Книга: Рассказы об астрономах

Исаак Ньютон (1643–1727)

Исаак Ньютон (1643–1727)

Значение Исаака Ньютона в области астрономии трудно переоценить. Он явился создателем оптической лаборатории, в которой весьма успешно работал над усовершенствованием стеклянных объективов без сферической и хроматической аберрации. В 25 лет ученый изобрел отражательный телескоп (рефлектор), в котором вместо линзы употребил вогнутое сферическое зеркало, не обладающее, как известно, сферической аберрацией. В 1671 году Ньютон направил свой отражательный телескоп в Лондонское королевское общество. Ученые высоко оценили этот телескоп. Рефлекторы системы Ньютона пользовались большой славой и в усовершенствованном виде применялись астрономами в их научной работе.

Но величайшей заслугой Ньютона перед наукой является то, что он сформулировал основные законы классической механики и открыл закон всемирного тяготения.

Три основных закона механики вошли теперь во все учебники. Эти законы положены в основу всей механики и стали исходными для решения весьма широкого круга задач.

Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном, формулируется так: всякие два тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. На языке математики это можно записать так:

где F — сила притяжения, М1 и М2 — массы двух тел, k — коэффициент пропорциональности, который находится опытным путем, d — расстояние между телами.

Ньютон доказал, что его закон всемирного тяготения носит универсальный характер и что движение небесных тел происходит строго по закону всемирного тяготения.

Существует легенда, что поводом для размышления о всеобщем законе тяготения явилось упавшее с дерева яблоко. Долгое время любопытным экскурсантам даже показывали дерево возле дома ученого, с которого якобы свалилось замечательное яблоко. Байрон в своем «Дон Жуане» об этом повествует так:

Астрономические открытия Ньютона нанесли сокрушительный удар по авторитету церкви и обнаружили полную несостоятельность религиозных догматов. Сам же Ньютон, оставаясь человеком своей эпохи, был верующим. Уподобляя Вселенную большому часовому механизму, он пришел к неправильному выводу, что этот «механизм» раз и навсегда когда-то «завел» бог, он же, по Ньютону, дал «первый толчок», и только после этого все небесные тела пришли в вечное движение. Великий ученый не дошел до диалектико-материалистического понимания природы, но и это можно объяснить временем, в которое он жил. И все же триумфом механики Ньютона с его универсальным законом всемирного тяготения явился тот факт, что с помощью ее ученые стали открывать новые планеты и составлять «расписание» движения небесных тел.

Ньютон был не только астрономом, но и крупнейшим физиком и математиком. Труды его в этом направлении, как и труды по астрономии, составили целую эпоху в истории науки.

В области физики Ньютон в 1666 году обнаружил, что белый свет состоит из лучей различной преломляемости. Ученый предложил специальную установку для изучения зависимости интерференционных цветов от толщины пластинки (кольца Ньютона). Впервые среди физиков он измерил длину световой волны, начал изучение дифракции света и поляризации светового пучка при двойном преломлении. В 1675 году Ньютон выдвинул синтетическую корпускулярно-волновую гипотезу света. Он же сконструировал один из первых термометров с льняным маслом. Кроме того, Ньютон открыл закон охлаждения нагретого тела и закон сопротивления тела в вязкой жидкости.

В области математики, независимо от немецкого математика и философа Лейбница (1646–1716), Ньютон разработал дифференциальное и интегральное исчисление, на котором, можно сказать, строится почти все современное естествознание. Метод флюксий (дифференциальное исчисление) вырос у Ньютона из нужд механики. Этот метод был необходим ему как универсальный инструмент для исследования механических явлений. В своих исследованиях ученый показал, что дифференцирование и интегрирование являются взаимно обратными операциями. Ему же принадлежат фундаментальные открытия в теории бесконечных рядов, в алгебре, аналитической и проективной геометрии. Он предложил свой метод численного решения алгебраических уравнений, известный в настоящее время под названием «метод Ньютона» или «метод касательных». Замечательный ученый открыл интерполяционную формулу, которая дает явное выражение единственного многочлена n-й степени, принимающего заданные значения в n+1 точках.

…Родился Исаак Ньютон в семье небогатого фермера в небольшом местечке Вулсторп, недалеко от Кембриджа. Он был слабым ребенком. Отец умер еще до его рождения. Матери выпала тяжелая доля: во что бы то ни стало сохранить жизнь ребенка и дать ему надлежащее воспитание. Мать мечтала сделать из сына фермера, так как, по ее мнению, всякая другая профессия для него не годилась. Она полагала, что деревенский воздух, игры и забавы благотворно скажутся на здоровье сына, и не ошиблась. Получив в детстве хорошую физическую закалку. Ньютон прожил до глубокой старости (умер 84 лет). Он не знал очков, и за всю жизнь у него не выпало ни одного зуба. Умер он от каменной болезни, приступы которой обнаружил за три недели до смерти.

Когда мальчику исполнилось 12 лет, мать определила его в городскую школу в Грантеме. В школе Ньютон отличался молчаливостью, старался уединяться. Наедине мальчик любил мечтать и что-нибудь мастерить. Так, в школьные годы, дав волю своей фантазии, он сделал ветряную мельницу и самокат.

