранили от должности, но желание короля
так и не было исполнено. В одном из писем этих лет Ньютон изложил свои политические принципы:
Всякий честный человек по законам Божеским и человеческим обязан повиноваться законным приказаниям короля. Но если Его Величеству советуют потребовать нечто такое, чего нельзя сделать по закону, то никто не должен пострадать, если пренебрежёт таким требованием.
В 1689 году, после свержения короля Якова II, Ньютон был в первый раз избран в парламент
от Кембриджского университета и заседал там немногим более года. Второе
избрание состоялось в 1701-1702 годах. Существует популярный анекдот о
том, что он взял слово для выступления в палате общин только один раз,
попросив закрыть окно во избежание сквозняка. На самом деле, Ньютон
выполнял свои парламентские обязанности с той же добросовестностью, с
какой он относился ко всем своим делам.
Около 1691 года Ньютон серьёзно заболел (скорее всего, отравился в ходе химических опытов,
хотя имеются и другие версии - переутомление, потрясение после пожара,
повлекшего потерю важных результатов, и возрастные недуги ).
Близкие опасались за его рассудок; несколько сохранившихся его писем
этого периода действительно свидетельствуют о душевном расстройстве.
Только в конце 1693 года здоровье Ньютона полностью восстановилось.
В 1679 году Ньютон познакомился в Тринити с 18-летним аристократом, любителем науки и алхимии, Чарльзом Монтегю (1661
-1715
). Вероятно, Ньютон произвёл на Монтегю сильнейшее впечатление, потому что в 1696 году,
став лордом Галифаксом, президентом Королевского общества и канцлером
Казначейства (то есть министром финансов Англии), Монтегю предложил королю назначить Ньютона смотрителем Монетного двора. Король дал своё согласие, и в 1696 году Ньютон занял эту должность, покинул Кембридж и переехал в Лондон. С 1699 года он стал управляющим («мастером») Монетного двора.
Для начала Ньютон досконально изучил технологию монетного производства, привёл в порядок документооборот, переделал учёт за последние 30 лет. Одновременно Ньютон энергично и квалифицированно содействовал проводимой Монтегю денежной реформе, восстановив доверие к основательно запущенной его предшественниками монетной системе Англии. В Англии этих лет имели хождение почти исключительно неполновесные, а в немалом количестве и фальшивые монеты. Широкое распространение получила обрезка краёв серебряных монет. Теперь же монету начали производить на специальных станках и по ободку их шла надпись, так что преступное стачивание металла стало невозможным. Старая, неполновесная серебряная монета за 2 года была полностью изъята из обращения и перечеканена, выпуск новых монет возрос, чтобы успевать за потребностью в них, качество их улучшилось. Инфляция в стране резко снизилась.
Однако честный и компетентный человек во главе Монетного двора
устраивал не всех. С первых же дней на Ньютона посыпались жалобы и
доносы, постоянно появлялись комиссии по проверке. Как выяснилось,
многие доносы поступали от фальшивомонетчиков, раздражённых
ньютоновскими реформами.
Ньютон, как правило, равнодушно относился к злословию, но никогда не
прощал, если оно затрагивало его честь и репутацию. Он лично участвовал
в десятках расследований, и более 100 фальшивомонетчиков были выслежены
и осуждены; при отсутствии отягчающих обстоятельств их чаще всего
высылали в североамериканские колонии, но несколько главарей были
казнены. Число фальшивых монет в Англии значительно сократилось.
Монтегю в своих мемуарах высоко оценил незаурядные способности
администратора, проявленные Ньютоном и обеспечившие успех реформы.
В апреле 1698 года Монетный двор в ходе «Великого посольства» трижды посетил русский царь Пётр I; к сожалению, подробности его визита и общения с Ньютоном не сохранились. Известно, однако, что в 1700 году в России была проведена монетная реформа, сходная с английской. А в 1713 году первые шесть печатных экземпляров 2-го издания «Начал» Ньютон выслал царю Петру в Россию.
Символом научного триумфа Ньютона стали два события 1699 года: началось преподавание системы мира Ньютона в Кембридже (с 1704 года - и в Оксфорде), а Парижская академия наук , оплот его оппонентов-картезианцев, избрала его своим иностранным членом. Всё это время Ньютон ещё числился членом и профессором Тринити-колледжа, но в декабре 1701 года он официально ушёл в отставку со всех своих постов в Кембридже.
