Ньютон Исаак
Ньютон Исаак
1643–1727
Английский математик, физик, алхимик и историк, один из создателей классической физики.
Исаак Ньютон, сын мелкого, но зажиточного фермера Исаака Ньютона, родился в деревне Вулсторп, 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 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.
В 12 лет Исаак поступил в Грантемскую школу, в 1661 году — в колледж Св. Троицы (Тринити-колледж) Кембриджского университета в качестве субсайзера (так назывались бедные студенты, выполнявшие для заработка обязанности слуг в колледже).
Окончив университет, в январе 1665 года Ньютон получил степень бакалавра. К тому времени он имел свою программу исследований в богословии, математике и натуральной философии — физике. В 1665–1667 годах у него сложились в основном те идеи, которые привели его к созданию дифференциального и интегрального исчислений, изобретению зеркального телескопа, открытию закона всемирного тяготения. 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».
За эти два года Ньютон сделал три своих главных открытия: метод флюксий и квадратур (дифференциальное и интегральное исчисления), объяснение природы света и закон всемирного тяготения. Об удивительном творческом подъёме тех лет он позже вспоминал как о лучшей поре своей жизни. С помощью своего исчисления Ньютон мог быстро находить касательные, площади и объёмы любых сложных фигур, что было актуально для торговли и строительства.
В Кембридже он провел и опыты над разложением света. Проведя ряд остроумных оптических экспериментов, он доказал, что белый цвет есть смесь цветов спектра. Но главное применение его открытий было впереди.
Самое значительное открытие Ньютона — закон всемирного тяготения. Общеизвестна легенда о том, что закон тяготения Ньютон открыл, наблюдая падение яблока с ветки дерева. Впервые «яблоко Ньютона» мельком упомянул биограф Ньютона Уильям Стьюкли (книга «Воспоминания о жизни Ньютона», 1752 год): «После обеда установилась тёплая погода, мы вышли в сад и пили чай в тени яблонь. Он [Ньютон] сказал мне, что мысль о гравитации пришла ему в голову, когда он точно так же сидел под деревом. Он находился в созерцательном настроении, когда неожиданно с ветки упало яблоко. «Почему яблоки всегда падают перпендикулярно земле?» — подумал он. Действительно, почему яблоко всегда падает отвесно… почему не в сторону, а всегда к центру Земли? Должна существовать притягательная сила в материи, сосредоточенная в центре Земли. Если материя так тянет другую материю, то должна существовать пропорциональность её количеству. Поэтому яблоко притягивает Землю так же, как Земля яблоко. Должна, следовательно, существовать сила, та, которую мы называем тяжестью, простирающаяся по всей Вселенной».
Популярной легенда об упавшем яблоке стала благодаря Вольтеру. В действительности, как видно по рабочим тетрадям Ньютона, его теория всеобщего тяготения развивалась постепенно.
В 1668 году Ньютону была присвоена степень магистра. 29 октября 1669 года 26-летний Ньютон был избран преемником Исаака Барроу (крупного математика, друга и учителя Ньютона), профессором математики и оптики Тринити-колледжа, с высоким окладом 100 фунтов в год. Барроу оставил Ньютону обширную алхимическую лабораторию; в этот период Ньютон всерьёз увлёкся алхимией, провёл массу химических опытов.
Ньютон занялся научной и преподавательской деятельностью. С 1669 по 1671 год он читал лекции, в которых излагал свои главные открытия относительно анализа световых лучей. Ньютон продолжил эксперименты по оптике и теории цвета. Он исследовал ошибку или погрешность изображения оптических систем. Чтобы свести их к минимуму, он построил смешанный телескоп-рефлектор (1669 год): линза и вогнутое сферическое зеркало, которое сделал и отполировал сам. Конструкция Ньютона, 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. Вероятно, сыграла свою роль и практическая важность изобретения: астрономические наблюдения служили для точного определения времени, что в свою очередь было необходимо для навигации на море. В 1671 году Ньютон построил второй зеркальный телескоп — больших размеров и лучшего качества.
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. Ньютону принадлежат обоснованные тончайшими экспериментами представления о монохроматических световых лучах и периодичности их свойств, лежащие в основе физической оптики.