Семнадцатилетним юношей Ньютон поступил в Тринити-колледж — один из колледжей Кембриджского университета. Окончив университет, он получает степень бакалавра. Прошло еще три года, и молодой ученый удостаивается степени магистра.

Уже в студенческие годы Ньютон зарекомендовал себя как пытливый и настойчивый исследователь. В университете он доказал теорему о биноме для любого действительного показателя. С тех пор формула бинома стала называться «биномом Ньютона». Тогда же он вплотную подошел к проблеме всемирного тяготения. Позднее этой проблеме он посвятил огромный трактат «Математические начала натуральной философии». Этот труд прославил автора на весь мир и снискал ему славу «великого из великих».

26 лет от роду Ньютон унаследовал от своего учителя Исаака Барроу физико-математическую кафедру Кембриджского университета, которой он ведал более тридцати лет. Спустя четыре года он избирается членом Лондонского королевского общества. Позднее он стал его президентом.

Когда Ньютону исполнилось 53 года, он был назначен смотрителем, а затем директором Монетного двора. Здесь он осуществил большое финансовое мероприятие, которое заключалось в замене старых монет новыми. Для этой цели в течение двух лет Ньютон перечеканил всю монету в Англии, чем положил конец злоупотреблениям со старой монетой. Если раньше чеканка производилась вручную и отделка монет зависела от руки и глаза работника, то Ньютон для перечеканки применил машину, выпускавшую монеты круглыми с надписью на ободе, что почти исключало возможность всякой подделки.

Для полноты картины следует отметить, что Ньютон не чуждался и общественной деятельности. В 45 лет как представитель Кембриджского университета он избирается в члены парламента. Многие биографы считают, что роль Ньютона в парламенте была более чем скромной. Свое мнение они подкрепляют тем, что Ньютон упорно молчал на всех заседаниях парламента, за все время он произнес только одну «речь» в Палате общин. «Речь» состояла всего из трех слов, обращенных к служителю: «Закройте окно — дует!» Однако внимательное изучение деятельности Ньютона как члена парламента показывает, что прославленный ученый не был балластом в этом учреждении, а проводил большую работу по установлению контактов между университетом и правительством, о чем свидетельствует сохранившаяся переписка.

Несмотря на большую популярность, Ньютон был удивительно скромным человеком. Известно его высказывание: «Если я видел дальше других, то потому, что стоял на плечах гигантов». О себе он говорил так: «Не знаю, каким я кажусь людям. Самому же себе я кажусь ребенком, который играет на берегу моря и радуется, когда ему удается отыскать гладкий камушек или красивую раковину не совсем обыкновенного вида, в то время как необозримый океан истин лежит передо мною неисследованным»[12].

По описанию современников, Ньютон был среднего роста, весьма солидной полноты. Согласно традиции, он носил парик. У него были умные, живые глаза. По словам историка физики Н. А. Любимова, «никакая забава, никакое удовольствие не отвлекали Ньютона от занятий. Он всю жизнь не играл ни в какую игру. Самая любовь не имела над ним силы: он никогда не знал ни ее радостей, ни ее тревог. Впрочем, в юности он был неравнодушен к одной молодой девушке, но, увы! Эта первая и единственная любовь была так холодна, молодой ученый рассуждал так благоразумно о трудностях жить вдвоем при недостаточных средствах, что алгебра могла оставаться спокойной за своего поклонника»[13]. Так всю жизнь Ньютон и прожил холостым человеком, не знающим ни радостей, ни печали семейной жизни.

Погруженный в глубокие размышления, Ньютон часто не замечал окружающих и был весьма рассеян. Иногда по утрам, вставая с постели, он вдруг задумывался и в таком положении, как зачарованный, мог просидеть долгие часы, пока кто-нибудь не выводил его из этого состояния. Увлекшись работой, он совершенно забывал о еде.

Когда друзья спрашивали Ньютона, каким образом он пришел к своим великим открытиям, тот отвечал: «Непрерывным размышлением о них». При этом добавлял: «Я постоянно обращаю внимание на предмет моих изысканий и жду, пока дело начинает медленно разъясняться, мало-помалу, пока не станет вполне и всецело ясно»[14].

Еще при жизни Ньютона весь мир преклонялся перед его гением. Он был почетным членом многих научных обществ и академий. Королева даровала ему титул рыцаря и возвела в дворянское звание.

В память о великом из великих ученых на стене комнаты, в которой родился Ньютон, укреплена мраморная доска с надписью:

Погребен Ньютон в английском национальном пантеоне в Вестминстерском аббатстве, месте упокоения великих людей страны. При погребении ему были оказаны почести, которые обычно воздавались только членам королевского дома. На могильном памятнике сделана по латыни надпись, в которой перечисляются заслуги усопшего. Надпись заканчивается словами: «Пусть смертные радуются тому, что в их среде жило такое украшение рода человеческого».

В Кембридже сооружен памятник Ньютону. На постаменте этого памятника высечены стихи Лукреция: «Разумом он превосходил род человеческий».