В 1703 году скончался президент Королевского общества
лорд Джон Сомерс, за 5 лет своего президентства посетивший заседания
Общества лишь дважды. В ноябре Ньютон был избран его преемником и
управлял Обществом до конца жизни - более двадцати лет. В отличие от
своих предшественников, он лично присутствовал на всех заседаниях и
сделал всё для того, чтобы британское Королевское общество заняло
почётное место в научном мире. Число членов Общества росло (среди них,
кроме Галлея, можно выделить Дени Папена, Абрахама де Муавра, Роджера Котса, Брука Тейлора),
проводились и обсуждались интересные эксперименты, качество журнальных
статей значительно улучшилось, финансовые проблемы были смягчены.
Общество обзавелось платными секретарями и собственной резиденцией (на Флит-стрит), расходы на переезд Ньютон оплатил из своего кармана. В эти годы Ньютона часто приглашали в качестве консультанта в различные правительственные комиссии, а принцесса Каролина, будущая королева Великобритании, часами вела с ним во дворце беседы на философские и религиозные темы.
Последние годы
Один из последних портретов Ньютона (1712, Торнхилл)
В 1704 году вышла в свет (сначала на английском языке) монография «Оптика», определявшая развитие этой науки до начала XIX века. Она содержала приложение «О квадратуре кривых» - первое и довольно полное изложение ньютоновской версии математического анализа. Фактически это последний труд Ньютона по естественным наукам, хотя он прожил ещё более 20 лет. Каталог оставленной им библиотеки содержал книги в основном по истории и теологии, и именно этим занятиям Ньютон посвятил остаток жизни. Ньютон оставался управителем Монетного двора, поскольку этот пост, в отличие от должности смотрителя, не требовал от него особой активности. Дважды в неделю он ездил на Монетный двор, раз в неделю - на заседание Королевского общества. Ньютон так никогда и не совершил путешествия за пределы Англии.
В 1705 году королева Анна возвела Ньютона в рыцарское достоинство. Отныне он сэр Исаак Ньютон . Впервые в английской истории звание рыцаря было присвоено за научные заслуги; в следующий раз это произошло более чем век спустя (1819 , в отношении Гемфри Дэви). Впрочем, часть биографов считает, что королева руководствовалась не научными, а политическими мотивами. Ньютон обзавёлся собственным гербом и не очень достоверной родословной.
В 1707 году вышел сборник математических работ Ньютона «Универсальная арифметика». Приведенные в ней численные методы ознаменовали рождение новой перспективной дисциплины - численного анализа .
В 1708 году начался открытый приоритетный спор с Лейбницем (см. ниже), в который были вовлечены даже царствующие особы. Эта распря двух гениев дорого обошлась науке - английская математическая школа вскоре увяла на целый век, а европейская - проигнорировала многие выдающиеся идеи Ньютона, переоткрыв их м
Ньютон родился в семье фермера, но ему повезло с хорошими друзьями и он смог вырваться из сельской жизни в научную среду. Благодаря этому появился великий учёный, который смог открыть не один закон физики и астрономии и сформулировать множество важных теорий в отраслях математики и физики.
Семья и детство
Исаак был сыном фермера из Вулсторпа. Его отец был из небогатых крестьян, которые волею случая нажили землю и благодаря этому преуспели. Но до рождения Исаака его отец не дожил - и умер за несколько недель до этого. Мальчика назвали в его честь.
Когда Ньютону было три года, его мать снова вышла замуж - за почти втрое старшего за себя богатого фермера. После рождение ещё троих детей в новом браке, Исааком начал заниматься брат его матери — Уильям Эйскоу. Но дать хоть какое-либо образование дядя Ньютону не мог, поэтому мальчик был предоставлен сам себе - играл собственноручно сделанными механическими игрушками, кроме того он был немного замкнутым.
Новый муж матери Исаака прожил с ней всего семь лет и умер. Половина наследства досталась вдове, и та сразу переписала всё на Исаака. Несмотря на то, что мать вернулась домой, внимания мальчику она почти не уделяла, поскольку младшие дети требовали его ещё больше, а помощниц у неё не было.
Двенадцатилетним Ньютон пошёл учиться в школу в соседнем городке Грэнтем. Чтобы каждый день не возвращаться несколько миль домой, его поселили в доме у местного аптекаря мистера Кларка. В школе мальчик «расцвёл»: он жадно хватался за новые знания, учителя были в восторге от его ума и способностей. Но уже через четыре года матери потребовался помощник и она решила, что 16-летний сын вполне сможет справиться с фермой.
Но даже вернувшись домой, Исаак не спешит решать хозяйственные проблемы, а читает книги, пишет стихи и продолжает заниматься придумыванием различных механизмов. Поэтому знакомые обратились к его матери, чтобы та вернула парня в школу. Был среди них и преподаватель Тринити-колледжа, знакомый того самого аптекаря, у которого Исаак жил во время учёбы. Общими усилиями Ньютон поехал поступать в Кембридж.