Раз напав на мысль, что притяжение Луны Землею определяет движение земного спутника, Ньютон неминуемо пришел к подобной же гипотезе относительно движения планет вокруг Солнца. Но ум его не довольствовался непроверенными гипотезами. Он стал вычислять, и понадобились десятки лет для того, чтобы его предположения превратились в грандиознейшую систему мироздания. В 1680 году Ньютон вернулся к задачам механики и к проблеме тяготения. В тот год появилась яркая комета. Ньютон уже знал, что небесные тела вблизи Солнца должны двигаться по эллипсам, параболам или гиперболам. Лишь обладая такой гипотезой, можно было построить по нескольким наблюдениям пространственный путь кометы, так как наблюдают ведь только направление на комету, но не расстояние до неё. Ньютон лично провёл наблюдения и первым в астрономии построил и начертил орбиту кометы. Путь кометы 1680 года оказался параболой, что подтвердило теорию тяготения Ньютона. В 1687 году вышла книга Ньютона «Математические начала натуральной философии» — величайшая из книг о природе, обладающая огромной культурно-исторической значимостью.
«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. «Начала» написаны в стиле Евклида, и главная их цель — доказать, что закон всемирного тяготения следует из наблюдаемого движения планет, Луны и земных тел, которое анализируется с помощью ньютоновских принципов динамики.
Эти открытия, а также многие из позднейших, были опубликованы на 20–40 лет позже, чем были сделаны. Ньютон не гнался за славой. В 1705 году за научные труды королева Анна возвела его в рыцарское звание.
В 1722 году у Ньютона начались старческие болезни, но он продолжал находиться на посту президента Общества и руководить Монетным двором. Он готовил текст «Начал» к новому изданию и пробовал опять заняться движением «строптивой» Луны, в котором оставалось много неувязок с теорией. В 1726 году он выпустил третье издание «Начал». В последние годы жизни Ньютон много времени посвящал теологии, а также античной и библейской истории. В ночь на 31 марта 1727 года на 85-м году жизни Ньютон тихо скончался. Похоронен Ньютон в английском национальном пантеоне — Вестминстерском аббатстве.
Исаак Ньютон внес значительный вклад в термодинамику и акустику, сформулировал важнейший принцип сохранения количества энергии, создал свою знаменитую биномную теорему, внес немалый вклад в астрономию и космогонию. Но главным открытием ученого, конечно, является теория всемирного тяготения. До него ученые высказывали предположения о наличии неких сил, существующих между предметами. Например, Аристотель и его сторонники считали тяжесть стремлением тел «подлунного мира» к их естественным местам. Иоганн Кеплер считал, что причиной падения тел является не их внутренние стремления, но сила притяжения со стороны Земли, причем не только Земля притягивает камень, но и камень притягивает Землю. Роберт Гук высказал предположение, что одной только силы притяжения к Солнцу вполне достаточно для объяснения движения планет. Однако никто до Ньютона не сумел ясно и математически доказательно связать закон тяготения (силу, обратно пропорциональную квадрату расстояния) и законы движения планет. Более того, именно Ньютон первым догадался, что гравитация действует между двумя любыми телами во Вселенной; движением падающего яблока и вращением Луны вокруг Земли управляет одна и та же сила!
В возрасте от 21 до 27 лет Ньютон заложил основы своих теорий, совершивших переворот в мировой науке. Его четыре закона механики составляют единую систему, с помощью которой возможно исследование, по сути, всех макроскопических механических систем, от колебаний маятника до движения планет вокруг Солнца. Ньютон не просто сформулировал эти законы механики, но сам, используя математические методы, показал, как эти законы можно использовать для решения актуальных задач. Знание законов Ньютона позволяет решить чрезвычайно широкий круг научно-технических проблем.
Закон тяготения позволил решить не только проблемы небесной механики, но и ряд физических и астрофизических задач. Ньютон указал метод определения массы Солнца и планет. Он открыл причину приливов: притяжение Луны. Более того, обработав многолетние данные о высоте приливов, он с хорошей точностью вычислил массу Луны. Ньютон выяснил, что из-за сплюснутости Земли у полюсов земная ось совершает под действием притяжения Луны и Солнца постоянное медленное смещение с периодом 26000 лет. Тем самым он нашел научное объяснение древней проблемы постепенного смещения точек весеннего и осеннего равноденствий, другими словами, почему каждый год весеннее равноденствие наступает немного раньше, чем в предыдущем году.
Когда-то Исаак Ньютон писал: «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 года), излагавший основы анализа, он не стал публиковать; его нашли лишь спустя 300 лет. На могильной плите высечены знаменательные слова: «Здесь покоится сэр Исаак Ньютон, который почти божественной силой своего ума впервые объяснил с помощью своего математического метода движение и формы планет, пути комет, приливы и отливы океана… Прилежный, проницательный и верный истолкователь природы, древностей и Священного Писания. Он прославил в своем учении всемогущего Творца. Требуемую Евангелием простоту он доказал своей жизнью. Пусть смертные радуются, что в их среде жило такое украшение человеческого рода».
Данный текст является ознакомительным фрагментом.