Университет, чума и открытия
В 1661 году парень успешно прошёл экзамен с латыни, и его зачислили в колледж Святой Троицы при Кембриджском университете как студента, который вместо оплаты за учёбу выполняет разные поручение и работы на благо альма матер.
Поскольку жизнь в Англии в те годы была весьма тяжёлой, то не лучшим делом обстояли дела и в Кембридже. Биографы сходятся на мысли, что именно годы в колледже закалили характер учёного и его желание доходить до сути предмета собственными усилиями. Через три года он уже добился стипендии.
В 1664 году одним из преподавателей Ньютона стал Исаак Барроу, который привил ему любовь к математике. В те годы Ньютон делает своё первое открытие в математике, известное сейчас как Бином Ньютона.
Через несколько месяцев учёбу в Кембридже прекратили из-за эпидемии чумы, которая разрасталась в Англии. Ньютон вернулся домой, где продолжал свои научные труды. Именно в те годы он начал разрабатывать закон, который со времен получил имя Ньютона-Лейбница; в родном доме он открыл, что белый цвет - не что иное, как смесь всех цветов, и назвал явление «спектром». Тогда же он открыл свой известный закон всемирного тяготения.
То, что было чертой Ньютоновского характера, и было не слишком полезно для науки - это его излишняя скромность. Некоторые свои исследования он публиковал лишь через 20-30 лет после их открытий. Некоторые нашлись спустя три столетия после его смерти.
В 1667 Ньютон вернулся в колледж, а через год стал магистром, его пригласили поработать преподавателем. Но читать лекции Исааку было не слишком по душе, да и особенной популярностью среди учеников он не пользовался.
В 1669 году разные математики начали публиковать свои варианты разложений в бесконечные ряды. Несмотря на то, что Ньютон разработал свою теорию на эту тему уже много лет назад, он её нигде не публиковал. Опять-таки из-за скромности. Но его бывший преподаватель, а теперь уже и друг Барроу уговорил Исаака. И тот написал «Анализ с помощью уравнений с бесконечным числом членов», где изложил коротко и по сути свои открытия. И хотя Ньютон просил не называть своего имени, Барроу не удержался. Так о Ньютоне впервые узнали ученые всего мира.
В этом же году он переходит на место Барроу и становится профессором математики и оптики в колледже Святой Троицы. А поскольку Барроу оставил ему свою лабораторию, Исаак увлекается алхимией и проводит много опытов на эту тему. Но не оставил он и исследование со светом. Так, он разработал свой первый телескоп-рефлектор, который давал увеличение в 40 раз. Новой разработкой заинтересовались при дворе короля, и после презентации перед учёными, механизм оценили как революционный и очень необходимый, особенно для мореплавателей. А Ньютона в 1672 году приняли в Королевское научное общество. Но уже после первой полемики о спектре, Исаак решил покинуть организацию - его утомляли споры и дискуссии, он привык работать в одиночку и без лишней суеты. Его едва удалось уговорить остаться в Королевском обществе, но контакты с ними у учёного стали минимальными.
Рождение физики как науки
В 1684-1686 годах Ньютон писал свой первый великий печатный труд — «Математические начала натуральной философии». Опубликовать её его уговорил ещё один учёный — Эдмонд Галлей, который сперва предложил разработать формулу эллиптического движение по орбите планет, используя формулу закона тяготения. И тут оказалось, что Ньютон уже всё давно решил. Галлей не отступил, пока не выбил из Исаака обещание опубликовать работу, и тот согласился.
Писал её два года, финансировать публикацию согласился сам Галлей, и в 1686 году она наконец увидела мир.
В этой книге учёный впервые использовал понятия «внешняя сила», «масса» и «количество движения». Ньютон давал три базовые закона механики, делал выводы из законов Кеплера.
Первый тираж в 300 экземпляров раскупили за четыре года, что по тогдашним меркам было триумфом. Всего книгу переиздавали трижды ещё при жизни учёного.
Признание и успех
В 1689 Ньютона избирают членом парламента университета Кембриджа. Ещё через год его перебирают вторично.
В 1696, благодаря содействию своего бывшего ученика, а сейчас президента Королевского общества и канцлера Казначейства Монтегю, Ньютон становится хранителем Монетного двора, для чего переезжает в Лондон. Вместе они приводят в порядок дела Монетного двора и проводят денежную реформу с перечеканкой монет.
В 1699 году в его родном Кембридже начали преподавать Ньютоновскую систему мира, ещё через пять лет такой же курс лекций появился и в Оксфорде.
Его также приняли в Парижский научный клуб, сделав Ньютона почётным иностранным членом общества.
Последние годы и смерть
В 1704 Ньютон издал свой труд «Об оптике», через год королева Анна возвела его в рыцари.
Последние годы жизни Ньютона ушли на допечатку «Начал» и подготовку обновлений для следующих изданий. Кроме того он писал «Хронологию древних царств».
В 1725 году его здоровье серьёзно ухудшилось и он переехал из шумного Лондона в Кенсингтон. Умер там же, во сне. Его тело похоронили в Вестминстерском аббатстве.
- Возведение Ньютона в рыцари было первым в английской истории, когда звание рыцаря было присвоено за научные заслуги. Ньютон обзавёлся собственным гербом и не очень достоверной родословной.
- К концу жизни Ньютон рассорился с Лейбницем, что пагубно сказалось на науке британской и европейской в частности - не было сделано много открытий из-за этих ссор.
- В честь Ньютона назвали единицу силы в Международной системе единиц (СИ).
- Легенда о яблоке Ньютона широко распространилась благодаря Вольтеру.
> Что открыл Исаак Ньютон?
Открытия Исаака Ньютона – законы и физика от одного из величайших гениев. Изучите закон всемирного тяготения, три закона движения, гравитация, форма Земли.
Исаак Ньютон (1642-1727) запомнился нам как философ, ученый и математик. Для своего времени он сделал очень много и активно участвовал в научной революции. Интересно, что его взгляды, законы и физика Ньютона будут преобладать еще 300 лет после смерти. По сути, перед нами создатель классической физики.
В последствии слово «ньютоновский» будут вставлять ко всем утверждениям, имеющим связь с его теориями. Исаака Ньютона считают одним из величайших гениев и наиболее влиятельных ученых, чья деятельность охватывала множество научных сфер. Но чем мы ему обязаны и какие открытия совершил?
Три закона движения
Начнем с его знаменитой работы «Математические начала натуральной философии» (1687), в которой раскрывались основы классической механики. Речь идет о трех законах движения, добытых из законов планетарного движения, выдвинутых Иоганном Кеплером.
Первый закон – инерция: объект в состоянии покоя будет оставаться в этом покое, пока на него не повлияет сила, лишенная баланса. Тело в движении продолжит двигаться с изначальной скоростью и в том же направлении, если не столкнется с несбалансированной силой.
Второй: ускорение появляется, когда сила влияет на массу. Чем больше масса, тем больше силы потребуется.
Третий: для каждого действия есть равное противодействие.
Универсальная гравитация
Ньютона стоит поблагодарить за закон всемирного тяготения. Он вывел, что каждая точка массы притягивает другую силой, направленной вдоль линии, пересекающей обе точки (F = G frac{m_1 m_2}{r^2}).
Эти три постулата гравитации помогут ему измерять траектории комет, приливов, равноденствий и прочих явлений. Его доводы разбили последние сомнения касательно гелиоцентрической модели и научный мир принял факт, что Земля не выступает вселенским центром.
Все знают, что Ньютон пришел к выводам о гравитации благодаря случаю с яблоком, упавшим ему на голову. Многие думают, что это всего лишь шуточный пересказ, а ученый вывел формулу постепенно. Но в пользу яблочного прорыва говорят записи в дневнике Ньютона и пересказы его современников.
Форма Земли
Исаак Ньютон полагал, что наша планета Земля сформировалась в виде сплющенного сфероида. Позже догадка подтвердится, но в его времена это была важная информация, которая помогла перевести большую часть научного мира с декартовской системы на механику Ньютона.
В математическом поле он обобщил биномиальную теорему, исследовал степенные ряды, вывел собственный метод для аппроксимации корней функции и поделил на классы большинство кривых кубических плоскостей. Также он делился разработками с Готфридом Лейбницем.
Его открытия были прорывными в физике, математике и астрономии, помогавшие при помощи формул разобраться в строении пространства.
Оптика
В 1666 году он все больше углубляется в оптику. Все началось с изучения свойств света, который он измерял сквозь призму. В 1670-1672 гг. исследовал рефракцию света, показывая, как разноцветный спектр перестраивается в одиночный белый свет при помощи линзы и второй призмы.
В итоге, Ньютон понял, что цвет формируется из-за взаимодействия объектов изначально окрашенных. Кроме того заметил, что объектив любого инструмента страдает из-за светового рассеивания (хроматическая аберрация). Ему удалось решить проблемы при помощи телескопа с зеркалом. Его изобретение считается первой моделью отражающего телескопа.
Кроме того…
Также ему принадлежит заслуга в формулировке эмпирического закона охлаждения и изучение скорости звука. С его подачи появился термин «ньютоновская жидкость» – описание любой жидкости, где вязкие напряжения линейно пропорциональны скорости ее трансформации.
Большое количество времени Ньютон посвящал исследованию не только научных постулатов, но и библейской хронологии и внедрялся в алхимию. Однако многие работы появились только после смерти ученого. Так что Исаак Ньютон запомнился не только как талантливый физик, но и философ.
Чем же мы обязаны Исааку Ньютону? Его идеи были прорывными не только для того времени, но и послужили стартовыми точками для всех последующих ученых. Он подготовил плодородную почву для новых открытый и вдохновил на исследование этого мира. Неудивительно, что у Исаака Ньютона появились последователи, развивающие его идеи и теории. Если вам интересно узнать больше, то на сайте есть биография Исаака Ньютона, где представлены дата рождения и смерти (по новому и старому стилю), самые важные открытия, а также интересные факты о величайшем физике.
Известный каждому школьнику великий английский ученый появился на свет 24 декабря 1642 года по старому стилю или 4 января 1643 года по ныне действующему биография которого берет свое начало в местечке Вулсторп, графство Линкольншир, родился настолько слабым, что его долгое время не решались крестить. Однако мальчик выжил и, несмотря на слабое здоровье в детские годы, сумел дожить до преклонных лет.
Детство
Отец Исаака умер еще до его рождения. Мать, Анна Эйскоу, рано овдовев, вышла замуж еще раз, родив еще троих детей от нового мужа. Она мало уделяла внимания старшему сыну. Ньютон, биография которого в детские годы внешне вроде бы была благополучна, очень страдал от одиночества и отсутствия внимания со стороны матери.
О мальчике больше заботился его дядя, брат Анны Эйскоу. В детстве Исаак был замкнутым молчаливым ребенком, со склонностью мастерить разные технические поделки, такие, например, как и солнечные часы.
Школьные годы
В 1955 году в возрасте 12-ти лет Исаак Ньютон был отдан в школу. Незадолго до этого
умирает его отчим, и мать наследует его состояние, тут же переоформляя его на старшего сына. Школа находилась в Грэнтеме, и Ньютон жил у местного аптекаря Кларка. Во время учебы раскрылись его незаурядные способности, но мать через четыре года вернула 16-летнего юношу домой с целью возложить на него обязанности по управлению фермой.
Но сельское хозяйство - это было не его дело. Чтение книг, стихосложение, конструирование сложных механизмов - в этом был весь Ньютон. Биография его именно в этот момент определила свое направление в сторону науки. Школьный учитель Стокс, дядя Уильям и член Тринити-колледжа при Кембриджском университете Хэмфри Бабингтон объединенными усилиями добились продолжения обучения Исаака Ньютона.
Университеты
В Кембридже краткая биография Ньютона выглядит следующим образом:
- 1661 год - поступление в Тринити-колледж при университете на бесплатное обучение в качестве студента-«сайзера».
- 1664 год - успешная сдача экзаменов и перевод на следующую ступень обучения в качестве студента-«школяра», что дало ему право на получение стипендии и возможность продолжать обучение дальше.
В это же время Ньютон, биография которого зафиксировала творческий подъем и начало самостоятельной знакомится с Исааком Барроу, новым преподавателем-математиком, оказавшим сильное влияние на увлечение
В общей сложности Тринити-колледжу был отдан большой отрезок жизни (30 лет) и математика, но именно тут он совершил свои первые открытия (биномиальное разложение для произвольного рационального показателя и разложение функции в бесконечный ряд) и создал, опираясь на учения Галилея, Декарта и Кеплера, универсальную систему мира.
Годы великих достижений и славы
С началом эпидемии чумы в 1665 году занятия в колледже прекратились, и Ньютон уехал в свое поместье в Вулсторп, где и были совершенны самые существенные открытия - оптические эксперименты с цветами спектра,
В 1667 году ученый возвращается в Тринити-колледж, где продолжает свои изыскания в области физики, математики, оптики. Созданный им телескоп вызвал восторженные отзывы в Королевском обществе.
В 1705 году Ньютон, фото которого сегодня можно найти в каждом учебнике, первым был удостоен звания рыцаря именно за научные достижения. Количество открытий в разных сферах науки очень велико. Монументальные труды по математике, основам механики, в области астрономии, оптики, физики перевернули представления ученых о мире.